一種分散式自適應控制的智能道路照明系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種分散式自適應控制的智能道路照明系統，由多個獨立的自適應照明控制裝置組成，該種裝置基于單片機、紅外傳感器和光敏傳感器。每個獨立的照明裝置對應一個路燈，且相鄰的照明控制裝置之間通過單片機的通用I/O口進行信息通訊。每個獨立的照明控制系統包括：紅外感應模塊、亮度采樣模塊、單片機核心板、驅動模塊、信息通訊模塊以及照明模塊。本發明通過分析外部環境信號實現在人和車輛接近時實現路燈的恒亮度照明，并在沒有人和車輛的時間將路燈亮度控制在較低的水平。本發明在成本較低的基礎上，控制簡單，可擴展性強，且節約電能。
【專利說明】
一種分散式自適應控制的智能道路照明系統
技術領域
[0001]本發明關于一種智能道路照明系統，尤其是一種分散式自適應控制的智能道路照明系統。
【背景技術】
[0002]隨著我國城市化進程的不斷加快，城市的范圍在擴大，城市交通照明的需求與日倶增。城市亮了，形象美了的同時，路燈照明產生的費用也增加了。
[0003]傳統的路燈照明采用整體式控制，即成片的路燈由一個總開關控制，只有亮和滅的操作。傳統的路燈照明多采用高壓鈉燈等氣體放電燈，在啟動時存在一個預熱過程，既浪費資源又不利于智能化控制。傳統的路燈光源都是采用汞蒸氣的機制來發光，其廢舊光源的處理也成為了全世界亟需解決的問題。傳統的路燈光源是全向發光，需配合反射器使用，光線損失較大，利用率較低。
[0004]現有的路燈是通過判斷自然光強小于一定值來開啟照明，且傳統的路燈開啟時有一個緩慢的預熱過程。在傳統路燈系統下，路燈在開啟狀態下的控制狀態不變。凌晨和傍晚時分，在人的肉眼可以大致辨識物體，只需路燈提供弱光既可正常行走駕駛的時候，道路照明系統已經全負荷工作，這種現象是對電力資源的浪費。在深夜車流量特別小的，尤其是四五線的小城市后半夜車流量基本為零的事實前提下，路燈的常開是對電力資源的極大浪費。
[0005]現今社會，人們越來越注重節能減排，可持續發展的觀念已經深入人心。近年來，國家努力推動半導體照明行業的發展，出臺諸如“十城萬盞”等舉措來促進半導體照明的發展。越來越多的城市道路照明開始采用LED光源，與此同時帶來了能源的節約利用。
[0006]本發明，基于LED光源作為照明控制對象，采用分散控制，實現了道路照明的自適應調節，在原有LED節能效果的基礎上實現更為智能的控制，在單片機控制上優化算法結構，更大程度的實現了資源節約。
【發明內容】
[0007]本發明解決的問題在于，針對傳統路燈光源的耗能和難以回收以及新興LED道路照明依然不夠智能的問題，基于LED光源，使用單片機和傳感器，組成一種分散式自適應調節的智能道路照明系統，在節能的同時使得道路照明的控制更為智能。
[0008]—種分散式自適應控制的智能道路照明系統，由多個獨立的自適應控制照明裝置組成，所述自適應控制照明裝置包括單片機，及與單片機的核心板連接的紅外感應模塊、亮度采樣模塊、驅動模塊、信息通訊模塊，以及與驅動模塊連接的照明模塊;多個獨立的自適應控制照明裝置之間通過將單片機之間的I/O 口進行一定形式的連接形成兩兩相連的分布格局，各個自適應控制照明裝置獨立控制但又進行信息通訊;所述單片機為自適應控制照明裝置的控制核心，控制各種信號的輸入輸出；
[0009]所述紅外感應模塊與單片機核心板相連，感受臨近范圍的紅外信號，作為單片機的一個輸入；
[0010]所述亮度采樣模塊與單片機核心板相連，感受臨近范圍的合成光強，作為單片機的一個輸入；
[0011 ]所述驅動模塊連接單片機和照明模塊；
[0012]所述信息通訊模塊包括輸入和輸出，控制相連的自適應控制照明裝置之間的信息交流。
[0013]優選的，多個獨立的自適應控制照明裝置串聯連接。
