灯控装置和照明灯系统智能调控系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种灯控装置和照明灯系统智能调控系统及方法，通过光敏电阻采集环境光强信号和超声波传感器采集待测区域的待测物的运动状态信号来确定LED照明模块的工作状态；让待测区域内的照明灯依次间隔变亮，实现了对城市路灯的智能化控制，通过单片机控制模块根据环境亮度实现对路灯开关及功率的控制，通过对通行物体的位置及速度的识别分析以自动调整灯组切换进而实现追踪分布式照明、通过单片机控制GSM进行故障短信发送等功能。采用太阳能-电网双线供电的方式在保证照明效果的前提下实现对能源的高效利用。同时，在路灯杆下端设置USB充电输出接头，以备急用。从而实现整个系统的低功耗运行和高效、节能、绿色、环保、人性化的城市照明。
【专利说明】灯控装置和照明灯系统智能调控系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及LED照明路灯领域，特别涉及一种城市公路LED照明路灯系统的智能调控系统及方法。
【背景技术】
[0002]在节能减排、发展低碳经济的大趋势下，高效节能、长寿命的半导体照明产品的开发在我国取得了蓬勃发展。2008年科技部等部委倡导的“十城万盏”示范城市、示范工程活动的开展，又有力地推进了半导体照明产品的开发和应用。LED是最近新出现的一种光源，具有色彩丰富、可以调光和耐气候性，节能和长寿命，高能效，高效合理的配光设计，良好的散热结构和控制置(驱动电路)的高效率和高可靠性等多种优点。韩国2011年计划在5年内相继投入2.79亿美元用于LED研发方面，奥地利也在2011年修订了按企业改装LED照明系统功率给予补助的政策，欧盟则在2000年实施了 “彩虹计划”，以推动LED产业的发展。因此，发展LED节能型路灯具有广阔的应用前景。
[0003]目前国内外成型的LED节能型路灯已有多种，但是大多都是整夜处于接通状态并且亮度固定不可调，分时段或采取间隔照明的方式选择灯的使用情况，但是功率也不能根据周围环境的变化而进行适时调节，同时照明亮度低，存在照明死角、交通隐患和安全隐患，虽然在一定程度上实现了节能，但是电能利用率和照明效率依然偏低。
[0004]因此急需一种低功耗、无污染城市公路LED照明路灯系统的节能性与智能调控系统及方法。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种低功耗、无污染城市公路LED照明路灯系统的节能性与智能调控系统及方法。
[0006]我们选择了用MSP430超低功耗单片机、无污染免费使用的太阳能以及LED灯组组成一个完善的照明系统，以此来实现低功耗、高效利用电能、绿色、环保。
[0007]本发明的目的之一是提出一种灯控装置；本发明的目的之二是提出一种照明灯系统智能调控系统；本发明的目的之三是提出一种照明灯系统智能调控方法。
[0008]本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的:
[0009]本发明提供的灯控装置，包括电源模块以及分别与电源模块连接的传感器模块、单片机控制模块、灯组切换模块、自控开关模块、故障检测及报警模块、无线通讯单元、LED照明和驱动模块；
[0010]所述传感器模块用于采集待测区域内通行的待测物状态信号并将状态信号输入到单片机控制模块中；所述单片机控制模块对状态信号进行处理后产生用于驱动LED照明模块工作的驱动信号，所述驱动信号输入到LED驱动模块中，所述LED驱动模块和LED照明丰吴块连接；
[0011]所述故障检测模块用于检测LED照明模块的故障信号并将故障信号输入到单片机控制模块中，所述单片机控制模块将故障信号进行分析处理后生产报警信号；
[0012]所述自控开关模块的输入端与单片机控制模块连接，所述自控开关模块的输出端与LED照明模块连接，用于控制LED照明模块的通断状态；
[0013]所述灯组切换模块的输入端与单片机控制模块连接，所述灯组切换模块的输出端与LED照明模块连接，用于调整灯组切换的速度；
[0014]所述无线通讯单元包括GSM无线短信模块和Zigbee无线通讯模块；
