毕业设计说明书-路灯Word格式.doc

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《礼仪．燕礼》云“宵则庶子执烛于东阶上，司宫执烛于西阶上，甸人执大烛于庭，人为大烛于门外”《礼仪．少礼》又云“烛不见跋”，“但在地曰燎，执之曰烛，于地广设之曰大烛，其燎亦名大烛”，贾公彦疏：

“烛，樵也，古者无麻烛而用荆樵”[1]。

可见，烛是一种类似于火把的照明器具，由于手持方便，可见在西周时期“烛”被广泛应用在夜行照明。

到了两汉末期，针对夜间出行的功能出现了一种名为“行灯”的专用灯具。

“行灯”的造型大多没有底座和立柱，灯的下盘设有三个矮足，可以在行动中持之照明。

西汉时期灯笼的出现，为人们夜间照明带来了众多的便利。

灯笼的结构多采用木质或者竹制框架，周围以布或者纱等材料覆盖包裹住，由于其独特的半封闭式结构可以遮风避雨，光源不易被熄灭，所以常常被人们用作夜行照明。

古代中国的火焰灯具时期也有固定的路灯装置，这类灯具高在2米左右，一般用石质材料制作而成，以防风雨。

都是建筑房屋式造型，中间掏空，一边光线投射进来，见图1-1。

图1-1　火焰灯具

清朝光绪年间，由于煤油的价格低廉被广泛应用。

所以一些地方用上了煤油路灯。

煤油路灯的样式并不统一，内用灯芯，外用罩。

1882年7月26日，上海首次使用电灯，此后中国开始了电灯时代。

最初的光源是采用白炽灯，后来发展到高压汞灯，高压钠灯等，见图1-2。

图1-2早期路灯

1.3.2国外路灯发展概述

西方早期的路灯也有用灯笼制作的路灯，1417年，伦敦的市长亨利·

巴顿命令市民在室外悬挂灯具照明。

不久。

法国也效仿了这一做法。

到了16世纪，法国居民也被要求在临街的窗户上挂照明灯具。

1667年路易十四时期就有了专门用于道路照明的灯笼被悬挂在跨街道的绳索上。

并且路易十四还正式办不了城市道路照明法令，这部法令路易十四的统治才被称为法国历史上的“光明时代”。

1669年荷兰人J．vander海登发明了道路照明的油灯，并在他的家乡阿姆斯特丹（Amsterdam）使用。

1680年前后，柏林出现了把灯笼悬挂在专用的支柱上的现象，后来又将灯笼改为悬挂在街灯立柱上．在伦敦，直至18世纪还是采用过去古老的形式，把自备照明的灯具挂在自家的住房上。

1792年的时候，苏格兰工程师威廉·

默多克发明了煤气灯，这时候，煤气也因此取代了油脂这一类灯具燃料。

1799年，威廉·

默多克雇用了包顿瓦特公司最资深的工程师来生产了煤气灯装置。

仅仅四年之后，伦敦的街道等地方就用上了煤气灯来照明。

随后其他国家也先后使用了煤气灯照明。

1810年由于煤气灯的众多的优点，使得其在城镇道路中占据了优势。

1816年，美国的巴尔的摩市用上了煤气灯照明，巴黎也尾随其后。

1850年至1870年的20年期间，是煤气灯使用的黄金时期，欧洲各个国家和美国基本上都用上了煤气灯照明，人们在煤气灯下工作，所以煤气灯市表示西欧和美国工业发展的象征。

19世纪的时候，电力照明拉开了历史的序幕。

1844年法国巴黎协和广场首次使用了实验性的碳弧灯照明。

到了1879年，一种实用型的碳弧路灯被美国人C.F布拉什研制成功，并且该灯被美国的克利夫兰市正式采用。

不久这种灯很快在其他城市得到推广，从而使道路照明完成了彻底的变革[３]，见图1-4。

图1-4　1881年布拉什的碳弧路灯在纽约被使用

1879年爱迪生发明了白炽灯，并很快得到了推广，因此，热闹的店街和闹市街，百货店和商店都营业到深夜，繁荣的巴黎市因此盛行彻夜亮灯的盛况，“把夜晚成白天”的说法也成为了时尚的象征。