[0014]優選的，所述紅外感應模塊為集成的紅外熱釋電傳感模塊，接收紅外信號，輸出O和I的二值信號。
[0015]優選的，所述的亮度感應模塊由光敏電阻和定值電阻分壓獲得電壓信號輸入單片機。
[0016]優選的，所述驅動模塊連接單片機和照明模塊，對單片機輸出的PffM信號進行功率放大，供給照明模塊。
[0017]優選的，所述單片機可采用滿足I/O數量需求和主頻需求的任何單片機。
[0018]優選的，所述信息通訊模塊包括輸入和輸出，在相鄰的照明控制裝置之間通訊彼此接收紅外傳感信號。
[0019]優選的，照明模塊采用LED并聯的形式。
[0020]下面對本發明做進一步的說明。
[0021]所述單片機是照明系統中每個獨立的照明控制裝置的控制核心，它連接和控制包括紅外感應模塊、亮度采樣模塊、驅動模塊和信息通訊模塊在內的外圍模塊的信息輸入、處理和輸出。
[0022]所述紅外感應模塊采用集成的專用紅外熱釋電傳感器電路，并將其設置在可重復觸發的運行模式。紅外感應模塊感應照明裝置附近的紅外信號，并將該信號以高低電平的方式輸入單片機。
[0023]所述亮度采集模塊采集路燈照明和外界背景光源的合成光強，通過包括光明電阻的模擬電路將光照強度該光學量，轉化成單片機可識別的電壓值。該電壓模擬量經過單片機的AD采樣模塊轉化成單片機可處理的數字信號量。
[0024]所述信息通訊模塊連接彼此相鄰的照明裝置，負責將相連照明裝置采集到的紅外信號在相連的照明裝置之間傳輸，即信息共享。
[0025]所述照明模塊采用LED，由于LED的功率不大，所以采用多個LED并聯的形式實現正常的道路照明效果。單片機輸出的PWM為小電流信號，無法驅動LED照明電路，所述驅動模塊連接單片機的輸出和照明模塊的輸入，作為照明模塊的功率驅動單元。
[0026]所述LED照明模塊受控于單片機的PffM信號輸出，單片機的PWM信號采100HZ或以上頻率輸出，使得人眼感覺不到燈光閃爍。單片機通過調整PWM輸出信號的占空比來調節路燈的亮度輸出。
[0027]本發明所實際的分散式自適應道路照明至少具有以下優點:改傳統的高壓氣體放電光源為節能LED光源，不僅節約能源提高效率，照明效果更佳，而且廢舊光源更易回收;改傳統道路照明的整體控制為分散式獨立控制，在控制方式上更為智能，在夜間人少的情況下合理降低一部分路燈的亮度達到節能的效果;各個照明單元雖獨立控制但又相互連接通訊，為給行人和車輛保證安全的照明環境，只要有一個路燈單元感應到紅外信號，與之相連的另外兩個路燈必亮;所述智能照明系統采用單片機控制，具有可再編程的優點，功能可擴展性強。本發明適用于大學校園、工業園區、城市道路等照明場景。
[0028]本發明通過一個單片機控制一個或多個臨近的路燈，形成一個單元，每個單元之間雖然相互連接，但彼此亮度控制相互獨立。這樣分散式控制的模式，可以更為有效地對不同路段的實際情況進行獨立分析、獨立控制，將路燈的控制變得更為合理。通過光敏元件感受外界光照信息，通過單片機的內部控制，調節控制LED的PWM占空比來使得總的合成光強維持一定范圍。這樣在背景光照較強時可以減弱LED路燈輸出，但實際的總光強大致不變。紅外感應元件的目的在于一旦某路段感應到附近無車輛行人狀態下，可以適當降低路燈的輸出亮度。而在有車輛、行人靠近時，立即恢復到正常狀態。各個路燈的紅外信號是相互共享的，從而實現了系統判斷的安全性和及時性。
【附圖說明】
[0029]圖1是本發明涉及的智能照明系統路燈單元布置格局；
[0030]圖2是單個自適應控制照明裝置的模塊圖；
[0031]圖3是單個自適應控制照明裝置的單片機程序流程圖。
【具體實施方式】
[0032]本發明所用材料設備除非特別說明，均可市場購得。
