本发明专利技术公开了一种依托环境数据分时段模糊控制路灯的照明系统和方法。该系统由单灯控制器、集中控制器和远程监管中心三大部分组成，结合ZigBee的短距离无线网络技术和GPRS的远距离无线网络技术实现对路灯的远程控制和信息交互。针对当今路灯控制技术其控制策略过于单一致使不能在复杂多变的环境因素下做到按需照明的问题，提供了一种依托环境数据分时段模糊控制路灯的照明方法。将黎明与黄昏时段的环境照度、天黑后半夜时段的车辆行人情况影响因素分类考虑，通过分时段采取不同模糊控制方法来改善系统的控制精度以满足照明质量和节电效果的双重需求。本发明专利技术不仅能依托环境数据实现路灯照明的分时段模糊控制，而且能够实时对各路灯的耗电量、灯杆倾斜、路面积水等情况进行检测。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及路灯照明智能控制技术的领域，特别涉及一种依托环境数据分时段模糊控制路灯的照明系统和方法。
技术介绍
随着道路路灯的不断增加，市政不断对道路照明系统进行改善，以达到电能最大化的节约。节能控制技术应用到城市路灯的照明系统中主要有两部分，一部分是黄昏、黎明时的开关灯控制，另一部分是天黑时段的调光控制。目前黄昏、黎明时段的开关灯控制方法主要有如下几种:(1)手动控制：主要以人工手动操作来打开和关闭路灯。(2)定时控制：主要以时间为开关灯依据，由定时器控制完成，能在规定时刻开关灯。(3)光照度控制：在每个路灯配电柜外安装光照度传感器，通过检测环境照度来控制路灯的开关状态。(4)经纬度控制：即根据当地的经纬度计算日出日落时间。由于上述几种方法的控制策略单一，操作麻烦，遇到异常干扰容易对路灯进行频繁误操作，控制误差大，而且无法考虑到天气、季节、时间和地理位置等环境影响，不能做到按需开灯的目的，对交通安全没有保障。目前在夜间时段的调光控制方法主要有如下几种：(1)全夜灯：我国大部分城市路灯都釆用全夜灯(路灯整夜都处于全亮状态)的控制方式，会造成电能的不必要浪费和降低灯具的使用寿命。(2)半夜灯：即在后半夜采取1/2(灯具亮一隔一)和1/3(灯具亮一隔二)亮灯控制模式，这种方法虽然节约了电能，但是会导致照度不均匀，影响了行车的舒适度，给交通安全带来隐患，同时增加了施工的难度和成本。路灯控制应该在保证道路安全的基础上，不同的时段、路段釆用不同的亮度进行智能照明控制，才能真正实现节能的目标。
技术实现思路
本专利技术针对上述技术中出现的一些问题，提供了一种依托环境数据分时段模糊控制路灯的照明系统和方法。本系统不仅能依托环境数据实现路灯照明的分时段模糊控制，而且能够实时对各路灯的耗电量、灯杆倾斜、路面积水等情况进行检测，当检测出路灯出现异常状态时能自动报警并进行故障定位。本专利技术还提供了一种依托环境数据分时段模糊控制路灯的照明方法。使用该方法实现上述系统的功能，将会非常的简单、方便、可靠。为实现上述的目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种依托环境数据分时段模糊控制路灯的照明系统，包括单灯控制器、集中控制器和远程监管中心，远程监管中心与集中控制器之间采用GPRS无线网络进行通信，集中控制器与单灯控制器以及单灯控制器之间采用ZigBee无线网络进行通信；本系统不仅能依托环境数据实现路灯照明的分时段模糊控制，而且能够实时对各路灯的耗电量、灯杆倾斜、路面积水等情况进行检测，当检测出路灯出现异常状态时能自动报警并进行故障定位。本专利技术所述单灯控制器包括车辆行人感应模块(1)、环境光照强度检测模块(2)、灯杆倾斜检测模块(3)、水位检测模块(4)、功率检测模块(5)、数据处理模块(6)、调整亮度模块(7)、路灯关断模块(8)、LED驱动电源(9)、LED路灯(10)、时钟模块(11)、网络通信模块(12)、数据存储模块(13)、ZigBee射频模块(14)、电源电路。