在接下来的100年的时间里，各种电光源相应研制成功，人类从此摆脱了黑夜的事实[4]。

在我国，太阳能路灯的研究方向主要是针对以地理形势、气候特征以及环境特点为基础的提高光电转换、优化控制系统、人性化的光控系统等。

如今，太阳能路灯的应用已取得了显著的成效，在我国的很多地区都得到了应用。

1.3.3现代路灯的发展趋势

随着夜间活动时间的延长，路灯在人们夜生活中所占的比重越来越大。

人们对路灯的功能要求也越来越高，除了照明，路灯还肩负起其他功能，比如美化城市、突出文化底蕴、方向指示等功能。

路灯在不断改善人们的生活，在提高人们的生活质量。

但同时，环境、能源的问题也在不断挑战人们的生活水准，未来路灯的发展趋势就在这一矛盾中孕育而生，主要表现在以下几个方面。

（1）道路照明智能化

城市网路普及及建设使得道路监控系统得到了很好的发挥，路灯的远程智能控制成为当前城市道路照明系统建设中需要解决的问题之一。

也是未来路灯发展的方向。

（2）造型风格的多元化

在今天，路灯的造型设计已经不再走单一的风格路线，由于路灯功能的细分，不同场合的路灯不可能拘泥于某一种形式，在路灯设计中，不仅仅需要强调照明，更加强调装饰性和美学效果，需要与周围环境相一致，现代灯具的造型风格除了突出现代照明技术的作用，还应强调个性和与背景环境协调，注重表面灯具材料的质感。

第2章产品资料收集和分析

2.1路灯调查

2.1.1路灯的分类

路灯的种类非常的多，外形千变万化，功能更加多种多样，所以分类没有一个统一的标准，人们可以根据实际的需要对灯具进行分类，常见的分类主要有：

1.低位置路灯

灯高0.3-1.2m，主要用于照射植物，营造氛围或狭窄的人行道，起照明引导作用，见图2-1。

图2-1低位置路灯

2．步行和散步路灯

灯柱的高度在4-12m之间，此类灯具造型多样，设计注重细节部分处理，一般设置于道路的一侧，也可自由布置灯具的位置，见图2-2。

图2-2步行灯

3．普通干道和停车场路灯：

灯体高度在4-12ｍ，造型一般比较简洁，光源较强，灯距在20-50ｍ左右，见图2-3。

图2-3停车场路灯

4．高杆路灯：

高杆路灯高度在20-40ｍ之间，照射范围比较宽广，此类路灯一般用于站前广场、大型停车场、露天体育场、大型展览场等[5]，见图2-4。

图2-4　高杆路灯

2.1.2　路灯在道路环境中的功能

作为道路环境中设施，谈到路灯的功效，人们很容易联想到路灯最基本的两大功能，既实用功能和装饰功能，事实上，路灯作为道路环境设施中的一部分，应该把它看作一个综合体，用灵活和全面的态度来审视它的功能，所以可以基本划分为四个功能。

1.基本的实用功能

路灯的照明是最易为人类所感知的功能特性。

由于人类夜生活时间的不断延长，人类暴露在路灯下的时间也越来越长，所以，本着对人类健康负责的态度，和以人为本的精神，路灯的照明一般需要满足一下的一些要求，首先满足物体的可见度的需要，确保安全性和对方向的辨认，然后还要满足人的识别，使使用者感到舒适和健康，以及防止眩光，所讲光的颜色与环境相适合。

