مبدأ عمل مصابيح الشوارع الشمسية باستخدام مستشعرات الأشعة تحت الحمراء السلبية

المكونات الأساسية لنظام إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية المزود بمستشعر الحركة بالأشعة تحت الحمراء

1. اللوحة الشمسية: تحول ضوء الشمس إلى كهرباء لشحن بطارية الليثيوم (LiFePO4 هي السائدة في مصابيح الشوارع الشمسية).
2. بطارية الليثيوم: تخزن الطاقة الكهربائية للإضاءة الليلية.
3. وحدة استشعار PIR: مسبار ثنائي العناصر + عدسة فريسنل + دائرة تضخيم الإشارة (تكشف حركة الإنسان/الحيوان).
4. وحدة التحكم في الشحن والتفريغ الشمسي: تدمج التحكم في الإضاءة، ومعالجة إشارة PIR، وتبديل الطاقة، وحماية البطارية (جوهر تنسيق النظام).
5. مصدر ضوء LED: يتيح إمكانية التبديل بين وضع الإضاءة الخافتة والإضاءة الكاملة.

مبدأ العمل خطوة بخطوة

المرحلة 1: النهار - الشحن بالطاقة الشمسية + وضع الخمول لمستشعر الحركة بالأشعة تحت الحمراء

1. عندما يكون مستوى الإضاءة المحيطة (ضوء الشمس) أعلى من عتبة التحكم في الإضاءة المحددة مسبقًا (50-100 لوكس، قابلة للتعديل)، فإن المقاوم الضوئي في وحدة التحكم يرسل إشارة "نهارية" إلى شريحة التحكم الرئيسية.
2. يقوم جهاز التحكم بقطع التيار الكهربائي عن مصباح LED ووحدة استشعار PIR، مما يضع مستشعر PIR في حالة سكون عميق (لا استهلاك للطاقة، ولا كشف للحركة) لتجنب التشغيل الخاطئ بسبب ضوء الشمس أو الطيور أو أوراق الشجر المتساقطة.
3. تقوم اللوحة الشمسية بتحويل ضوء الشمس إلى طاقة تيار مستمر، ويقوم جهاز التحكم بشحن بطارية الليثيوم بتيار ثابت/جهد ثابت (مع حماية من الشحن الزائد والجهد الزائد وقصر الدائرة) لتخزين الطاقة للاستخدام الليلي.

المرحلة الثانية: الليل - تشغيل التحكم في الإضاءة + وضع الاستعداد بواسطة مستشعر الحركة بالأشعة تحت الحمراء (وضع الإضاءة الخافتة)

1. عندما ينخفض ​​مستوى الإضاءة المحيطة إلى عتبة التحكم في ضوء الليل (5-15 لوكس، قابلة للتعديل، على سبيل المثال، بعد غروب الشمس)، يرسل المقاوم الضوئي إشارة "ليلية" إلى وحدة التحكم.
2. يقوم جهاز التحكم بتفعيل وحدة استشعار الحركة بالأشعة تحت الحمراء (PIR) فورًا (يضعها في وضع الاستعداد منخفض الطاقة) ويزود مصباح LED بتيار صغير، مما يجعله يدخل في وضع الاستعداد بإضاءة خافتة (10%–30% من الطاقة المقدرة، على سبيل المثال، 10 واط لمصباح شارع بقدرة 100 واط). توفر هذه الإضاءة الخافتة إضاءة أمان أساسية وتضمن جاهزية مستشعر الحركة بالأشعة تحت الحمراء (PIR) للكشف.
3. في هذه المرحلة، تكون وحدة مستشعر الأشعة تحت الحمراء السلبية في حالة الكشف منخفضة الطاقة (استهلاك الطاقة). <(1 مللي أمبير): تقوم عدسة فريسنل بتركيز إشعاع الأشعة تحت الحمراء المحيطة على مسبار الأشعة تحت الحمراء ثنائي العناصر، ويقوم المسبار باستمرار بجمع إشعاع الأشعة تحت الحمراء الثابت من البيئة المحيطة (مثل الجدران والأشجار والطرق) كإشارة أساسية.".

المرحلة الثالثة: كشف الحركة – مستشعر الحركة بالأشعة تحت الحمراء + إضاءة LED كاملة

1. عندما يتحرك شخص/حيوان (بدرجة حرارة جسم تبلغ حوالي 37 درجة مئوية للبشر) إلى نطاق الكشف بالأشعة تحت الحمراء السلبية (5-15 مترًا، قابل للتعديل) والزاوية (120 درجة - 180 درجة، قابلة للتعديل)، تقوم عدسة فريسنل بتركيز إشعاع الأشعة تحت الحمراء لجسمه (λ = 8-14 ميكرومتر، وهو النطاق الأكثر حساسية لأجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء السلبية) على المسبار ثنائي العناصر.
2. يكشف المسبار ثنائي العناصر عن تغير مفاجئ في شدة الإشعاع تحت الأحمر (حيث تكون درجة حرارة جسم الإنسان أعلى بكثير من درجة حرارة البيئة المحيطة، مما يُشكل فرقًا واضحًا في درجة حرارة الأشعة تحت الحمراء) وإشارة إزاحة مكانية (ناتجة عن الحركة). ويحول المسبار هذا التغير الفيزيائي إلى إشارة كهربائية ضعيفة (بمستوى الميكروفولت).
3. تقوم دائرة تضخيم الإشارة في وحدة PIR بتضخيم الإشارة الكهربائية الضعيفة وترسل إشارة تشغيل "تم اكتشاف الحركة" إلى وحدة التحكم في الشحن والتفريغ الشمسي.
4. يقوم جهاز التحكم على الفور بتبديل دائرة إمداد الطاقة لمصابيح LED، مما يزيد التيار إلى الطاقة الكاملة المقدرة (على سبيل المثال، 100 واط) - يتحول ضوء الشارع على الفور إلى سطوع كامل لإضاءة عالية السطوع.