[0015]所述GSM无线短信模块的输入端与单片机控制模块连接，所述GSM无线短信模块的输出端用于发送故障信号；所述Zigbee通讯模块输入端与上一灯控装置的单片机相连，所述Zigbee通讯模块输出端与下一灯控装置的单片机相连，用于实现灯组状态的切换。
[0016]进一步，所述电源模块包括太阳能电池、太阳能充放电控制器、升压稳压模块、供电切换模块；
[0017]所述太阳能电池，用于将太阳能转换为电能储存在蓄电池；
[0018]所述太阳能充放电控制器，用于实时侦测太阳能电池板的发电电压并追踪最高电压电流值，以最大功率输出对太阳能电池充电；
[0019]所述升压稳压模块，用于对太阳能电池充电中的电压进行升压稳压；
[0020]所述供电切换模块与单片机控制模块连接，用于切换太阳能电池和交流供电系统的供电模式。
[0021]进一步，所述传感器模块包括光敏传感器和超声波传感器；
[0022]所述光敏传感器，用于采集LED照明模块外部光线信号并输入到单片机控制模块；
[0023]所述超声波传感器，用于采集LED照明模块外部通行区域内待测物的位置信号以及运行速度信息并输入到单片机控制模块。
[0024]进一步，所述故障检测及报警模块包括故障检测电路和故障通信模块；
[0025]所述故障检测电路，用于采集LED照明模块的故障信号并将故障信号传输至单片机控制|吴块；
[0026]所述故障通信模块，用于接收单片机控制模块对故障信号进行处理后的生成的报
警信号。
[0027]进一步，所述单片机控制模块包括信号分析单元、电流控制单元、亮度控制单元、太阳能电池监控单元；
[0028]所述信号分析单元与传感器模块连接，用于接收超声波传感器采集的信号并分析识别待测物生产追踪信号；
[0029]所述电流控制单元与电源模块连接，用于控制电源模块的工作电流；
[0030]所述亮度控制单元与LED照明模块连接，用于通过改变脉冲宽度调制PWM输出的占空比来控制大功率LED的发光强度；
[0031]所述太阳能电池监控单元与太阳能电池连接，用于监控太阳能电池的电量。
[0032]本发明的目的之二是通过以下技术方案来实现的:
[0033]本发明提供的由灯控装置构建的照明灯系统智能调控系统，包括主控制系统和辅助控制系统；
[0034]所述主控制系统设置于待测区域的第一区域，用于控制待测区域的第一区域照明灯；
[0035]所述辅控制系统设置于待测区域的其余区域，用于控制待测区域的剩余区域照明灯；
[0036]所述主控制系统和辅助控制系统分别为灯控装置，所述灯控装置包括电源模块以及分别与电源模块连接的传感器模块、单片机控制模块、灯组切换模块、自控开关模块、故障检测及报警模块、无线通讯单元、LED照明和驱动模块；
[0037]所述传感器模块用于采集待测区域内通行的待测物状态信号并将状态信号输入到单片机控制模块中；所述单片机控制模块对状态信号进行处理后产生用于驱动LED照明模块工作的驱动信号，所述驱动信号输入到LED驱动模块中，所述LED驱动模块和LED照明丰吴块连接；
[0038]所述故障检测模块用于检测LED照明模块的故障信号并将故障信号输入到单片机控制模块中，所述单片机控制模块将故障信号进行分析处理后生产报警信号；
[0039]所述自控开关模块的输入端与单片机控制模块连接，所述自控开关模块的输出端与LED照明模块连接，用于控制LED照明模块的通断状态；
[0040]所述灯组切换模块的输入端与单片机控制模块连接，所述灯组切换模块的输出端与LED照明模块连接，用于调整灯组切换的速度；
[0041]所述无线通讯单元包括GSM无线短信模块和Zigbee无线通讯模块；
[0042]所述GSM无线短信模块的输入端与单片机控制模块连接，所述GSM无线短信模块的输出端用于故障信号的发送；所述Zigbee通讯模块输入端与上一灯控装置的单片机相连，所述Zigbee通讯模块输出端与下一灯控装置的单片机相连，用于实现灯组状态的切换。
[0043]所述主控单元中的无线通讯单元，用于将主控单元的照明灯控制信号依次传递给辅控单元；
[0044]所述照明灯控制信号，采用如下方式设定:
[0045]在第一区域获取待测物的速度，通过预设照明灯间隔距离计算出间隔照明灯依次工作的时间差信号，按时间差信号依次控制照明灯的亮度。
[0046]进一步，所述电源模块包括太阳能电池、太阳能充放电控制器、升压稳压模块和供电切换模块；
[0047]所述太阳能电池，用于将太阳能转换为电能储存在蓄电池；
