一种路灯恒照度单灯控制器制造技术

本实用新型专利技术公开一种路灯恒照度单灯控制器，它包括由一个或多个置于光源侧下方的照度传感器组成的信号采集模块，测量LED路灯的平均照度值输出至信号处理与输出模块；由单片机组成的信号处理与输出模块，通过串行通讯读取测得的平均照度值后，采用数字PID算法调整输出10VPWM信号的空占比来控制LED路灯的照度；由NB‑IoT通讯模块组成的无线通讯模块，通过串行通讯与信号处理与输出模块通讯，通过NB‑IoT网络与远程通讯服务器通讯，且远程通讯服务器通过NB‑IoT网络对信号处理与输出模块中不同光源电参设置进行修改及读取。本实用新型专利技术基于路面照度、LED光源自身光衰等变量调节自主光通输出，实现灯具恒定照度输出。

【技术实现步骤摘要】
一种路灯恒照度单灯控制器
本技术属于城市照明中路灯监测及控制
，尤其是一种路灯恒照度单灯控制器。
技术介绍
光源产品在使用的全寿命周期内均会产生光衰，在道路照明中光源的光衰直接影响到照明质量的达标与否，为克服光衰对道路照明质量产生的影响，城市照明设计中通过增大功率和提高灯具产品初始光通值的方式(灯具寿命终期的光通一般设定为初始光通的70％)以保证道路照明质量在光源全寿命周期内满足设计要求。现有的LED调光控制技术仅能按预先设定的比例进行调控，且对调控后光通输出的变化情况并不进行监测，实际调控效果无法准确控制。对于LED自身光衰造成的光通降低并不进行补偿，实际路面照度的达标情况仍需要人工进行校准。现有技术存在的技术问题如下：1.目前主流的LED调光控制技术只能进行分时调光控制(每日在运行一段时间后，即在深夜交通流量降低时段按一定比例进行调光)，无法基于光源的全寿命周期进行调光。2.LED光源芯片的寿命取决于其工作节温，运行负荷越大，LED光源芯片的节温就会越高，长期满负荷或者超负荷运行会加速LED光源芯片的老化，降低LED灯具的使用寿命。3.在城市照明管理中，照明质量是依靠照度检测任务进行的。如需及时、准确获取道路的照明质量情况，唯有通过增加检测周期来实现。而且，人工检测道路照明质量耗时耗力，在机动车道内进行检测还存在一定的安全风险。4.LED光源由于自身光衰的存在，一旦因LED光源故障进行更换，更换后的光源亮度明显高于其余运行时间较长的光源，造成了路面照度的不均匀。
技术实现思路
为解决现有技术存在的缺陷，本技术提供一种路灯恒照度单灯控制器，能够基于路面照度、LED光源自身光衰等变量进行自主光通输出调节，实现灯具恒定照度输出。为实现上述目的，本技术采用下述技术方案：一种路灯恒照度单灯控制器，它包括：由一个或多个置于光源侧下方的照度传感器组成的信号采集模块，测量LED路灯的平均照度值输出至信号处理与输出模块；由单片机组成的信号处理与输出模块，通过串行通讯读取测得的平均照度值后，采用数字PID算法调整输出10VPWM信号的空占比来控制LED路灯的照度；由NB-IoT通讯模块组成的无线通讯模块，通过串行通讯与信号处理与输出模块通讯，通过NB-IoT网络与远程通讯服务器通讯，且远程通讯服务器通过NB-IoT网络对信号处理与输出模块中不同光源电参数设置进行修改及读取。进一步地，照度传感器采用BH1750传感器。进一步地，单片机采用STM32L系列单片机。进一步地，LED路灯的平均照度值采用如下公式(1)换算得出，其中，M为照度传感器数量，Ei为单个照度传感器测得照度值。进一步地，信号处理与输出模块的输出信号采用如下数字PID算法公式(2)或公式(3)控制，或其中，Kp为PID控制器的比例系数；Ti为PID控制器的积分系数；Td为PID控制器的微分系数；k为采样序号，k＝0,1,2····；uk为第k次采样时刻的计算机输出值；ek为第k次采样时刻输入的偏差值；ek-1为第k-1次采样时刻输入的偏差值；Ki为积分系数，Ki＝Kp/Ti；Kd为微分系数，Kd＝Kp*Td。有益效果：1.提高LED灯具的节能效益本技术由于提供了精准的照度控制，不但能够实现基本的分时调光控制，并且在LED光源初始运行阶段直接降低了灯具能耗，区别于常规产品在初始阶段便提供了30％的节能空间，进一步提高了LED灯具的节能效果。2.延长灯具使用寿命本技术由于在初始运行阶段即进入降负荷运行，相对延缓了LED光源芯片的老化进程，能有效降低灯具的年光衰率，延长灯具使用寿命。3.保障照明质量效果，降低照度检测等工作投入本技术是基于道路照明质量进行的调光控制，因此在使用过程中能够实时检测道路照明质量情况，不但免去了人工检测的工作投入，而且数据的实时性进一步提高了照明管理的精度。4.智能适配各类光源驱动参数，提高维护灵活性本技术能够按照单杆路灯下路面的照度情况进行调光控制，可以有效避免路面照度不均匀这种情况的发生，同时提高节能性能；由于LED光源技术的进步以及不同厂家对于驱动电流的需求，LED光源驱动需要灵活、可调的电参数设置从而扩大对光源的通用性，本技术能够根据系统控制设定不同光源芯片的电参数驱动需求，智能调整照度与电参数之间的调整比例，进而能够进一步提高光源的通用性。