المرحلة الرابعة: اختفاء الحركة – إضاءة كاملة متأخرة + استعادة الإضاءة الخافتة

1. عندما يتحرك الشخص/الحيوان خارج نطاق الكشف بالأشعة تحت الحمراء السلبية، فإن المجس لم يعد يكتشف اختلاف درجة الحرارة بالأشعة تحت الحمراء وتغيرات الحركة، ويتم قطع إشارة التشغيل.
2. لا يعود جهاز التحكم إلى الإضاءة الخافتة على الفور، ولكنه يحافظ على سطوع LED الكامل لفترة تأخير محددة مسبقًا (30 ثانية - 5 دقائق، قابلة للتعديل في المصنع أو يمكن ضبطها في الموقع عبر جهاز التحكم).
3. بعد انتهاء وقت التأخير، يقوم جهاز التحكم بقطع تيار مصدر طاقة LED واستعادة وضع الاستعداد للضوء الخافت، ويعود مستشعر PIR إلى وضع الكشف منخفض الطاقة في انتظار تشغيل الحركة التالي.

المرحلة 5: الفجر - إيقاف تشغيل التحكم في الإضاءة + وضع السكون لمستشعر الحركة بالأشعة تحت الحمراء

الميزات التصميمية الرئيسية لأجهزة استشعار الحركة بالأشعة تحت الحمراء السلبية في مصابيح الشوارع الشمسية (مقاومة التشغيل الخاطئ والتخصيص)

1. نظام حماية من التشغيل الخاطئ بفضل مستشعر ثنائي العناصر: يستجيب هذا المستشعر ثنائي العناصر فقط لإشارات الأشعة تحت الحمراء المتغيرة (الحركة). ولن تتسبب مصادر الحرارة الثابتة (مثل مصابيح الشوارع، وأنابيب المياه الساخنة، والحيوانات الثابتة) في تشغيل المستشعر، مما يمنع الإضاءة الكاملة الخاطئة.
2. عدسة فريسنل للكشف الواسع: تعمل العدسة على تركيز الإشعاع تحت الأحمر المتناثر على المسبار، مما يوسع نطاق الكشف (5-15 مترًا) والزاوية (120 درجة - 180 درجة)، ويضمن أن المستشعر يمكنه اكتشاف الحركة حتى على ارتفاع تركيب يتراوح بين 3 و6 أمتار (وهو المعيار القياسي لأعمدة إنارة الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية).
3. جميع المعلمات قابلة للتعديل: يمكن ضبط نطاق الكشف وزاوية الكشف ووقت التأخير ونسبة الطاقة بين الضوء الخافت والضوء الساطع الكامل عبر وحدة التحكم الشمسية للتكيف مع سيناريوهات مختلفة (على سبيل المثال، تقصير وقت التأخير في المناطق الريفية النائية، وتوسيع نطاق الكشف في أرصفة المجتمع).
4. خاصية التحكم الزمني (اختياري): يمكن للطرازات المتوسطة إلى عالية الجودة أن تدمج التحكم الزمني مع مستشعر الحركة بالأشعة تحت الحمراء: على سبيل المثال، بعد الساعة 2 صباحًا (أقل حركة مرور)، يتم تقليل طاقة الإضاءة الخافتة بشكل أكبر (5٪ من الطاقة المقدرة) أو يتم تقصير وقت التأخير (30 ثانية) لتوفير المزيد من الطاقة للبطارية.

المزايا الأساسية لهذا التصميم لأعمدة إنارة الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية

• تحقيق أقصى قدر من توفير الطاقة: تجنب الإضاءة الكاملة المستمرة، ويقلل بشكل كبير من استهلاك طاقة البطارية، ويضمن أن يعمل مصباح الشارع بشكل مستمر لمدة 3-7 أيام ممطرة (وهي نقطة بيع رئيسية لمصابيح الشوارع الشمسية).
• إطالة عمر المكونات: يؤدي انخفاض متوسط ​​طاقة التشغيل إلى تقليل توليد الحرارة لمصابيح LED وعمق تفريغ بطاريات الليثيوم، مما يطيل عمرها الافتراضي.
• صيانة منخفضة: وحدات استشعار PIR لا تحتوي على أجزاء متحركة، واستهلاك منخفض للطاقة، واستقرار عالٍ (عمر الخدمة > 5 سنوات)، مما يتوافق مع العمر التشغيلي الإجمالي لأعمدة إنارة الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية.
• فعالة من حيث التكلفة: تتميز مستشعرات PIR بانخفاض تكلفتها وسهولة دمجها في وحدة التحكم الشمسية، دون الحاجة إلى أسلاك إضافية - وهي مناسبة للتطبيق على نطاق واسع في المناطق ذات الحركة المرورية المنخفضة.

سيناريوهات التطبيق النموذجية