[0048]所述太阳能充放电控制器，用于实时侦测太阳能电池板的发电电压并追踪最高电压电流值，以最大功率输出对太阳能电池充电，
[0049]所述升压稳压模块，用于对太阳能电池充电中的电压进行升压稳压；
[0050]所述供电切换模块与单片机控制模块连接，用于切换太阳能电池和交流供电系统的供电模式；
[0051 ] 所述传感器模块包括光敏传感器和超声波传感器；
[0052]所述光敏传感器，用于采集LED照明模块外部光线信号并输入到单片机控制模块；
[0053]所述超声波传感器，用于采集LED照明模块外部通行区域内待测物的位置信号以及运行速度信息并输入到单片机控制模块；[0054]所述故障检测及报警模块包括故障检测电路和故障通信模块；
[0055]所述故障检测电路，用于采集LED照明模块的故障信号并将故障信号传输至单片机控制|吴块；
[0056]所述故障通信模块，用于接收单片机控制模块对故障信号进行处理后的生成的报
警信号。
[0057]进一步，所述单片机控制模块包括信号分析单元、电流控制单元、亮度控制单元和太阳能电池监控单元；
[0058]所述信号分析单元与传感器模块连接，用于接收超声波传感器采集的信号并分析识别待测物从而形成待测物识别信号；
[0059]所述电流控制单元与电源模块连接，用于控制电源模块的工作电流；
[0060]所述亮度控制单元与LED照明模块连接，用于通过改变脉冲宽度调制PWM输出的占空比来控制大功率LED的发光强度；
[0061]所述太阳能电池监控单元与太阳能电池连接，用于监控太阳能电池的电量。
[0062]所述无线通讯单元采用Zigbee无线传输模块。
[0063]本发明的目的之三是通过以下技术方案来实现的:
[0064]本发明提供的由灯控装置构建的照明灯系统智能调控方法，包括以下步骤:
[0065]S1:初始化和启动控制系统；
[0066]S2:检测电源模块并确定控制系统的供电模式；
[0067]S3:获取环境光强信号；
[0068]S4:获取待测区域的待测物的运动状态信号；
[0069]S5:根据环境光强信号和待测物的运动状态信号确定LED照明模块的工作状态；
[0070]S6:计算待测物到下一个待测区域的行程时间，生成照明灯依次间隔照明的时间差信号，按时间差信号依次控制照明灯的亮度。
[0071]进一步，所述供电模式的确定包括以下步骤:
[0072]S21:检测系统是否存在故障，如果有，则报警；如果无，则检测太阳能电池是否过充；
[0073]S22:如果是，则停止充电，同时启动USB供电输出；如果否，则检测太阳能电池是否过放；
[0074]S23:如果是，则给太阳能电池充电；
[0075]S24:如果否，则切换为交流供电系统供电；
[0076]所述LED照明模块的工作状态的确定包括以下步骤:
[0077]S25:检测环境光强；
[0078]S26:判断环境光强是否需要照明补偿，如果否，则关闭LED照明模块；
[0079]S27:如果是，则启动LED照明模块进入照明模式。
[0080]本发明的优点在于:本发明采用MSP430超低功耗单片机，白天单片机进入低功耗模式，系统进入待机状态，等待黑夜唤醒，智能开启照明模式；并实现对多功能的整合处理，以确保整个系统最大限度的节能。通过光控实现对照明路灯开、关的智能控制，使路灯的照明时长得到最优化调节。能够对太阳能电池的电量实现智能监控、精确检测，在电池电量不足的时候进行交流补偿供电，从而实现太阳能和交流供电系统的双线供电，以保证电池的寿命和照明效果，实现能源的高效、绿色、环保利用。能够通过故障检测及报警模块对系统的工作性能进行检测，在系统存在故障时能够进行智能报警，从而实现系统的及时维护。本发明提供的城市公路LED照明路灯节能控制系统可以大幅度降低城市公路照明的电力消耗，其经济和社会效益十分显著。
[0081 ] 利用LED器件的极高的能量转化效率和发光效率的特点，采用LED灯组式照明设计，并基于此设计实现光强、功率的智能调节和对运动车辆和人的追踪照明，进而提高整体照明效率。通过超声波传感器模块实现对所能探测区域内通行的人和车辆位置进行识别定位以及通行速度的分析以实现灯组自动切换调整；通过改变脉冲宽度调制PWM输出的占空比来控制大功率LED的发光强度并配合LED灯组设计从而实现城市公路LED照明路灯系统的追踪分布式照明。
【专利附图】
【附图说明】
[0082]为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中:
