基于风力发电的特长隧道照明智能节能系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于风力发电的特长隧道照明智能节能系统，包括风力发电装置、单片机主控模块、光敏传感器、ZigBee无线传输主模块以及分布在隧道内的照明节点，光敏传感器安装在隧道外部，单片机主控模块根据光照数据并通过ZigBee无线传输主模块向照明节点发出控制命令，照明节点根据单片机主控模块的控制命令工作；风力发电装置安装在隧道口处进行风力发电并为主控模块、光敏传感器、ZigBee无线传输主模块及ZigBee无线传输子模块供电。本发明专利技术设计合理，不仅能够最大限度地利用隧道内的风力条件，为稳定的风能发电提供保障，并且采用不同的隧道内照明方式，建设了绿色、智能的隧道照明体系，大大提升了驾驶员通过隧道的舒适程度。

Intelligent Energy Saving System for Extra Long Tunnel Lighting Based on Wind Power Generation

The invention relates to an intelligent energy-saving system for tunnel lighting based on wind power generation, which includes wind power generation device, MCU main control module, photosensitive sensor, ZigBee wireless transmission main module and lighting nodes distributed in the tunnel. The photosensitive sensor is installed outside the tunnel, and the MCU main control module transmits the main module to the lighting node according to the illumination data through ZigBee wireless transmission main module. The lighting node works according to the control command of the MCU main control module; the wind power generation device is installed at the tunnel entrance for wind power generation and power supply for the main control module, photosensitive sensor, ZigBee wireless transmission main module and ZigBee wireless transmission sub-module. The design of the invention is reasonable, which can not only make the best use of the wind conditions in the tunnel to provide guarantee for stable wind power generation, but also construct a green and intelligent tunnel lighting system with different lighting modes in the tunnel, which greatly improves the comfort degree of the driver passing through the tunnel.

【技术实现步骤摘要】
基于风力发电的特长隧道照明智能节能系统
本专利技术属于照明
，尤其是一种基于风力发电的特长隧道照明智能节能系统。
技术介绍
在现代交通运输业中，隧道扮演着极其重要的角色。长度大于3000米的隧道被归类为特长隧道，这类隧道通常在入口和出口部采用密集照明，在隧道中部采用普通照明。驾驶员驶出此类隧道时，经过长时间的隧道内驾驶，突然间的光照条件变化极易造成驾驶员视觉刺激，诱发危险因素；隧道内长时间的强光光照环境容易使驾驶员产生视觉疲劳容易忽视危险因素，诱发不安全驾驶行为。另外，现有的照明方式所采用的照明设备与照明方式，一直存在照明效果差、用电量过高等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理、照明效果好且节能环保的基于风力发电的特长隧道照明智能节能系统。