所述的车辆行人感应模块(1)、环境光照强度检测模块(2)、灯杆倾斜检测模块(3)、水位检测模块(4)、功率检测模块(5)、调整亮度模块(7)、路灯关断模块(8)、时钟模块(11)、数据存储模块(13)均通过I/O接口与数据处理模块(6)连接，所述的数据处理模块(6)通过UART串口与网络通信模块(12)连接，所述的网络通信模块(12)通过I/O接口与ZigBee射频模块(14)连接；调整亮度模块(7)和路灯关断模块(8)连接LED驱动电源(9)，LED驱动电源(9)连接LED路灯(10)。主要功能包括：通过ZigBee网络接收来自管理中心下达的指令并完成相应的操作，例如路灯的开关以及亮度调节等；同时将采集到的区域内路灯电流、电压、光照强度等状态信息通过ZigBee网络发送给集中控制器(管理中心)。本专利技术所述集中控制器包括ZigBee组网模块(15)、EEPROM存储模块(16)、ARM微控制器(17)、按键电路(18)、GPRS无线通讯模块(19)、电源电路；其特征在于：所述的ARM微控制器(17)设置二个UART串口，二个UART串口分别连接ZigBee组网模块(15)、GPRS无线通讯模块(19)；此外ARM微控制器(17)和EEPROM存储模块(16)、按键电路(18)、电源电路均通过I/O接口连接。主要功能包括：接收和发送网络内所有的路灯控制信号、记录的状态数据、报警信号等，作为一个区域路灯的控制和管理单元，可以与区域内的每一个单灯控制器实现通信，负责整片区域的统筹控制，上行通过GPRS网络与系统管理中心进行数据交互，下行则是通过ZigBee网络与各单灯控制器通信。远程监管中心(22)作为整个路灯照明系统的控制和管理中心，通过GPRS网络与公网服务器(20)建立连接从而与各地的区域单灯控制器通信，实时反映各路段各个路灯运作情况，能够显示路灯的不同状态(包括亮度、电压、电流以及功率)信息，并将其存储在MYSQL数据库(21)中方便管理人员查阅，能够远程控制路灯的开关并且可以调节路灯的亮度，可以完成对数据记录读取、事件检测以及对报警信息的应答等操作。其中，数据处理模块(6)选用51系列单片机作为数据处理的核心处理器，主要用于采集区域内路灯电流、电压、环境光照强度、异常报警等状态信息并将数据经过处理后发送给网络通信模块(12)，同时接收网络通信模块(12)发送的控制命令。网络通信模块(12)选用TI公司的CC2530芯片作为网络通信的核心处理器，主要用于与数据处理模块之间进行数据交互和ZigBee网络通信。ZigBee射频模块(14)用于2.4GHz工作频段无线射频前端，通过其提供的功率放大器来增强无线发射功率和接收灵敏度。时钟模块(11)为系统提供一基准时钟，产生的数据字节以串行方式传递给数据处理模块(12)作为时间基准，用于系统连续运行时间度量、报警时刻记录和定时通断控制。车辆行人感应模块(1)用于感应传感器前方有无移动物体来实现人或车的检测。环境光照强度检测模块(2)通过数字输出型光强度传感器直接将采集的光照强度转换成数字信号，方便供数据处理模块(12)处理。灯杆倾斜检测模块(3)通过灯杆倾斜超过一定角度时电路的输出电平变化来判断灯杆是否倾斜。水位检测模块(4)通过实际水位超过预警水位线时电路的输出电平变化来判断路面积水情况。功率检测模块(5)用于测量线路电压和电流有效值，实时检测当前路灯的能耗情况。路灯关断模块(8)通过数据处理模块(12)的I/O口驱动光耦芯片的耦合状态，进而通过三极管的导通截止来驱动继电器的开断，从而实现对路灯的开关操作。LED驱动电源(9)选用0/1-10V调光电源，接调整亮度模块(7)后通过0～10V电压变化可以改变电源的输出电流，实现路灯亮度的调节。