[0083]图1为本发明实施例提供的硬件系统框图；
[0084]图2为本发明实施例提供的电源模块框图；
[0085]图3为本发明实施例提供的故障检测及报警模块框图；
[0086]图4为本发明实施例提供的软件系统流程图。
【具体实施方式】
[0087]以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
[0088]实施例1
[0089]图1为本发明实施例提供的硬件系统框图；图2为本发明实施例提供的电源模块框图；图3为本发明实施例提供的故障检测及报警模块框图；图4为本发明实施例提供的软件系统流程图，如图所示:本发明提供的灯控装置，包括电源模块以及分别与电源模块连接的传感器模块、单片机控制模块、LED照明模块、灯组切换模块、LED驱动模块、自控开关模块、故障检测及报警模块和无线通讯单元；
[0090]所述传感器模块用于采集待测区域内通行的待测物状态信号并将状态信号输入到单片机控制模块中；所述单片机控制模块对状态信号进行处理后产生用于驱动LED照明模块工作的驱动信号，所述驱动信号输入到LED驱动模块中，所述LED驱动模块和LED照明丰吴块连接；
[0091]所述故障检测模块用于检测LED照明模块的故障信号并将故障信号输入到单片机控制模块中，所述单片机控制模块将故障信号进行分析处理后生产报警信号；
[0092]所述自控开关模块的输入端与单片机控制模块连接，所述自控开关模块的输出端与LED照明模块连接，用于控制LED照明模块的通断状态；
[0093]所述灯组切换模块的输入端与单片机控制模块连接，所述灯组切换模块的输出端与LED照明模块连接，用于调整灯组切换的速度；
[0094]所述无线通讯单元包括GSM无线短信模块和Zigbee无线通讯模块；[0095]所述GSM无线短信模块的输入端与单片机控制模块连接，所述GSM无线短信模块的输出端与维修人员无线连接，用于故障信号的发送；所述Zigbee通讯模块输入端与上一灯控装置的单片机相连，所述Zigbee通讯模块输出端与下一灯控装置的单片机相连，用于实现灯组状态的切换。
[0096]所述电源模块包括太阳能电池、太阳能充放电控制器、升压稳压模块、供电切换模块；
[0097]所述太阳能电池，用于将太阳能转换为电能储存在蓄电池；
[0098]所述太阳能充放电控制器，用于实时侦测太阳能电池板的发电电压并追踪最高电压电流值，以最大功率输出对太阳能电池充电，
[0099]所述升压稳压模块，用于对太阳能电池充电中的电压进行升压稳压；
[0100]所述供电切换模块与单片机控制模块连接，用于切换太阳能电池和交流供电系统的供电模式。
[0101]所述传感器模块包括光敏传感器和超声波传感器；
[0102]所述光敏传感器，用于采集LED照明模块外部光线信号并输入到单片机控制模块；
[0103]所述超声波传感器，用于采集LED照明模块外部通行区域内待测物的位置信号以及运行速度信息并输入到单片机控制模块。
[0104]所述故障检测及报警模块包括故障检测电路和故障通信模块；
[0105]所述故障检测电路，用于采集LED照明模块的故障信号并将故障信号传输至单片机控制|吴块；
[0106]所述故障通信模块，用于接收单片机控制模块对故障信号进行处理后的生成的报
警信号。
[0107]所述单片机控制模块包括信号分析单元、电流控制单元、亮度控制单元、太阳能电池监控单元；
[0108]所述信号分析单元与传感器模块连接，用于接收超声波传感器采集的信号并分析识别待测物生产追踪信号；
[0109]所述电流控制单元与电源模块连接，用于控制电源模块的工作电流；
[0110]所述亮度控制单元与LED照明模块连接，用于通过改变脉冲宽度调制PWM输出的占空比来控制大功率LED的发光强度；
[0111]所述太阳能电池监控单元与太阳能电池连接，用于监控太阳能电池的电量。
[0112]本实施例还提供了一种根据上述灯控装置构建的照明灯系统智能调控系统，包括主控制系统和辅助控制系统；
[0113]所述主控制系统设置于待测区域的第一区域，用于控制待测区域的第一区域照明灯；
[0114]所述辅控制系统设置于待测区域的其余区域，用于控制待测区域的剩余区域照明灯；