本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：一种基于风力发电的特长隧道照明智能节能系统，包括风力发电装置、单片机主控模块、光敏传感器、ZigBee无线传输主模块以及分布在隧道内的照明节点，每个照明节点均由ZigBee无线传输子模块、脉冲触发开关及照明模块连接构成，所述单片机主控模块与光敏传感器、ZigBee无线传输主模块相连接，所述光敏传感器安装在隧道外部用于采集隧道外的光照数据并传送给单片机主控模块，单片机主控模块根据光照数据并通过ZigBee无线传输主模块向照明节点发出控制命令，照明节点根据单片机主控模块的控制命令工作；所述风力发电装置安装在隧道口处进行风力发电并为主控模块、光敏传感器、ZigBee无线传输主模块及ZigBee无线传输子模块供电，照明节点的脉冲触发开关及照明模块由交流电源供电；所述风力发电装置包括扇叶主轴、风机扇叶、上部绳栓、下部绳栓、机壳和支撑平台；所述上部绳栓、风机扇叶、下部绳栓从上至下套装在扇叶主轴上，所述风机扇叶采用弹性金属材料制成并在上部绳栓和下部绳栓作用下产生一定角度的形变，该风机扇叶在风力的驱动旋转并带动扇叶主轴旋转；所述扇叶主轴连接机壳内的风电转换模块，所述风电转换模块输出电能；所述机壳安装在支撑平台上。进一步，所述风机扇叶的上半部形变角角度为35；所述风机扇叶的下半部形变角角度为-24度。进一步，所述上部绳栓包括上绳栓固定平台、防滑皮垫、压力上平台、换向轮轴、绕线轮轴、第一钢缆收容轴、轮轴支撑杆、锁紧旋钮、螺纹柱和换向转轴支撑架；所述上绳栓固定平台为T型结构并与扇叶主轴同轴转动，两个方向相反的粗柔性钢缆依靠绕线轮轴完成方向固定并与钢缆缠绕、压力上平台与防滑皮垫协同工作，其组成的中空部分供粗柔性钢缆穿过，结合锁紧旋钮在螺纹柱上锁紧，粗柔性钢缆被锁紧于上绳栓固定平台，粗柔性钢缆被锁紧后多余的部分由第一钢缆收容轴固定，配合完成单扇叶的稳定旋转，另外两个方向需要换向轮轴将弹性钢缆的拉紧方向转变，换向轮轴依靠换向转轴支撑架固定，拉紧另外两个方向的扇叶，四个扇叶由四条粗柔性钢缆拉紧，使得扇叶上半部可按照实地风力情况发生弹性形变。进一步，所述下部绳栓包括下绳栓固定台、换向轮轴、第二钢缆收容轴、固定螺钉、固定压力台和换向转轴支撑架；所述下绳栓固定台与扇叶主轴同轴转动，整个下绳栓在四个方向上呈对称排布，细柔性钢缆依靠换向轮轴完成方向固定与钢缆缠绕，换向转轴依靠换向转轴支撑架固定支撑，固定螺钉与固定压力台协同工作，其组成的中空部分供细柔性钢缆穿过，固定螺钉锁紧，细柔性钢缆被锁紧于固定压力台，细柔性钢缆被锁紧后多余的部分由第二钢缆收容轴固定，配合完成单扇叶的稳定旋转，四个扇叶由四条细柔性钢缆拉紧，使得扇叶下半部可按照实地风力情况发生弹性形变。进一步，所述风电转换模块包括齿轮箱、发电机组、电池模组和电压转换模块；所述齿轮箱内安装有固定低速转轴、低速齿轮、中速转轴、中速少齿齿轮、中速多齿齿轮、高速转轴、高速齿轮和联轴器；所述低速转轴与扇叶主轴同轴转动构成传动主轴，低速齿轮位于低速转轴上，低速齿轮与中速少齿齿轮进行齿轮配合，传动比为7:2，带动中速少齿齿轮转动，中速少齿齿轮和中速多齿齿轮位于中速转轴的不同位置，均以中速转轴为中心同轴旋转，中速多齿齿轮与高速齿轮之间进行齿轮配合，传动比为7:4，带动高速齿轮转动，高速齿轮位于高速转轴上，高速转轴以高转速转动，通过联轴器将高转速输出至转子转轴，发电机转子与转子转轴相连接并以相同的高转速转动，发电机组通过电能传输模块将电能传输至电池模组中，电压转换模块通过导线与电池模组连接，电池模组将电能传输至电压转换模块并经电压转换器模块转换，输出稳定的5V控制电压。进一步，所述发电机组为三相异步电机。.进一步，所述支撑平台包括平台下支撑架、平台上支撑架、平台固定螺钉、平台固定螺母和平台固定底座，平台上支撑架上端与机壳固装在仪器，平台上支撑架下端与平台下支撑架通过平台固定螺钉与平台固定螺母安装在一起，平台下支撑架固定在平台固定底座上，在平台固定底座上设有安装风力发电装置的螺孔。进一步，所述风力发电装置采用倒置安装在隧道入口处正上方，其安装角度为15度。进一步，所述照明模块采用COB-LED照明模块。本专利技术的优点和积极效果是：1、本专利技术采用主控模块、光敏传感器与Zigbee模块作为控制系统的主要模块，光敏传感器实时探测外界的光照条件，以数值的形式反馈至主控芯片，再利用主控芯片与Zigbee模块之间的无线数据通信实现对隧道内各个节点的照明控制，进而控制整个隧道的照明状态，实现了隧道内照明情况与外界光照条件相协调功能，不仅给驾驶员提供舒适驾驶环境，而且还可以节约能源。2、本专利技术的风力发电装置采用上、下绳栓与弹性材料扇叶相结合的结构，使风机扇叶可以在一定程度的形变下工作，针对不同的风能情况采取不同的扇叶受风角度，使系统更大程度地利用隧道内有限的风能。3、本专利技术的风力发电装置采用高集成度的齿轮传动结构，隧道内通风系统工作具有时效性且风力较强，因此分两档改变输出轴和输入轴的传动比，传动系统得以更稳定地运转。转轴、齿轮和同步器凭借齿轮传动可以实现两轴的长方形排列，协同工作得到高速、稳定的转速。齿轮箱根据传动系统按需特制，合理排布后系统所有的转轴均只承受轴向力，避免了弯曲压力，工作更为安全稳定。