CN105898919A - 一种分散式自适应控制的智能道路照明系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分散式自适应控制的智能道路照明系统，由多个独立的自适应照明控制装置组成，该种装置基于单片机、红外传感器和光敏传感器。每个独立的照明装置对应一个路灯，且相邻的照明控制装置之间通过单片机的通用I/O口进行信息通讯。每个独立的照明控制系统包括：红外感应模块、亮度采样模块、单片机核心板、驱动模块、信息通讯模块以及照明模块。本发明通过分析外部环境信号实现在人和车辆接近时实现路灯的恒亮度照明，并在没有人和车辆的时间将路灯亮度控制在较低的水平。本发明在成本较低的基础上，控制简单，可扩展性强，且节约电能。

Description

一种分散式自适应控制的智能道路照明系统

技术领域

本发明关于一种智能道路照明系统，尤其是一种分散式自适应控制的智能道路照明系统。

背景技术

随着我国城市化进程的不断加快，城市的范围在扩大，城市交通照明的需求与日俱增。城市亮了，形象美了的同时，路灯照明产生的费用也增加了。

传统的路灯照明采用整体式控制，即成片的路灯由一个总开关控制，只有亮和灭的操作。传统的路灯照明多采用高压钠灯等气体放电灯，在启动时存在一个预热过程，既浪费资源又不利于智能化控制。传统的路灯光源都是采用汞蒸气的机制来发光，其废旧光源的处理也成为了全世界亟需解决的问题。传统的路灯光源是全向发光，需配合反射器使用，光线损失较大，利用率较低。

现有的路灯是通过判断自然光强小于一定值来开启照明，且传统的路灯开启时有一个缓慢的预热过程。在传统路灯系统下，路灯在开启状态下的控制状态不变。凌晨和傍晚时分，在人的肉眼可以大致辨识物体，只需路灯提供弱光既可正常行走驾驶的时候，道路照明系统已经全负荷工作，这种现象是对电力资源的浪费。在深夜车流量特别小的，尤其是四五线的小城市后半夜车流量基本为零的事实前提下，路灯的常开是对电力资源的极大浪费。

现今社会，人们越来越注重节能减排，可持续发展的观念已经深入人心。近年来，国家努力推动半导体照明行业的发展，出台诸如“十城万盏”等举措来促进半导体照明的发展。越来越多的城市道路照明开始采用LED光源，与此同时带来了能源的节约利用。

本发明，基于LED光源作为照明控制对象，采用分散控制，实现了道路照明的自适应调节，在原有LED节能效果的基础上实现更为智能的控制，在单片机控制上优化算法结构，更大程度的实现了资源节约。

发明内容

本发明解决的问题在于，针对传统路灯光源的耗能和难以回收以及新兴LED道路照明依然不够智能的问题，基于LED光源，使用单片机和传感器，组成一种分散式自适应调节的智能道路照明系统，在节能的同时使得道路照明的控制更为智能。

一种分散式自适应控制的智能道路照明系统，由多个独立的自适应控制照明装置组成，所述自适应控制照明装置包括单片机，及与单片机的核心板连接的红外感应模块、亮度采样模块、驱动模块、信息通讯模块，以及与驱动模块连接的照明模块；多个独立的自适应控制照明装置之间通过将单片机之间的I/O口进行一定形式的连接形成两两相连的分布格局，各个自适应控制照明装置独立控制但又进行信息通讯；所述单片机为自适应控制照明装置的控制核心，控制各种信号的输入输出；

所述红外感应模块与单片机核心板相连，感受临近范围的红外信号，作为单片机的一个输入；

所述亮度采样模块与单片机核心板相连，感受临近范围的合成光强，作为单片机的一个输入；

所述驱动模块连接单片机和照明模块；

所述信息通讯模块包括输入和输出，控制相连的自适应控制照明装置之间的信息交流。

优选的，多个独立的自适应控制照明装置串联连接。

优选的，所述红外感应模块为集成的红外热释电传感模块，接收红外信号，输出0和1的二值信号。

优选的，所述的亮度感应模块由光敏电阻和定值电阻分压获得电压信号输入单片机。

优选的，所述驱动模块连接单片机和照明模块，对单片机输出的PWM信号进行功率放大，供给照明模块。

优选的，所述单片机可采用满足I/O数量需求和主频需求的任何单片机。

优选的，所述信息通讯模块包括输入和输出，在相邻的照明控制装置之间通讯彼此接收红外传感信号。

优选的，照明模块采用LED并联的形式。

下面对本发明做进一步的说明。

所述单片机是照明系统中每个独立的照明控制装置的控制核心，它连接和控制包括红外感应模块、亮度采样模块、驱动模块和信息通讯模块在内的外围模块的信息输入、处理和输出。

所述红外感应模块采用集成的专用红外热释电传感器电路，并将其设置在可重复触发的运行模式。红外感应模块感应照明装置附近的红外信号，并将该信号以高低电平的方式输入单片机。

所述亮度采集模块采集路灯照明和外界背景光源的合成光强，通过包括光明电阻的模拟电路将光照强度该光学量，转化成单片机可识别的电压值。该电压模拟量经过单片机的AD采样模块转化成单片机可处理的数字信号量。

所述信息通讯模块连接彼此相邻的照明装置，负责将相连照明装置采集到的红外信号在相连的照明装置之间传输，即信息共享。

所述照明模块采用LED，由于LED的功率不大，所以采用多个LED并联的形式实现正常的道路照明效果。单片机输出的PWM为小电流信号，无法驱动LED照明电路，所述驱动模块连接单片机的输出和照明模块的输入，作为照明模块的功率驱动单元。

所述LED照明模块受控于单片机的PWM信号输出，单片机的PWM信号采100HZ或以上频率输出，使得人眼感觉不到灯光闪烁。单片机通过调整PWM输出信号的占空比来调节路灯的亮度输出。