[0115]所述主控制系统和辅助控制系统分别为灯控装置，所述灯控装置包括电源模块以及分别与电源模块连接的传感器模块、单片机控制模块、LED照明模块、灯组切换模块、LED驱动模块、自控开关模块、故障检测及报警模块、无线通讯单元；[0116]所述传感器模块用于采集待测区域内通行的待测物状态信号并将状态信号输入到单片机控制模块中；所述单片机控制模块对状态信号进行处理后产生用于驱动LED照明模块工作的驱动信号，所述驱动信号输入到LED驱动模块中，所述LED驱动模块和LED照明丰吴块连接；
[0117]所述故障检测模块用于检测LED照明模块的故障信号并将故障信号输入到单片机控制模块中，所述单片机控制模块将故障信号进行分析处理后生产报警信号；
[0118]所述自控开关模块的输入端与单片机控制模块连接，所述自控开关模块的输出端与LED照明模块连接，用于控制LED照明模块的通断状态；
[0119]所述灯组切换模块的输入端与单片机控制模块连接，所述灯组切换模块的输出端与LED照明模块连接，用于调整灯组切换的速度；
[0120]所述无线通讯单元与单片机控制模块连接；
[0121]所述主控单元中的无线通讯单元，用于将主控单元的照明灯控制信号依次传递给辅控单元；
[0122]所述照明灯控制信号，采用如下方式设定:
[0123]在第一区域获取待测物的速度，通过预设照明灯间隔距离计算出间隔照明灯依次工作的时间差信号，按时间差信号依次控制照明灯的亮度。
[0124]所述电源模块包括太阳能电池、太阳能充放电控制器、升压稳压模块、供电切换模块；
[0125]所述太阳能电池，用于将太阳能转换为电能储存在蓄电池；
[0126]所述太阳能充放电控制器，用于实时侦测太阳能电池板的发电电压并追踪最高电压电流值，以最大功率输出对太阳能电池充电，
[0127]所述升压稳压模块，用于对太阳能电池充电中的电压进行升压稳压；
[0128]所述供电切换模块与单片机控制模块连接，用于切换太阳能电池和交流供电系统的供电模式；
[0129]所述传感器模块包括光敏传感器和超声波传感器；
[0130]所述光敏传感器，用于采集LED照明模块外部光线信号并输入到单片机控制模块；
[0131]所述超声波传感器，用于采集LED照明模块外部通行区域内待测物的位置信号以及运行速度信息并输入到单片机控制模块；
[0132]所述故障检测及报警模块包括故障检测电路和故障通信模块；
[0133]所述故障检测电路，用于采集LED照明模块的故障信号并将故障信号传输至单片机控制|吴块；
[0134]所述故障通信模块，用于接收单片机控制模块对故障信号进行处理后的生成的报
警信号。
[0135]所述单片机控制模块包括信号分析单元、电流控制单元、亮度控制单元、太阳能电池监控单元；
[0136]所述信号分析单元与传感器模块连接，用于接收超声波传感器采集的信号并分析识别待测物生产追踪信号；
[0137]所述电流控制单元与电源模块连接，用于控制电源模块的工作电流；[0138]所述亮度控制单元与LED照明模块连接，用于通过改变脉冲宽度调制PWM输出的占空比来控制大功率LED的发光强度；
[0139]所述太阳能电池监控单元与太阳能电池连接，用于监控太阳能电池的电量。
[0140]所述无线通讯单元采用Zigbee无线传输模块。
[0141]本实施例还提供了一种根据上述灯控装置构建的照明灯系统智能调控方法，包括以下步骤:
[0142]S1:初始化和启动控制系统；
[0143]S2:检测电源模块并确定控制系统的供电模式；
[0144]S3:获取环境光强信号；
[0145]S4:获取待测区域的待测物的运动状态信号；
[0146]S5:根据环境光强信号和待测物的运动状态信号确定LED照明模块的工作状态；
[0147]S6:计算待测物到下一个待测区域的行程时间，生成照明灯依次间隔照明的时间差信号，按时间差信号依次控制照明灯的亮度。
[0148]所述供电模式的确定包括以下步骤:
[0149]S21:检测系统是否存在故障，如果有，则报警；如果无，则检测太阳能电池是否过充；
[0150]S22:如果是，则停止充电；如果否，则检测太阳能电池是否过放；
[0151]S23:如果是，则给太阳能电池充电，同时启动USB供电输出；
[0152]S24:如果否，则切换为交流供电系统供电；
[0153]所述LED照明模块的工作状态的确定包括以下步骤:
[0154]S25:检测环境光强；
[0155]S26:判断环境光强是否需要照明补偿，如果否，则关闭LED照明模块；
