CN102244961A - 智能型公路隧道太阳能led照明节能控制系统 - Google Patents

智能型公路隧道太阳能led照明节能控制系统 Download PDF

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CN102244961A CN201110157016XA CN201110157016A CN102244961A CN 102244961 A CN102244961 A CN 102244961A CN 201110157016X A CN201110157016X A CN 201110157016XA CN 201110157016 A CN201110157016 A CN 201110157016A CN 102244961 A CN102244961 A CN 102244961A
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张飞军
王潮海
王晓珂
崔容强
陈晓冬
刘佳力
张学志
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Abstract

一种智能型公路隧道太阳能LED照明节能控制系统，属于电子领域。本发明的目的是解决公路隧道太阳能LED照明系统中节能控制问题，针对太阳能供电系统实现优化的智能型公路隧道太阳能LED照明节能控制系统。本发明包括照明控制器、DSP控制器、电源模块。本发明利用光伏特性，结合公路隧道LED照明特点，实现节能5%。针对太阳能供电系统，利用光伏特性完成数据采集。通过无线网络，针对太阳能供电系统能源消耗和照明系统，实现远程控制和监测。针对太阳能供电系统能量变化，结合LED照明系统能耗，实现节能系统优化。

Description

智能型公路隧道太阳能LED照明节能控制系统
技术领域
本发明属于电子领域。
背景技术
目前国内公路隧道照明智能控制系统大多将隧道内所有照明灯和车辆检测器、洞内外亮度计等连接成一个完整的控制网络，根据车流量大小、洞内外环境亮度及其对比程度对隧道照明灯亮度从０～１００％进行自动调节。主要包括电源输入模块、ＡＲＭ微处理器模块、ＰＷＭ调光模块、功率驱动模块、负载电流检测模块、开关量采集模块、模拟量采集模块、ＣＡＮ总线网络接口模块等。现有公路隧道控制系统是采用常规供电的公路隧道LED照明系统，相对公路隧道太阳能供电的LED照明系统来说，并未利用太阳能供电系统的相关特性实现优化。目前公路隧道智能控制系统均针对常规供电进行，对于亮度控制，要通过在洞外设置亮度计实现。只对LED照明系统能耗进行远程监测。
发明内容
本发明的目的是解决公路隧道太阳能LED照明系统中节能控制问题，针对太阳能供电系统实现优化的智能型公路隧道太阳能LED照明节能控制系统。
本发明照明控制器通过信号采集板对光电池电压、电流，蓄电池电压、电流，柴油发电机电压、电流、隧道端口处亮度及隧道内各区段LED灯电流进行采样，经过模数转换模块将采集来的模拟信号转换成数字信号供DSP控制器进行信号采集；模数转换模块可以采集16路信号，包括光电池的电压、电流，蓄电池的电压、放电电流，柴油发电机的电压、电流，隧道端口处的亮度以及隧道内各区段LED灯的电流，为实现控制功能提供依据；TMS320LF2407自带了2个高性能10位的模数转换模块ADC，可提供16路的模拟输入，并且使最大为16路的转换在同一期间进行而不会增加CPU的开销；TMS320LF2407A控制器通过电压转换电路采集0～5V的电压；
DSP控制器根据从传感器获得的信号和设定的算法控制各个灯组的开关，形成照明控制组合；整个系统采用集中控制和分布式测量方案，所有的控制信号由主控制器给出，由于各个传感器相距较远，信号采用分布式测量，然后远传；主控制器和每个信号采集板都是一个CAN点，每个CAN节点具有完整并且独立的功能，各个CAN节点之间通过CAN总线进行通信，包括控制信号和数据的传输；同时系统还具有现场手动控制功能作为补充；信号采集板的功能相对比较简单，只需要具有1路AD和CAN控制/驱动器就可以了，可以采用比较简单满足要求的单片机系统；为了完成上述集中式控制和分布式测量任务,选用的DSP和单片机必须带有CAN控制器、模数转换器ADC和一定数量的通用输入输出线GPIO作为数字信号输入和控制信号输出线；
电源模块负责为公路隧道控制系统提供符合要求的电能供应，包括主控器DSP电源、GPRS模块电源和信号调理板电源；提供DC24V电源，主控器DSP电源为DC5V电源，GPRS模块供电为DC24V电源，所以需做DC/DC转换；这里采用LAMBDA电源模块AS10-5-24；
GPRS模块是智能控制器与远程服务器通讯的方式，GPRS可以将有效信息传送到远程监控数据中心服务器处，管理人员可以监测到各种数据，并能根据这些数据进行人为的控制；它利用时下覆盖面最广的GPRS公共信息网进行数据传输，可以提供高速的、高于固定因特网速率的无线数据接入方式，由于GPRS具有保持永远在线的功能，使系统能够实现实时动态监测；智能控制器与GPRS模块是通过RS232通信收发数据和命令的。
本发明利用光伏特性，结合公路隧道LED照明特点，实现节能5%。
本发明针对太阳能供电系统，利用光伏特性完成数据采集。
通过无线网络，针对太阳能供电系统能源消耗和照明系统，实现远程控制和监测。
本发明针对太阳能供电系统能量变化，结合LED照明系统能耗，实现节能系统优化。
附图说明
图1是本发明节能控制系统工作流程图；
图2是本发明节能控制系统电路连接图；
图中：wireless network为无线网络连接；GPRS为GPRS模块；AS为电源模块AS10-5-24；CR为继电器；LED1～LED8分别是第一组灯～第八组灯；GROUND为接地端；information collection为信号采集；sensor为车流传感器；signal conversion为信号转换电流；luminance meter为洞口亮度计；V1为光伏方阵电压信号；V2为柴油机电压信号；V3为蓄电池电压信号；A1为光伏方阵电流信号；A2为柴油机电流信号；A3～A10分别是第一组灯电流信号～第八组灯电流信号；F为接地信号。
具体实施方式
本发明中央控制单元根据车流量和天气状况自动调整隧道的照明，同时通过无线网络对整个隧道太阳能LED照明系统进行远程监测和控制。本发明的发明点是利用光伏电池采集亮度信号，根据车流量大小控制隧道LED照明系统，同时通过无线网络对整个隧道太阳能LED照明系统进行远程监测和控制。