2.环境性功能

将环境的功能予以强化。

一些城市的夜景灯的功能除了照明外，本身作为一种环境塑造了城市的夜间文化。

3.装饰性功能

具有将环境美化或者装点的功能，见图2-5。

图2-5装饰性路灯

4.复合功能

城市中的一些设施可以同时把几项使用功能集于一身，例如，很多路灯的灯架上常常悬挂上路标和信号灯等，或者本身就具有引导和隔离的功能[6]。

2.1.3路灯的造型风格

近年来，随着科技的进步，物质生活的越来越丰富，是的路灯的功能叶越来越明确，其风格划分也开始明细化，不同的道路采用不同的风格的路灯，不仅对交通安全、社会治安起着重要作用，还能美化市容。

装点环境。

在小区、庭院、公园等非机动车的道路区域中，由于很少有机动车出没，所以道路宽度要求没有特别要求，路灯的设计造型风格多种多样，主要可分为：

（1）仿古灯：

模仿古代风格的路灯，例如宝塔灯、宫廷灯，见图2-6。

图２-6宫廷灯

（2）欧洲风格路灯：

以曲线线条的铸铁灯为主，崇尚自然的流畅。

见图2-7。

图2-7欧式风格路灯

（3）现代风格路灯：

几何化设计，线条简单，流畅，见图2-8。

图２-８　现代风格路灯

（4）其他风格：

以某一主题为理念的路灯，例如以中国元素为主题的中国结路灯，给人们带来了浓厚的文化气息，见图2-9。

图2-9中国元素街灯

2.2太阳能路灯调查

2.2.1太阳能路灯的概念

太阳能路灯是一种利用太阳能作为能源的路灯，因其具有不受供电影响，不用开沟埋线，不消耗常规电能，只要阳光充足就可以就地安装等特点，因此受到人们的广泛关注，又因其不污染环境，而被称为绿色环保产品。

太阳能路灯即可用于城镇公园、道路、草坪的照明，又可用于人口分布密度较小，交通不便经济不发达、缺乏常规燃料，难以用常规能源发电，但太阳能资源丰富的地区，以解决这些地区人们的家用照明。

1.太阳能路灯功能

是以太阳能作为电能供给,用来提供夜间道路照明,采用高光效照明光源设计,具有亮度高、安装简便、工作稳定可靠,不消耗常规能源,使用寿命长等优点,属于当今社会大力提倡利用的绿色能源产品。

2.太阳能路灯的特点及优点

（1）特点：

太阳能路灯采用高效单晶（多晶）硅太阳能电池供电,采用免维护密封型蓄电池贮存电能，用高效节能灯照明,并采用先进的充放电和照明控制电路,具有性质可靠、发光效率高、亮度大、安装方便、无需铺设电缆电线，无需交流电能和电费,采用直流供电,光敏控制，安全可靠、节能、经济、环保、实用、寿命长（太阳能电池可用15—20年,蓄电池可用5—7年）。

（2）优点：

以太阳能光伏电池提供电能，环保、无污染、无噪音、无辐射。

使用安全，绝无触电、火灾等意外事故，方便安装简洁，只需要有一个基座固定，所有的线路和控制部分均放置在灯架之中。

寿命长，智能化设计，质量可靠，,绿色能源，而且投资少。

一次性投资与交流电等价,并且长期受用，适用范围广，来源容易，太阳能源于自然,特别适合于绿地景观灯光配备,小区照明，工业开发区，各大院校室外灯光照明。

其运行维护成本低廉，除了阴雨天转换成市电供电会产生小部分电费成本外，运行成本几乎为零,整个系统运行均为自动控制，无需人为干预，几乎不产生维护成本见[7]，见图2-10。