[0156]S27:如果是，则启动LED照明模块进入照明模式。
[0157]本实施例提供的太阳能充放电控制器为MPPT太阳能充放电控制器，用于实时侦测太阳能电池板的发电电压并追踪最高电压电流值，以最大功率输出对蓄电池充电。
[0158]本实施例提供的单片机控制模块采用MSP430超低功耗单片机。
[0159]本实施例提供的照明灯采用LED照明路灯。
[0160]实施例2
[0161]本实施例详细描述灯控装置结构以及照明灯系统智能调控系统及方法
[0162]如图2所示，电源模块采用一种具有光控功能的太阳能路灯控制器，采用MPPT太阳能充放电控制器实时侦测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压电流值，使系统以最大功率输出对蓄电池充电，通过太阳能电池板配合升压稳压模块将太阳能转换为电能储存在电池中并给系统供电，在太阳能电池供电不足时，通过单片机控制供电系统切换为采用交流供电系统进行补偿供电。
[0163]传感器模块中的光敏传感器中的光敏元件，感应外部光线的明暗变化，将光信号转换为电信号的传感器，通过简单电子线路放大处理，判断外部环境是处于白天还是黑夜，从而控制LED灯具的自动开关；超声波传感器配合驱动模块实现对所能探测区域内通行的人和车辆位置进行识别定位以及运行速度的分析以自动调整灯组切换的速度，通过改变脉冲宽度调制PWM输出的占空比来控制大功率LED的发光强度并配合LED灯组设计实现追踪分布式照明。
[0164]单片机控制模块:根据单片机对超声波模块反馈信号的智能分析实现对人和车的追踪识别，选用合适的占空比来控制恒定电流源的工作电流，MSP430单片机通过控制输出脉冲宽度调制PWM的占空比来控制大功率LED的亮度来保证道路的可见度，实现对LED路灯的智能化控制；监控太阳能电池电量，在电池电量低于临界值时进行供电切换。
[0165]LED照明模块:通过LED驱动模块驱动大功率LED配合电源模块、传感器模块、单片机控制模块、LED灯组模块等实现发光照明、功率变换、灯组切换等功能。
[0166]如图3所示，故障检测及报警模块:基于故障检测电路对于故障信号的采集传输至单片机进行识别处理，在灯组、单片机、线路发生故障时，通过GSM通信模块以短信方式进行报警提示，以便及时通知保障部门安排人员进行维修。
[0167]无线通讯模块:无线通讯模块中的Zigbee模块主要用于将单片机计算得到的时差信号在灯组之间进行传输，从而实现灯组切换的功能。
[0168]如图4所示，图4为本发明实施例提供的软件系统流程图，具体过程如下:
[0169]S1:初始化系统控制参数；
[0170]S2:启动控制系统；
[0171]S3:检测系统是否存在故障，如果有，则通过GSM短信报警；如果无，则检测太阳能电池是否过充；
[0172]S4:如果是，则停止充电；如果否，则检测太阳能电池是否过放；
[0173]S5:如果是，则给太阳能电池充电，返回步骤S4 ；
[0174]S6:如果否，则切换为交流供电系统供电；检测环境光强；
[0175]S7:判断环境光强是否需要照明补偿，如果否，则关闭LED照明模块；
[0176]S8:如果是，则启动LED照明模块进入照明模式；
[0177]S9:检测待测区域是否有待测物，如果无，则启动低功耗照明模式；
[0178]S10:如果有，则检测待测物位置和速度，并判断待测物是否离开待测区域，如果是，则启动低功耗照明模式；
[0179]Sll:如果否，则计算待测物到下一个预设区域的行程时间，生成照明灯依次间隔照明的时间差信号，按时间差信号依次控制照明灯的亮灭状态。
[0180]将一段道路上的所有路灯作为一个灯组，第一盏灯作为是一个主灯，其他每一盏灯作为是系统的一个小部分，作为辅灯。如一段视线开阔的道路，安装了许多LED路灯，该路口的第一盏灯的控制系统作为主控系统，其它每一盏LED路灯的控制系统作为整段道路灯组的辅控系统，在该路段口安装远距离超声波传感器，对经行的车辆或者行人的速度进行测量，设车辆的速度在行进过程中不发生突变(不出现意外)，一直以前面测得的速度匀速行驶，根据车辆(行人)行驶的速度和每两盏灯之间的距离来设定每盏灯依次变亮的时间差(假设每相邻两盏灯之间的距离为21米，车辆的行驶速度为7米/秒，那么每相邻两盏灯变亮的时间差为3秒，同时每一盏灯变亮的持续时间为3秒)，主控系统检测到行驶物时发出时差信号，通过Zigbee无线通讯控制辅控系统灯的亮度，当车辆预计行驶在每一个设定的区域中时，该灯处于亮光状态，该灯组中其它所有灯处于暗光状态。