本发明照明控制器通过信号采集板对光电池电压、电流，蓄电池电压、电流，柴油发电机电压、电流、隧道端口处亮度及隧道内各区段LED灯电流进行采样，经过模数转换模块将采集来的模拟信号转换成数字信号供DSP控制器进行信号采集；模数转换模块可以采集16路信号，包括光电池的电压、电流，蓄电池的电压、放电电流，柴油发电机的电压、电流，隧道端口处的亮度以及隧道内各区段LED灯的电流，为实现控制功能提供依据；TMS320LF2407自带了2个高性能10位的模数转换模块ADC，可提供16路的模拟输入，并且使最大为16路的转换在同一期间进行而不会增加CPU的开销；TMS320LF2407A控制器通过电压转换电路采集0～5V的电压；
DSP控制器根据从传感器获得的信号和设定的算法控制各个灯组的开关，形成照明控制组合；整个系统采用集中控制和分布式测量方案，所有的控制信号由主控制器给出，由于各个传感器相距较远，信号采用分布式测量，然后远传；主控制器和每个信号采集板都是一个CAN点，每个CAN节点具有完整并且独立的功能，各个CAN节点之间通过CAN总线进行通信，包括控制信号和数据的传输；同时系统还具有现场手动控制功能作为补充；信号采集板的功能相对比较简单，只需要具有1路AD和CAN控制/驱动器就可以了，可以采用比较简单满足要求的单片机系统；为了完成上述集中式控制和分布式测量任务,选用的DSP和单片机必须带有CAN控制器、模数转换器ADC和一定数量的通用输入输出线GPIO作为数字信号输入和控制信号输出线；
电源模块负责为公路隧道控制系统提供符合要求的电能供应，包括主控器DSP电源、GPRS模块电源和信号调理板电源；提供DC24V电源，主控器DSP电源为DC5V电源，GPRS模块供电为DC24V电源，所以需做DC/DC转换；这里采用LAMBDA电源模块AS10-5-24；
GPRS模块是智能控制器与远程服务器通讯的方式，GPRS可以将有效信息传送到远程监控数据中心服务器处，管理人员可以监测到各种数据，并能根据这些数据进行人为的控制；它利用时下覆盖面最广的GPRS公共信息网进行数据传输，可以提供高速的、高于固定因特网速率的无线数据接入方式，由于GPRS具有保持永远在线的功能，使系统能够实现实时动态监测；智能控制器与GPRS模块是通过RS232通信收发数据和命令的。
本发明在隧道洞口设置了亮度计，分为亮度计1和亮度计2，分别用于测量车道上行和下行方向的洞口亮度。亮度计采用一小块太阳电池板即可，将亮度计与电量变送器相连，将电量变送器输出端接在信号采集板输入端，将信号采集板输出端接在1kM长的CAN总线一端，CAN总线另一段接入照明主控制器，调制光源亮度，同时用万用表测量电量变送器输出值。记录不同光照强度下，照明逻辑的选择。这样重复3次后就能够得到亮度计（太阳电池组件）的电流与DSP输入信号之间的对应关系。由于太阳电池的电流强度与洞口外亮度成正比例，因此通过上述测试也就建立了洞口亮度与DSP输入之间的对应关系。
LED1～LED8分别连接继电器CR的R1～R8引脚，接地端连接继电器CR的COM引脚，继电器通过UART3与TMS320LF2407A连接；电源模块通过电源接口ACP1连接TMS320LF2407A；TMS320LF2407A的SCI通过GPRS模块连接到无线网络上；洞口亮度计接收的信号经信号转换传输到信号采集板，车流传感器采集的信号也连接到信号采集板，信号采集板在通过CAN总线连接到TMS320LF2407A得CAN引脚。
模数转换模块是智能控制器的主要部分。它可以采集16路信号，分别由两个接口引出，DSP上的两个接口定义为UART1、UART2。
UART1接口定义
DB9 1 2 3 4 5 6 7 8 9
S3 Adc0 Adc1 Adc2 Adc3 Adc4 Adc5 Adc6 AGND  
PORT LV DV BV   LC DC AD6 GND  
Note：1.Adc(n)代表DSP板模数转换输出接口；
2.LV代表光伏方阵电压；.
3.DV代表柴油机电压； 
4.BV代表蓄电池电压；
5.LC代表光伏方阵电流；
6.DC代表柴油机电流；
7.GND代表信号地
UART2接口定义：
DB9 1 2 3 4 5 6 7 8 9
S2 Adc8 Adc9 Adc10 Adc11 Adc12 Adc13 Adc14 Adc15 AGND
PORT L1C L2C L3C L4C L5C L6C L7C L8C GND
Note：1. Adc (n) 代表DSP 板模数转换输出接口；
2. L(n)C代表第n个灯组；图2中标注是8组灯；
3. GND 代表信号地；
模数转换模块可以将模拟信号转换成数字信号，从而供DSP控制器进行信号采集。智能控制器的模数转换模块可以采集16路信号，包括光电池的电压、电流，蓄电池的电压、放电电流，柴油发电机的电压、电流，隧道端口处的亮度以及隧道内各区段LED灯的电流。本系统采用TMS320LF2407自带的2个高性能10位的模数转换模块（ADC），该模块可提供16路的模拟输入，并且使最大为16路的转换在同一期间进行而不会增加CPU的开销，可以满足系统要求。
电源模块负责为本系统提供符合要求的电能供应，包括：主控器DSP电源、GPRS模块电源和信号调理板电源。本项目提供是DC24V电源，主控器DSP电源为DC5V电源，GPRS模块供电为DC24V电源，所以需做一DC/DC转换。这里采用LAMBDA电源模块AS10-5-24，该电源模块体积小，自带了保护电路，可满足功率要求。
GPRS模块是智能控制器与远程服务器通讯的方式，GPRS可以将有效信息传送到远程监控数据中心服务器处，管理人员可以监测到各种数据，并能根据这些数据进行人为的控制。本系统中采用JDJ—06型GPRS模块。
智能控制器是通过继电器来控制灯组的。DSP控制信号是通过一个接口UART3引出的，其定义如下：
DB9 1 2 3 4 5 6 7 8 9
S1 Relay0 Relay1 Relay2 Relay3 Relay4 Relay5 Relay6 Relay7 RGND
PORT R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 com
Note：1、Relay (n) DSP板IO输出定义；
2、R(n)第n个继电器控制端；
3、com继电器公共端。

