一种LED路灯智能控制器及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种LED路灯智能控制器及控制方法，所述LED路灯智能控制器，包括电源、光敏传感器、取样电路、信号调理电路、模数转换电路、微处理器、驱动器、LED路灯电源和LED路灯；所述光敏传感器、取样电路、信号调理电路、模数转换电路、微处理器构成自然光照测量系统，所述微处理器、驱动器、LED路灯电源和LED路灯构成LED路灯驱动系统。本发明专利技术与已有技术相比有以下优点：能根据黄昏时分自然光照强度特征，自动调节LED路灯光照强度，充分利用自然光，在保证整体光照强度（即LED路灯光照与自然光照之和）不变的前提下，降低了LED路灯的能耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于路灯，具体涉及一种LED路灯控制器及控制方法。技术背景目前，LED路灯在道路照明、城市亮化工程等领域中获得了广泛应用，其控制方式大多为分为人工控制或定时控制两类。这两种控制方式简单，但存在明显缺陷：不能根据天气情况或外界自然光情况自动调节LED路灯的光照强度，从而造成电能浪费。为解决这个问题，许多学者和工程师进行了大量的研究工作，试图降低LED路灯的能耗。陈晓艳等利用GPRS和ZigBee设计了一种LED路灯智能监控系统(“基于GPRS与ZigBee的LED路灯智能控制系统设计”，陈晓艳、高伟、秦欢，《电子测量技术》，2013年10月)，李莲等利用模糊控制方法设计了LED路灯三级节能控制方法(全功率、半功率、全关闭)(“基于模糊控制的LED路灯控制系统的理论研究”,李莲、李立,《照明工程学报》,2012年4月)，刘春玲等利用LED驱动芯片HV9910设计了LED路灯自适应调光电路(“LED路灯自适应调光无线控制器”,刘春玲、王道乾、崔文冲,《辽宁工程技术大学学报》(自然科学版),2015年1月)。这些方法能在一定程度上降低LED能耗，但是控制方式过于简单，节能效果有待进一步提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种LED路灯控制器及控制方法，能根据黄昏时分自然光照强度缓慢变弱的特征，自适应地控制LED
路灯光照逐渐变强，补偿整体光照强度，保持整体光照强度不变，充分利用自然光，以达到节能的目的。本专利技术的目的通过下述技术方案予以实现：本专利技术提供的LED路灯控制器，包括电源、光敏传感器、取样电路、信号调理电路、模数转换电路、微处理器、驱动器、LED路灯电源和LED路灯；所述光敏传感器、取样电路、信号调理电路、模数转换电路、微处理器构成自然光照测量系统，所述微处理器、驱动器、LED路灯电源和LED路灯构成LED路灯驱动系统；光敏传感器用于检测外界自然光的光照强度，由取样电路将自然光的光照强度转换为取样电压；取样电压输入到信号调理电路放大处理后传输至模数转换电路，将模拟电压信号转换为数字信号传输至微处理器，获得自然光照强度的数字信息；微处理器根据自然光照强度的数字信息产生不同脉宽的脉宽调制信号，并将此PWM信号传输到驱动器；由驱动器控制一个周期内LED电源有效输出的时间长短，从而控制LED电源的电流输出大小；通过LED电源的电流输出大小，调节LED路灯的发光强度。本专利技术提供的LED路灯控制方法，包括以下步骤：一、利用自然光照测量系统完成自然环境光照强度测量，获得自然光照强度；二、求出设定的整体光照强度与自然光照强度之差；三、以补偿后光照强度与自然光照强度之差为输入，利用光照测量逆模型，获得LED路灯驱动器的控制量；四、LED路灯驱动器在控制量的作用下，完成LED路灯驱动、发光，此时LED路灯的发光量即可补偿自然光。