[0181]在每盏路灯电线杆下方安装USB输出接口，将太阳能给蓄电池发的电可同时用于方便手机等电子设备没有电而又急需使用的行人进行紧急充电。[0182]以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【权利要求】
1.灯控装置，其特征在于:包括电源模块以及分别与电源模块连接的传感器模块、单片机控制模块、灯组切换模块、自控开关模块、故障检测及报警模块、无线通讯单元、LED照明和驱动模块； 所述传感器模块用于采集待测区域内通行的待测物状态信号并将状态信号输入到单片机控制模块中；所述单片机控制模块对状态信号进行处理后产生用于驱动LED照明模块工作的驱动信号，所述驱动信号输入到LED驱动模块中，所述LED驱动模块和LED照明模块连接； 所述故障检测模块用于检测LED照明模块的故障信号并将故障信号输入到单片机控制模块中，所述单片机控制模块将故障信号进行分析处理后生产报警信号； 所述自控开关模块的输入端与单片机控制模块连接，所述自控开关模块的输出端与LED照明模块连接，用于控制LED照明模块的通断状态； 所述灯组切换模块的输入端与单片机控制模块连接，所述灯组切换模块的输出端与LED照明模块连接，用于调整灯组切换的速度； 所述无线通讯单元包括GSM无线短信模块和Zigbee无线通讯模块； 所述GSM无线短信模块的输入端与单片机控制模块连接，所述GSM无线短信模块的输出端用于发送故障信号；所述Zigbee通讯模块输入端与上一灯控装置的单片机相连，所述Zigbee通讯模块输出端与下一灯控装置的单片机相连，用于实现灯组状态的切换。
2.根据权利要求1所述的灯控装置，其特征在于:所述电源模块包括太阳能电池、太阳能充放电控制器、升压稳压模块、供电切换模块； 所述太阳能电池，用于将太阳能转换为电能储存在蓄电池； 所述太阳能充放电控制器，用于实时侦测太阳能电池板的发电电压并追踪最高电压电流值，以最大功率输出对太阳能电池充电； 所述升压稳压模块，用于对太阳能电池充电中的电压进行升压稳压； 所述供电切换模块与单片机控制模块连接，用于切换太阳能电池和交流供电系统的供电模式。
3.根据权利要求1所述的灯控装置，其特征在于:所述传感器模块包括光敏传感器和超声波传感器； 所述光敏传感器，用于采集LED照明模块外部光线信号并输入到单片机控制模块；所述超声波传感器，用于采集LED照明模块外部通行区域内待测物的位置信号以及运行速度信息并输入到单片机控制模块。
4.根据权利要求1所述的灯控装置，其特征在于:所述故障检测及报警模块包括故障检测电路和故障通信模块； 所述故障检测电路，用于采集LED照明模块的故障信号并将故障信号传输至单片机控制模块； 所述故障通信模块，用于接收单片机控制模块对故障信号进行处理后的生成的报警信号。
5.根据权利要求1 所述的灯控装置，其特征在于:所述单片机控制模块包括信号分析单元、电流控制单元、亮度控制单元、太阳能电池监控单元； 所述信号分析单元与传感器模块连接，用于接收超声波传感器采集的信号并分析识别待测物生产追踪信号； 所述电流控制单元与电源模块连接，用于控制电源模块的工作电流； 所述亮度控制单元与LED照明模块连接，用于通过改变脉冲宽度调制PWM输出的占空比来控制大功率LED的发光强度； 所述太阳能电池监控单元与太阳能电池连接，用于监控太阳能电池的电量。
6.根据权利要求1所述的灯控装置构建的照明灯系统智能调控系统，其特征在于:包括主控制系统和辅助控制系统；所述主控制系统设置于待测区域的第一区域，用于控制待测区域的第一区域照明灯；所述辅控制系统设置于待测区域的其余区域，用于控制待测区域的剩余区域照明灯；所述主控制系统和辅助控制系统分别为灯控装置，所述灯控装置包括电源模块以及分别与电源模块连接的传感器模块、单片机控制模块、灯组切换模块、自控开关模块、故障检测及报警模块、无线通讯单元、LED照明和驱动模块； 所述传感器模块用于采集待测区域内通行的待测物状态信号并将状态信号输入到单片机控制模块中；所述单片机控制模块对状态信号进行处理后产生用于驱动LED照明模块工作的驱动信号，所述驱动信号输入到LED驱动模块中，所述LED驱动模块和LED照明模块连接； 