[0033]參見圖1，本發明是一個現場的道路照明系統，由應用場景現場的多個相互連接的路燈單元組成，單個路燈獨立控制而且兩兩相連之間又存在信息雙向流通。一旦一個路燈單元感受到人或車輛的紅外信號，單片機立即將此信號傳送給與之相連的臨近兩個路燈單元，即只要感應到人和車輛存在，至少有順次相連的三個路燈點亮。圖中所述為道路一側的布局，實際道路照明中，道路兩個均采用這樣的布局并保持相互獨立。所有路燈的電源分區塊由遠端中央控制室控制。
[0034]圖1中所示的單個路燈單元其系統模塊圖如圖2所示。包括紅外感應模塊、亮度采樣模塊、單片機、驅動模塊、信息通訊模塊以及照明模塊。
[0035]參見圖2，本發明中所述的路燈單元紅外信號由紅外感應模塊進行檢測并輸入給單片機。為提高檢測的靈敏性，所述紅外檢測模塊采用專用集成的紅外熱釋電電路，并將其設置在可重復觸發型工作模式。
[0036]所述通訊模塊需要利用單片機的4個通用I/O口，其中兩個設置為輸入模式，用以接收相鄰的兩個路等單元的單片機傳來的信號，另外兩個設置為輸出模式，將本單元檢測的紅外信號分別輸出到相鄰的兩個路燈單元的單片機。
[0037]所述單片機模塊處理本單元紅外模塊檢測的紅外信號以及相鄰單元傳送的紅外檢測信號進而控制路燈的亮度水平。所述亮度采集模塊采集路燈輸出光強和背景光強之和，轉化成電壓值，經單片機的AD采樣模塊轉化成可處理的數字信號量，在紅外檢測信號為真的情況下以此為因變量調整PWM的占空比，進而控制照明范圍內的亮度。
[0038]所述PWM信號為單片機輸出的小電流信號，不足以驅動后級的LED照明電路，通過驅動模塊進行功率放大，進而間接控制燈光亮度。
【主權項】
1.一種分散式自適應控制的智能道路照明系統，其特征在于:由多個獨立的自適應控制照明裝置組成，所述自適應控制照明裝置包括單片機，及與單片機的核心板連接的紅外感應模塊、亮度采樣模塊、驅動模塊、信息通訊模塊，以及與驅動模塊連接的照明模塊;多個獨立的自適應控制照明裝置之間通過將單片機之間的I/o 口進行一定形式的連接形成兩兩相連的分布格局，各個自適應控制照明裝置獨立控制但又進行信息通訊； 所述單片機為自適應控制照明裝置的控制核心，控制各種信號的輸入輸出； 所述紅外感應模塊與單片機核心板相連，感受臨近范圍的紅外信號，作為單片機的一個輸入； 所述亮度采樣模塊與單片機核心板相連，感受臨近范圍的合成光強，作為單片機的一個輸入； 所述驅動模塊連接單片機和照明模塊； 所述信息通訊模塊包括輸入和輸出，控制相連的自適應控制照明裝置之間的信息交流。2.如權利要求1所述的分散式自適應控制的智能道路照明系統，其特征在于:多個獨立的自適應控制照明裝置串聯連接。3.如權利要求1所述的分散式自適應控制的智能道路照明系統，其特征在于:所述紅外感應模塊為集成的紅外熱釋電傳感模塊，接收紅外信號，輸出O和I的二值信號。4.如權利要求1所述的分散式自適應控制的智能道路照明系統，其特征在于:所述的亮度感應模塊由光敏電阻和定值電阻分壓獲得電壓信號輸入單片機。5.如權利要求1所述的分散式自適應控制的智能道路照明系統，其特征在于:所述驅動模塊連接單片機和照明模塊，對單片機輸出的PWM信號進行功率放大，供給照明模塊。6.如權利要求1所述的分散式自適應控制的智能道路照明系統，其特征在于:所述單片機可采用滿足I/o數量需求和主頻需求的任何單片機。7.如權利要求1所述的分散式自適應控制的智能道路照明系統，其特征在于:所述信息通訊模塊包括輸入和輸出，在相鄰的照明控制裝置之間通訊彼此接收紅外傳感信號。8.如權利要求1所述的分散式自適應控制的智能道路照明系統，其特征在于:照明模塊采用LED并聯的形式。
【文檔編號】H05B33/08GK105898919SQ201610299216
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月6日
【發明人】卞騰躍, 陳方舟
【申請人】浙江大學