所述步骤二是利用MATLAB软件和数据样本(lxi,ui)，采样数值计算方法，构建光照测量模型lx＝f1＝g(u)并实现光照测量系统的非线性误差补偿，同时构建光照测量逆模型u＝f2＝f(lx)，利用采集的数据样本对光照测量逆模型进行训练，获得光照测量逆模型的参数；利用采集的数据样本对光照测量模型进行训练，获得光照测量模型的参数，并完成输入(u)与输出(lx)之间非线性误差补偿，步骤如下：1)根据数据样本(lxi,ui)的变化趋势，以lx＝f1＝a0+a1u+a2u2+a3u3+a4u4+a5u5和u＝f2＝b0+b1lx+b2lx2+b3lx3+b4lx4+b5lx5为核函数，分别逼近光照测量模型和光照测量逆模型，其中，a0,…,a5，b0,…,b5分别为光照测量模型和光照测量逆模型的系数；2)利用MATLAB软件和数据样本(lxi,ui)，采样最小二乘法，求解系数a0,…,a5，b0,…,b5；3)利用光照测量系统，获得采样电压u，将采样电压u与参数a0,…,a5代入函数f1(即光照测量模型)，求得自然光照强度lx；4)求出设定的整体光照强度与自然光照强度之差Δlx；所述步骤三的控制量，按照以下步骤获得；1)光照强度之差Δlx为输入，将Δlx与参数b0,…,b5代入函数f2，获得光照测量逆模型的输出电压u；2)以光照测量逆模型输出电压u为LED路灯驱动系统控制的输入变量，通过微处理器的PWM功能，完成LED路灯驱动系统的控制，其控制算法如下： z P W M ( u ) = 0 , L N ≥ L a u C m a x × F F F F H , L b < L N < L a F F F F H , 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种LED路灯智能控制器，其特征是包括电源、光敏传感器、取样电路、信号调理电路、模数转换电路、微处理器、驱动器、LED路灯电源和LED路灯；所述光敏传感器、取样电路、信号调理电路、模数转换电路、微处理器构成自然光照测量系统，所述微处理器、驱动器、LED路灯电源和LED路灯构成LED路灯驱动系统；光敏传感器用于检测外界自然光的光照强度，由取样电路将自然光的光照强度转换为取样电压；取样电压输入到信号调理电路放大处理后传输至模数转换电路，将模拟电压信号转换为数字信号传输至微处理器，获得自然光照强度的数字信息；微处理器根据自然光照强度的数字信息产生不同脉宽的脉宽调制信号，并将此PWM信号传输到驱动器；由驱动器控制一个周期内LED电源有效输出的时间长短，从而控制LED电源的电流输出大小；通过LED电源的电流输出大小，调节LED路灯的发光强度。

【技术特征摘要】
1.一种LED路灯智能控制器，其特征是包括电源、光敏传感器、取样电路、信号调理电路、模数转换电路、微处理器、驱动器、LED路灯电源和LED路灯；所述光敏传感器、取样电路、信号调理电路、模数转换电路、微处理器构成自然光照测量系统，所述微处理器、驱动器、LED路灯电源和LED路灯构成LED路灯驱动系统；光敏传感器用于检测外界自然光的光照强度，由取样电路将自然光的光照强度转换为取样电压；取样电压输入到信号调理电路放大处理后传输至模数转换电路，将模拟电压信号转换为数字信号传输至微处理器，获得自然光照强度的数字信息；微处理器根据自然光照强度的数字信息产生不同脉宽的脉宽调制信号，并将此PWM信号传输到驱动器；由驱动器控制一个周期内LED电源有效输出的时间长短，从而控制LED电源的电流输出大小；通过LED电源的电流输出大小，调节LED路灯的发光强度。2.一种LED路灯控制方法，其特征是包括以下步骤：步骤1.利用自然光照测量系统完成自然环境光照强度测量，获得自然光照强度；步骤2.求出设定的整体光照强度与自然光照强度之差；步骤3.以补偿后光照强度与自然光照强度之差为输入，利用光照测量逆模型，获得LED路灯驱动器的控制量；步骤4.LED路灯驱动器在控制量的作用下，完成LED路灯驱动、发光，此时LED路灯的发光量即可补偿自然光。3.根据权利要求2所述的LED路灯控制方法，其特征是所述步骤2是利用MATLAB软件和数据样本(lxi,ui)，采样数值计算方法，构建光照测量模型lx＝f1＝g(u)并实现光照测量系统的非线性误差补偿，同时构建光照测量逆模型u＝f2＝f(lx)，利用采集的数据样本对光照测量逆模型进行训练，获得光照测量逆模型...

【专利技术属性】
技术研发人员：林海军，赖小强，兰浩，杨进宝，彭可，李仲阳，杨艳华，
申请(专利权)人：湖南师范大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43