Claims (1)

1.一种智能型公路隧道太阳能LED照明节能控制系统，其特征在于：
照明控制器通过信号采集板对光电池电压、电流，蓄电池电压、电流，柴油发电机电压、电流、隧道端口处亮度及隧道内各区段LED灯电流进行采样，经过模数转换模块将采集来的模拟信号转换成数字信号供DSP控制器进行信号采集；模数转换模块可以采集16路信号，包括光电池的电压、电流，蓄电池的电压、放电电流，柴油发电机的电压、电流，隧道端口处的亮度以及隧道内各区段LED灯的电流，为实现控制功能提供依据；TMS320LF2407自带了2个高性能10位的模数转换模块ADC，可提供16路的模拟输入，并且使最大为16路的转换在同一期间进行而不会增加CPU的开销；TMS320LF2407A控制器通过电压转换电路采集0～5V的电压；
DSP控制器根据从传感器获得的信号和设定的算法控制各个灯组的开关，形成照明控制组合；整个系统采用集中控制和分布式测量方案，所有的控制信号由主控制器给出，由于各个传感器相距较远，信号采用分布式测量，然后远传；主控制器和每个信号采集板都是一个CAN点，每个CAN节点具有完整并且独立的功能，各个CAN节点之间通过CAN总线进行通信，包括控制信号和数据的传输；同时系统还具有现场手动控制功能作为补充；信号采集板的功能相对比较简单，只需要具有1路AD和CAN控制/驱动器就可以了，可以采用比较简单满足要求的单片机系统；为了完成上述集中式控制和分布式测量任务,选用的DSP和单片机必须带有CAN控制器、模数转换器ADC和一定数量的通用输入输出线GPIO作为数字信号输入和控制信号输出线；
电源模块负责为公路隧道控制系统提供符合要求的电能供应，包括主控器DSP电源、GPRS模块电源和信号调理板电源；提供DC24V电源，主控器DSP电源为DC5V电源，GPRS模块供电为DC24V电源，所以需做DC/DC转换；这里采用LAMBDA电源模块AS10-5-24；
GPRS模块是智能控制器与远程服务器通讯的方式，GPRS可以将有效信息传送到远程监控数据中心服务器处，管理人员可以监测到各种数据，并能根据这些数据进行人为的控制；它利用时下覆盖面最广的GPRS公共信息网进行数据传输，可以提供高速的、高于固定因特网速率的无线数据接入方式，由于GPRS具有保持永远在线的功能，使系统能够实现实时动态监测；智能控制器与GPRS模块是通过RS232通信收发数据和命令的。
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