所述故障检测模块用于检测LED照明模块的故障信号并将故障信号输入到单片机控制模块中，所述单片机控制模块将故障信号进行分析处理后生产报警信号； 所述自控开关模块的输入端与单片机控制模块连接，所述自控开关模块的输出端与LED照明模块连接，用于控制LED照明模块的通断状态； 所述灯组切换模块的输入端与单片机控制模块连接，所述灯组切换模块的输出端与LED照明模块连接，用于调整灯组切换的速度； 所述无线通讯单元包括GSM无线短信模块和Zigbee无线通讯模块； 所述GSM无线短信模块的输入端与单片机控制模块连接，所述GSM无线短信模块的输出端用于故障信号的发送；所述Zigbee通讯模块输入端与上一灯控装置的单片机相连，所述Zigbee通讯模块输出端与下一灯控装置的单片机相连，用于实现灯组状态的切换。 所述主控单元中的无线通讯单元，用于将主控单元的照明灯控制信号依次传递给辅控单元； 所述照明灯控制信号，采用如下方式设定: 在第一区域获取待测物的速度，通过预设照明灯间隔距离计算出间隔照明灯依次工作的时间差信号，按时间差信号依次控制照明灯的亮度。
7.根据权利要求1所述的照明灯系统智能调控系统，其特征在于:所述电源模块包括太阳能电池、太阳能充放电控制器、升压稳压模块、供电切换模块； 所述太阳能电池，用于将太阳能转换为电能储存在蓄电池； 所述太阳能充放电控制器，用于实时侦测太阳能电池板的发电电压并追踪最高电压电流值，以最大功率输出对太阳能电池充电， 所述升压稳压模块，用于对太阳能电池充电中的电压进行升压稳压； 所述供电切换模块与单片机控制模块连接，用于切换太阳能电池和交流供电系统的供电模式；所述传感器模块包括光敏传感器和超声波传感器； 所述光敏传感器，用于采集LED照明模块外部光线信号并输入到单片机控制模块；所述超声波传感器，用于采集LED照明模块外部通行区域内待测物的位置信号以及运行速度信息并输入到单片机控制模块； 所述故障检测及报警模块包括故障检测电路和故障通信模块； 所述故障检测电路，用于采集LED照明模块的故障信号并将故障信号传输至单片机控制模块； 所述故障通信模块，用于接收单片机控制模块对故障信号进行处理后的生成的报警信号。
8.根据权利要求1所述的照明灯系统智能调控系统，其特征在于:所述单片机控制模块包括信号分析单元、电流控制单元、亮度控制单元和太阳能电池监控单元； 所述信号分析单元与传感器模块连接，用于接收超声波传感器采集的信号并分析识别待测物从而形成待测物识别信号； 所述电流控制单元与电源模块连接，用于控制电源模块的工作电流； 所述亮度控制单元与LED照明模块连接，用于通过改变脉冲宽度调制PWM输出的占空比来控制大功率LED的 发光强度； 所述太阳能电池监控单元与太阳能电池连接，用于监控太阳能电池的电量。 所述无线通讯单元采用Zigbee无线传输模块。
9.根据权利要求1所述的灯控装置构建的照明灯系统智能调控方法，其特征在于:包括以下步骤: 51:初始化和启动控制系统； 52:检测电源模块并确定控制系统的供电模式； 53:获取环境光强信号； 54:获取待测区域的待测物的运动状态信号；55:根据环境光强信号和待测物的运动状态信号确定LED照明模块的工作状态； 56:计算待测物到下一个待测区域的行程时间，生成照明灯依次间隔照明的时间差信号，按时间差信号依次控制照明灯的亮度。
10.根据权利要求1所述的照明灯系统智能调控方法，其特征在于:所述供电模式的确定包括以下步骤:521:检测系统是否存在故障，如果有，则报警；如果无，则检测太阳能电池是否过充；522:如果是，则停止充电，同时启动USB供电输出；如果否，则检测太阳能电池是否过放； 523:如果是，则给太阳能电池充电； 524:如果否，则切换为交流供电系统供电； 所述LED照明模块的工作状态的确定包括以下步骤: 525:检测环境光强； 526:判断环境光强是否需要照明补偿，如果否，则关闭LED照明模块； 527:如果是，则启动LED照明模块进入照明模式。
【文档编号】H05B37/03GK103987180SQ201410241929
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年6月3日 优先权日:2014年6月3日
【发明者】付丽, 程向东, 罗钧, 唐杰, 曹美琴, 黄守国 申请人:重庆大学