4、本专利技术的风电转换模块全部安装在机壳中，机壳采用流线型设计，配合支撑架将风力发电系统悬挂于隧道内任意位置；同时支撑平台可根据实地工作条件使系统在一定数值范围内改变工作高度与工作角度，使系统更大程度地利用隧道内有限的风能。5、本专利技术的大部分呈对称分布，而在底座固定部分采用了非对称结构，避免了风力发电装置的传动系统齿轮运动所造成的重心偏移问题，增强了装置的实用性和运行的稳定性。6、本专利技术设计合理，其利用特长隧道内具有时效性的强风条件，选择合适的装机位置即可在隧道中进行高效、稳定的风力发电，不仅能够最大限度地利用隧道内的风力条件，为稳定的风能发电提供保障，而且针对三种不同的光照条件设计了不同的隧道内照明方式，建设了绿色、智能的隧道照明体系，较传统的照明体系节省了更多电能，同时大大提升了驾驶员通过隧道的舒适程度。附图说明图1是本专利技术的系统连接示意图；图2是本专利技术的风力发电装置的整体结构框图；图3是本专利技术的风力发电装置的上绳栓结构示意图；图4是本专利技术的风力发电装置的下绳栓结构示意图；图5是本专利技术的风力发电装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于风力发电的特长隧道照明智能节能系统，其特征在于：包括风力发电装置、单片机主控模块、光敏传感器、ZigBee无线传输主模块以及分布在隧道内的照明节点，每个照明节点均由ZigBee无线传输子模块、脉冲触发开关及照明模块连接构成，所述单片机主控模块与光敏传感器、ZigBee无线传输主模块相连接，所述光敏传感器安装在隧道外部用于采集隧道外的光照数据并传送给单片机主控模块，单片机主控模块根据光照数据并通过ZigBee无线传输主模块向照明节点发出控制命令，照明节点根据单片机主控模块的控制命令工作；所述风力发电装置安装在隧道口处进行风力发电并为主控模块、光敏传感器、ZigBee无线传输主模块及ZigBee无线传输子模块供电，照明节点的脉冲触发开关及照明模块由交流电源供电；所述风力发电装置包括扇叶主轴、风机扇叶、上部绳栓、下部绳栓、机壳和支撑平台；所述上部绳栓、风机扇叶、下部绳栓从上至下套装在扇叶主轴上，所述风机扇叶采用弹性金属材料制成并在上部绳栓和下部绳栓作用下产生一定角度的形变，该风机扇叶在风力的驱动旋转并带动扇叶主轴旋转；所述扇叶主轴连接机壳内的风电转换模块，所述风电转换模块输出电能；所述机壳安装在支撑平台上。...

【技术特征摘要】
1.一种基于风力发电的特长隧道照明智能节能系统，其特征在于：包括风力发电装置、单片机主控模块、光敏传感器、ZigBee无线传输主模块以及分布在隧道内的照明节点，每个照明节点均由ZigBee无线传输子模块、脉冲触发开关及照明模块连接构成，所述单片机主控模块与光敏传感器、ZigBee无线传输主模块相连接，所述光敏传感器安装在隧道外部用于采集隧道外的光照数据并传送给单片机主控模块，单片机主控模块根据光照数据并通过ZigBee无线传输主模块向照明节点发出控制命令，照明节点根据单片机主控模块的控制命令工作；所述风力发电装置安装在隧道口处进行风力发电并为主控模块、光敏传感器、ZigBee无线传输主模块及ZigBee无线传输子模块供电，照明节点的脉冲触发开关及照明模块由交流电源供电；所述风力发电装置包括扇叶主轴、风机扇叶、上部绳栓、下部绳栓、机壳和支撑平台；所述上部绳栓、风机扇叶、下部绳栓从上至下套装在扇叶主轴上，所述风机扇叶采用弹性金属材料制成并在上部绳栓和下部绳栓作用下产生一定角度的形变，该风机扇叶在风力的驱动旋转并带动扇叶主轴旋转；所述扇叶主轴连接机壳内的风电转换模块，所述风电转换模块输出电能；所述机壳安装在支撑平台上。2.根据权利要求1所述的基于风力发电的特长隧道照明智能节能系统，其特征在于：所述风机扇叶的上半部形变角度为35；所述风机扇叶的下半部形变角度为-24度。3.根据权利要求1所述的一种基于风力发电的特长隧道照明智能节能系统，其特征在于：所述上部绳栓包括上绳栓固定平台、防滑皮垫、压力上平台、换向轮轴、绕线轮轴、第一钢缆收容轴、轮轴支撑杆、锁紧旋钮、螺纹柱和换向转轴支撑架；所述上绳栓固定平台为T型结构并与扇叶主轴同轴转动，两个方向相反的粗柔性钢缆依靠绕线轮轴完成方向固定并与钢缆缠绕、压力上平台与防滑皮垫协同工作，其组成的中空部分供粗柔性钢缆穿过，结合锁紧旋钮在螺纹柱上锁紧，粗柔性钢缆被锁紧于上绳栓固定平台，粗柔性钢缆被锁紧后多余的部分由第一钢缆收容轴固定，配合完成单扇叶的稳定旋转，另外两个方向需要换向轮轴将弹性钢缆的拉紧方向转变，换向轮轴依靠换向转轴支撑架固定，拉紧另外两个方向的扇叶，四个扇叶由四条粗柔性钢缆拉紧，使得扇叶上半部可按照实地风力情况发生弹性形变。4.根据权利要求1所述的基于风力发电的特长隧道照明智能节能系统，其特征在于：所述下部绳栓包括下绳栓固定台、换向轮轴、第二钢缆收...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玲玲，岑泽尧，王清洲，陈建民，袁渝，崔泽文，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12