图2-10太阳能路灯

2.2.2太阳能路灯的结构

太阳能LED路灯的基本结构由太阳能电池组件部分（包括支架）、LED灯头、控制箱（内有控制器、蓄电池）和灯杆等部分构成[8],见图2-11。

图2-11　太阳能ＬＥＤ路灯的结构

１.太阳能板

太阳能电池组是由半导体材料制作而成的，这些材料主要是晶体硅。

目前太阳能电池组有单晶硅电池组、多晶硅电池组、非晶硅薄膜太阳能电池等。

２.光源

在光源的选择上常常还需要考虑到高光效，节能，因为太阳能电池板的光转化率有限，并且在持续的降雨经常会延续的情况下，采用节能光源更是关键所在。

３.蓄电池

蓄电池是太阳能路灯的动力源泉，在选择太阳能路灯的蓄电池的时候，要考虑太阳能电池的寿命、储电能力和蓄电池的大小。

４.灯架的结构

灯架是太阳能路灯设计的重点，因为灯架的结构非常重要，它既要表达灯具造型的风格，同时还要承担着将所有其他零件合理配置于一体的作用。

灯架包括灯房和灯杆两个部分。

（1）灯房：

灯房主要是指封闭光源的外壳，但是除了光源外，灯房的设计要考虑到是否能放下相关的零件的空间，还要考虑到灯房是否够结实，灯房是否达到密封等级，防止外界的破坏等。

（2）灯杆：

设计太阳能路灯杆时候应该考虑到灯杆的材料，室外的太阳能路灯的材料的选择以耐用、美观为主。

由于光源的高度各有不同，要依据使用的目的，分开设计灯具支架。

当照明的目的是为了能够均匀的照亮地面，让行人能够更加安全，全面地识别路面情况的时候，可采用高位置光源还有就是支架重心,太阳能路灯较传统路灯更应该注意重心的设计，由于太阳能板的面积大，有一定的重量，所以在设计支架的整体造型时，不能过于庞大，还要考虑抗风问题，焊接的部位应该结实[9]。

2.3LED路灯的调查

2.3.1LED简介

作为一种但导体发光材料，与其他发光材料相比较，以其耐用，高效，亮度高、节能、环保、散热快的优势，在国内外有很大的市场，LED光源在景观照明领域取得了一定的成功，LED路灯的开发研制，开辟了更广阔的天地，LED在散热、光衰等一系列关键技术上比高压钠灯、节能灯有一定的市场。

河北保定电谷以天威、英利为龙头企业，在中国及世界做出来一片天空。

最近中国科技部组织实施了“十城万盏”计划，得到了全国各地的积极响应，创造出庞大的LED路灯市场，国内外一些应用试点示范也在如火如荼的展开。

LED作为路灯的光源的优点有：

（1）LED路灯本身具有光的指向性，没有光的漫射,保证光效。

（2）LED路灯有独特的二次光学设计，将LED路灯的光照射到所需照明的区域，即路面,进一步提高了光照效率，达到节能目的。

（3）LED的光源效率目前已达100lm/W,而且还有很大的发展空间，理论值能达到250lm/W。

而高压钠灯的发光效率是随功率增加才有所增加，因此，总体光效LED路灯比高压钠灯强。

（4）LED路灯的光显色性比高压钠灯高，高压钠灯显色指数只有23左右，而LED路灯显色指数可达到75以上，从视觉心理角度考虑,达到同等亮度,LED路灯的光照度平均可以比高压钠灯降低20%以上（参照英国道路照明标准），而且，在中间视觉水平下，人眼在高色温环境里比低色温环境更容易辨别事物，避免了某些危险状态的发生。

（5）LED路灯的光衰小，一年的光衰不到3%，使用10年仍达到道路使用照度要求，因此，LED路灯在使用功率的设计上可以比高压钠灯低。

（6）LED路灯可以自动调光，能实现在满足不同时段照明要求，最大可能的降低功率，节省电能。

（7）LED是低压直流器件，驱动单颗LED的电压为安全电压，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源,特别适用于公共场所。