附图说明图1为本技术路灯恒照度单灯控制器原理框图；图2为本技术测量集成式光源时照度传感器放置位置图；图3为图2的俯视图；图4为本技术测量独立式或灯条式光源时照度传感器放置位置图；图5为图4的俯视图；图6为常规模拟PID控制系统原理图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术进一步说明。本技术一种路灯恒照度单灯控制器，如图1所示，主要由以下三部分组成，分别为信号采集模块1、信号处理与输出模块2和无线通讯模块3，其中：信号采集模块1：由一个或多个BH1750照度传感器11组成的光照度测量部分，通常道路路灯照度是按GB/T5700照明测量方法测量的，照度传感器11放置于路面；如果需实时测量，则因道路车辆通行等因数不可行。本技术根据不同光源类型将一个或多个照度传感器11置于光源侧下方，如图2、3所示，为测量集成式光源41时照度传感器11的放置位置，如图4、5所示，为测量独立式或灯条式光源42时照度传感器11的放置位置。因为光源输出不变，所以在图2、3所示位置测得照度值与在路面测得的照度值成一定数学关系，可换算出路面照度值。测量平均照度采用如下公式(1)：其中：M为照度传感器数量；Ei为单个照度传感器测得照度值。信号处理与输出模块2：由STM32L系列单片机组成，输出10V脉宽调制(PWM)信号。无线通讯模块3：通过NB-IoT网络，使用NB-IoT通讯模块与远程通讯服务器5通讯；通过串行通讯，使用NB-IoT通讯模块与信号处理与输出模块2通讯。如图1所示，本技术的工作原理是：信号采集模块1的BH1750照度传感器通过光线采集，测得LED路灯4的平均照度值；信号处理与输出模块2的STM32L系列单片机通过调节10VPWM信号的占空比来控制LED路灯4的照度，单片机通过串行通讯读取测得的平均照度值后，根据测得的平均照度值，采用数字PID算法调整输出控制信号，形成闭环控制，使LED路灯4的照度稳定在设定值上。远程通讯服务器5可通过无线通讯模块3对信号处理与输出模块2中不同光源类型电参数设置进行修改及读取等操作。常规模拟PID控制系统原理图如图6所示。该系统由PID控制器和被控对象组成。其中，r(t)是给定值，y(t)是系统的实际输出值，给定值与实际输出值构成控制偏差e(t)＝r(t)-y(t)；PID控制器的控制规律为其中：Kp--控制器的比例系数；Ti--控制器的积分时间，也称积分系数；Td--控制器的微分时间，也称微分系数。由于本技术使用计算机控制，对公式(4)的PID控制规律进行适当的变换，使用软件实现PID控制，即位置式数字PID控制。或其中：k--采样序号，k＝0,1,2····；uk--第k次采样时刻的计算机输出值；ek--第k次采样时刻输入的偏差值；ek-1--第k-1次采样时刻输入的偏差值；Ki--积分系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种路灯恒照度单灯控制器，其特征在于，它包括：由一个或多个置于光源侧下方的照度传感器(11)组成的信号采集模块(1)，测量LED路灯(4)的平均照度值输出至信号处理与输出模块(2)；由单片机组成的信号处理与输出模块(2)，通过串行通讯读取测得的平均照度值后，采用数字PID算法调整输出10V PWM信号的空占比来控制LED路灯(4)的照度；由NB‑IoT通讯模块组成的无线通讯模块(3)，通过串行通讯与信号处理与输出模块(2)通讯，通过NB‑IoT网络与远程通讯服务器(5)通讯，且远程通讯服务器(5)通过NB‑IoT网络对信号处理与输出模块(2)中不同光源电参数设置进行修改及读取。

【技术特征摘要】
1.一种路灯恒照度单灯控制器，其特征在于，它包括：由一个或多个置于光源侧下方的照度传感器(11)组成的信号采集模块(1)，测量LED路灯(4)的平均照度值输出至信号处理与输出模块(2)；由单片机组成的信号处理与输出模块(2)，通过串行通讯读取测得的平均照度值后，采用数字PID算法调整输出10VPWM信号的空占比来控制LED路灯(4)的照度；由NB-IoT通讯模块组成的无线通讯模块(3)，通过串行通讯与信号处理与输出模块(2)通讯，通过NB-IoT网络与远程通讯服务器(5)通讯，且远程通讯服务器(5)通过NB-IoT网络对信号处理与输出模块(2)中不同光源电参数设置进行修改及读取。2.根据权利要求1所述的路灯恒照度单灯控制器，其特征在于，所述照度传感器采用BH1750传感器。3.根据权利要求1所述的路灯恒照度单灯控制器，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴玉峰，
申请(专利权)人：无锡众讯物联科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32