本发明所实际的分散式自适应道路照明至少具有以下优点：改传统的高压气体放电光源为节能LED光源，不仅节约能源提高效率，照明效果更佳，而且废旧光源更易回收；改传统道路照明的整体控制为分散式独立控制，在控制方式上更为智能，在夜间人少的情况下合理降低一部分路灯的亮度达到节能的效果；各个照明单元虽独立控制但又相互连接通讯，为给行人和车辆保证安全的照明环境，只要有一个路灯单元感应到红外信号，与之相连的另外两个路灯必亮；所述智能照明系统采用单片机控制，具有可再编程的优点，功能可扩展性强。本发明适用于大学校园、工业园区、城市道路等照明场景。

本发明通过一个单片机控制一个或多个临近的路灯，形成一个单元，每个单元之间虽然相互连接，但彼此亮度控制相互独立。这样分散式控制的模式，可以更为有效地对不同路段的实际情况进行独立分析、独立控制，将路灯的控制变得更为合理。通过光敏元件感受外界光照信息，通过单片机的内部控制，调节控制LED的PWM占空比来使得总的合成光强维持一定范围。这样在背景光照较强时可以减弱LED路灯输出，但实际的总光强大致不变。红外感应元件的目的在于一旦某路段感应到附近无车辆行人状态下，可以适当降低路灯的输出亮度。而在有车辆、行人靠近时，立即恢复到正常状态。各个路灯的红外信号是相互共享的，从而实现了系统判断的安全性和及时性。

附图说明

图1是本发明涉及的智能照明系统路灯单元布置格局；

图2是单个自适应控制照明装置的模块图；

图3是单个自适应控制照明装置的单片机程序流程图。

具体实施方式

本发明所用材料设备除非特别说明，均可市场购得。

参见图1，本发明是一个现场的道路照明系统，由应用场景现场的多个相互连接的路灯单元组成，单个路灯独立控制而且两两相连之间又存在信息双向流通。一旦一个路灯单元感受到人或车辆的红外信号，单片机立即将此信号传送给与之相连的临近两个路灯单元，即只要感应到人和车辆存在，至少有顺次相连的三个路灯点亮。图中所述为道路一侧的布局，实际道路照明中，道路两个均采用这样的布局并保持相互独立。所有路灯的电源分区块由远端中央控制室控制。

图1中所示的单个路灯单元其系统模块图如图2所示。包括红外感应模块、亮度采样模块、单片机、驱动模块、信息通讯模块以及照明模块。

参见图2，本发明中所述的路灯单元红外信号由红外感应模块进行检测并输入给单片机。为提高检测的灵敏性，所述红外检测模块采用专用集成的红外热释电电路，并将其设置在可重复触发型工作模式。

所述通讯模块需要利用单片机的4个通用I/O口，其中两个设置为输入模式，用以接收相邻的两个路等单元的单片机传来的信号，另外两个设置为输出模式，将本单元检测的红外信号分别输出到相邻的两个路灯单元的单片机。

所述单片机模块处理本单元红外模块检测的红外信号以及相邻单元传送的红外检测信号进而控制路灯的亮度水平。所述亮度采集模块采集路灯输出光强和背景光强之和，转化成电压值，经单片机的AD采样模块转化成可处理的数字信号量，在红外检测信号为真的情况下以此为因变量调整PWM的占空比，进而控制照明范围内的亮度。

所述PWM信号为单片机输出的小电流信号，不足以驱动后级的LED照明电路，通过驱动模块进行功率放大，进而间接控制灯光亮度。

Claims (8)

1.一种分散式自适应控制的智能道路照明系统，其特征在于：由多个独立的自适应控制照明装置组成，所述自适应控制照明装置包括单片机，及与单片机的核心板连接的红外感应模块、亮度采样模块、驱动模块、信息通讯模块，以及与驱动模块连接的照明模块；多个独立的自适应控制照明装置之间通过将单片机之间的I/O口进行一定形式的连接形成两两相连的分布格局，各个自适应控制照明装置独立控制但又进行信息通讯；

所述单片机为自适应控制照明装置的控制核心，控制各种信号的输入输出；

所述红外感应模块与单片机核心板相连，感受临近范围的红外信号，作为单片机的一个输入；

所述亮度采样模块与单片机核心板相连，感受临近范围的合成光强，作为单片机的一个输入；

所述驱动模块连接单片机和照明模块；

所述信息通讯模块包括输入和输出，控制相连的自适应控制照明装置之间的信息交流。

2.如权利要求1所述的分散式自适应控制的智能道路照明系统，其特征在于：多个独立的自适应控制照明装置串联连接。

3.如权利要求1所述的分散式自适应控制的智能道路照明系统，其特征在于：所述红外感应模块为集成的红外热释电传感模块，接收红外信号，输出0和1的二值信号。

4.如权利要求1所述的分散式自适应控制的智能道路照明系统，其特征在于：所述的亮度感应模块由光敏电阻和定值电阻分压获得电压信号输入单片机。

5.如权利要求1所述的分散式自适应控制的智能道路照明系统，其特征在于：所述驱动模块连接单片机和照明模块，对单片机输出的PWM信号进行功率放大，供给照明模块。

6.如权利要求1所述的分散式自适应控制的智能道路照明系统，其特征在于：所述单片机可采用满足I/O数量需求和主频需求的任何单片机。

7.如权利要求1所述的分散式自适应控制的智能道路照明系统，其特征在于：所述信息通讯模块包括输入和输出，在相邻的照明控制装置之间通讯彼此接收红外传感信号。

8.如权利要求1所述的分散式自适应控制的智能道路照明系统，其特征在于：照明模块采用LED并联的形式。