直流的特点使LED特别适合与太阳能或者风电结合使用[10]。

2.4太阳能路灯道路环境的调查

1.机动车道与太阳能路灯

要考虑到司机能够及时发现路面状况，司机能够清楚地观察到道路的路线、宽度、以及结构形式等道路条件，能够清楚路面的干湿，凹凸以及路面有无缺陷等[11]。

2.步行道与太阳能路灯

能够维护人生安全，也就是安全的照明能帮助行人及时发现道路前面的情况。

还有应该能够增加美感，路灯在提供照明的同时还能够美化环境适当的光色，灯具的造型，对装点城市功不可没[12]。

3.住宅小区与太阳能路灯

小巷，小型花园、小区户外健身等都属于住宅小区。

该区域以居住为主要目的，光源布置应以走路为主，光亮不需要高，宜采用半截型光源，防止过都得光影影响周围居民的生活，造成光污染[13]。

第3章产品设计

3.1现有产品缺点分析

（1）整体外形结构单一，电池板在整体路灯的头部，结构单板冷漠不协调，颜色单调。

（2）在阴雨天太阳光照不足，吸储存电能收的电能需要打开路灯，

（3）若某地区连续阴雨天，蓄电池储电量不足时，光照的将会受到影响，同时也会影响太阳能路灯的使用寿命。

（4）太阳能电池板的造价，现在还比较高，大约在20元/瓦左右，是太阳能LED路灯的主要成本开支。

然而太阳能电池板的单价正在急剧降低，多晶硅的价格在08年达到最高峰，大约为470美元/公斤。

然而它现在正在以惊人的速度跌落，估计用不了一两年，它就会跌落到原来的40美元/公斤。

薄膜太阳能电池的单价很快就会降低到7元/瓦，也就是比现在低3倍[1４]。

3.2太阳能LED路灯基本工作原理

系统工作原理简单，利用光生伏特效应原理制成的太阳能电池白天太阳能电池板接收太阳辐射能并转化为电能输出，经过充放电控制器储存在蓄电池中，夜晚当照度逐渐降低至10lux左右、太阳能电池板开路电压4.5V左右，充放电控制器侦测到这一电压值后动作，蓄电池对灯头放电。

蓄电池放电8.5小时后，充放电控制器动作，蓄电池放电结束。

充放电控制器的主要作用是保护蓄电池[15]。

3.3设计定位

3.3.1使用环境定位

街道和公园小区照明使用。

3.3.2造型定位

由于现代都市的人们，忙于工作很少去野外亲近大自然，感受绿色生活，所以如何才能使都市的人们，在忙碌的同时也能领略到自然的气息，成为本次设计的关键，必须保证其结构满足零件所需的设备空间。

结构设计并且能够抵抗外部环境所带来的损害，基于以上因素，太阳能LED路灯的外观设计上仿生设计，由植物的叶片形状展开联想设计，因为植物通过叶片的光合作用产生能量维持整个生命周期，太阳能LED路灯也是通过吸收光能储存能量实现整个照明作用，给忙碌的人们带来新意和情趣。

使路灯也能成为人们眼中的一道风景线。

3.4人机工程学分析

1.灯高

（1）灯具安装高度，同一街道灯具安装高度必须一致,即发光中心到地面高度。

（2）特殊灯型根据设计要求安装，灯的高度在致相当于需要被照明马路的宽度。

只在一侧照明时H≌L;