其中，ARM微控制器(17)选用ST公司的STM32F103芯片，基于ARMCortex-M3内核，作为集中控制器的中央处理器。ZigBee组网模块(15)用于协调建立网络和管理网络中节点。GPRS无线通讯模块(19)选用华为公司的MG301模块，支持短信和数据业务，用于与远程控制中心进行TCP/IP连接，实现对路灯的远距离监控管理。按键电路(18)设置了箱门报警、本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种依托环境数据分时段模糊控制路灯的照明系统，其特征在于：所述系统包括单灯控制器、集中控制器和远程监管中心，远程监管中心与集中控制器之间采用GPRS无线网络进行通信，集中控制器与单灯控制器以及单灯控制器之间采用ZigBee无线网络进行通信。
【技术特征摘要】
1.一种依托环境数据分时段模糊控制路灯的照明系统，其特征在于：所述系统包括单灯控制器、集中控制器和远程监管中心，远程监管中心与集中控制器之间采用GPRS无线网络进行通信，集中控制器与单灯控制器以及单灯控制器之间采用ZigBee无线网络进行通信。2.根据权利要求1所述的一种依托环境数据分时段模糊控制路灯的照明系统，其特征在于：所述单灯控制器包括车辆行人感应模块(1)、环境光照强度检测模块(2)、灯杆倾斜检测模块(3)、水位检测模块(4)、功率检测模块(5)、数据处理模块(6)、调整亮度模块(7)、路灯关断模块(8)、LED驱动电源(9)、LED路灯(10)、时钟模块(11)、网络通信模块(12)、数据存储模块(13)、ZigBee射频模块(14)、电源电路；所述的车辆行人感应模块(1)、环境光照强度检测模块(2)、灯杆倾斜检测模块(3)、水位检测模块(4)、功率检测模块(5)、调整亮度模块(7)、路灯关断模块(8)、时钟模块(11)、数据存储模块(13)均通过I/O接口与数据处理模块(6)连接，所述的数据处理模块(6)通过UART串口与网络通信模块(12)连接，所述的网络通信模块(12)通过I/O接口与ZigBee射频模块(14)连接；调整亮度模块(7)和路灯关断模块(8)连接LED驱动电源(9)，LED驱动电源(9)连接LED路灯(10)。3.根据权利要求1所述的一种依托环境数据分时段模糊控制路灯的照明系统，其特征在于：所述集中控制器包括ZigBee组网模块(15)、EEPROM存储模块(16)、ARM微控制器(17)、按键电路(18)、GPRS无线通讯模块(19)、电源电路；所述的ARM微控制器(17)设置二个UART串口，二个UART串口分别连接ZigBee组网模块(15)、GPRS无线通讯模块(19)；此外ARM微控制器(17)和EEPROM存储模块(16)、按键电路(18)之间均通过I/O接口连接。4.根据权利要求1所述的一种依托环境数据分时段模糊控制路灯的照明系统，其特征在于：所述远程监管中心(22)作为整个路灯照明系统的控制和管理中心，通过GPRS网络与公网服务器(20)建立连接从而与各地的区域单灯控制器通信，实时反映各路段各个路灯运作情况，能够显示路灯的不同状态信息，并将其存储在MYSQL数据库(21)中方便管理人员查阅，能够远程控制路灯的开关并且可以调节路灯的亮度，可以完成对数据记录读取、事件检测以及对报警信息的应答等操作。5.一种根据权利要求1所述的依托环境数据分时段模糊控制路灯的照明方法，采用上述照明系统进行操作...
【专利技术属性】
技术研发人员：王忠华，彭一鸣，王飞文，施远银，冷成财，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：江西;36
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