在两侧照明时H≌L/2其中，H：

灯具安装高度（米）,L：

宽（米）。

2.灯具仰角

（1）灯具仰角街道宽度及灯具的配光曲线来决定，每条街道的仰角应一致。

（2）灯头可调时，应使光源中心线落在路宽的L/3-1/2范围内。

（3）对长臂灯（或支臂灯）灯身在安装后，灯头侧应比电杆侧仰起1毫米。

（4）特殊灯具应根据配光曲线来决定灯具仰角。

3.路灯灯具部分

（1）灯具应牢固端正，谢绝有松动，歪斜现象。

（2）灯罩应完整无损，没有破碎。

（3）搪瓷灯伞锈蚀，变形者应更换。

（4）灯具反光镜面失效，应更换。

4.灯杆

依据电池组件厂家的技术参数资料，太阳能电池组件可以承受的迎风压强为2700Pa。

若抗风系数选定为27m/s（相当于十级台风），根据非粘性流体力学，电池组件承受的风压只有365Pa。

所以，组件本身是完全可以承受27m/s的风速而不至于损坏的。

所以，设计中关键要考虑的是电池组件支架与灯杆的连接。

５.ＬＥＤ灯矩阵大小

根据所需照明时间LED路灯每天的工作时间应同一般路灯的工作要求,设计应考虑冬天日照时间短时,其工作时间应能在12小时之上。

由于LED灯受天气影响较大,如遇连续阴雨天就使LED灯缺乏电能而无法使用。

在设计时应充分考虑太阳能电池板及蓄电池的容量。

６.防雷接地

LED路灯的工作电压一般为12V或24V,属安全电压,不做电气保护接地。

但LED路灯金属灯杆应做防雷接地,接地电阻不大于10Ω。

７.蓄电池的选择

根据容量计算：

蓄电池容量=光源用电功率×

每天所用时间/用电电压×

连续阴雨天×

1·

5（损耗系数）。

８.电池板的功率计算

Wp=灯具负载功率×

灯具所用时间/当地日照系数×

2.3

第4章产品设计的实现

4.1设计草图

1．方案一

根据君子兰的叶片展开联想，君子兰的花语是高贵、典雅、有君子之风。

灯柱为中空设计减少风的力度，保证灯柱的抗风性能，电池板与灯具一体化设计。

外观给人自然绿色的感受，让人们走在道路的两旁也能感受到自然的气息，结构简洁，外形明确流畅，见图4-1。

图4-1方案一

2．方案二

同样采用仿生设计，由马蒂莲的花叶展开联想并将其抽象设计，其花朵为白色，花茎为绿色，其代表纯洁和有爱，给人以安静的抚慰。

将叶片做成中空形态，中间是灯柱芯，使其整体轻松简洁，在夜晚给行走在路上的人们一种安逸，轻松的，见图4-2。

图4-2方案二

3．方案三

由银杏叶片的形状展开联想设计，银杏叶不但是一种药材，它代表了坚毅和沉着，而且它的形状就像是一把优雅的小扇子，带给人们健康的同时也带来的视觉享受。

设计成双臂路灯，太阳能板分别安在灯罩的上部，进行整体化设计，减少材料和结构设计，见图4-3。

图4-3方案三

4．方案四

由植物的复叶联想设计，成串的叶片在风中飘动，错落有致，让人回味无求。

倾斜的角度设计，是为了倾角能更好的吸收太阳能储存能量，整体设计进行一体化设计，节约了成本，见图4-4。

图4-4方案四

5．方案五

根据植物的幼芽形态进行展开设计，给人以希望和对真实自然的感悟，在产品外观上将电池板与灯罩进行整体化设计，给人自然的亲近感，并LED灯泡做成矩阵，见图4-5。

图4-5方案五

6．方案六

根据蕨类植物的叶片形态展开联想，它代表了信任和依赖，在设计中，路灯的整体曲线流畅，双臂设计将电池板与灯罩进行整体化设计，使人感到自然的气息，并且与周围的景观融为一体，见图4-6。

图4-6方案六

4.2选定方案

经过对六张草图从产品的功能作用和经济价值等各方面进行全方面的对比和分析，选定方案一，因为此方案的设计外观形态采用仿生设计，整体结构简洁大方，电池板与灯具结合在一起，同时将控制箱隐藏在灯体内部，保证使用作用的同时使得整个设计也更加简洁流畅。

此外由植物的叶片形状展开联想设计，由植物通过叶片的光合作用产生能量维持整个生命周期，太阳能LED路灯也是通过吸收光能储存能量实现整个照明作用。

通过这些启发，可以将这个特征也太阳能LED路灯设计融为一体外形给人自然绿色的感受，让人们走在道路的两旁也能感受到自