CN102752922B

CN102752922B - 智能感知道路led照明控制器的控制方法

Info

Publication number: CN102752922B
Application number: CN201210209180.5A
Authority: CN
Inventors: 余有灵; 许维胜; 张志明; 王翠霞
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2012-06-25
Filing date: 2012-06-25
Publication date: 2014-10-22
Anticipated expiration: 2032-06-25
Also published as: CN102752922A

Abstract

本发明涉及一种智能感知道路LED照明控制器。由区域回路控制器和现场节点控制器组成，区域回路控制器由电源模块、控制核、时钟模块、人机交互模块、控制模式选择、系统设置模块、诊断接口、通信模块、交通信息采集模块、外部信息采集模块和显示模块接口组成，现场节点控制器由电源模块、控制核、时钟模块、LED调光模块、人机交互模块、控制接口、系统设置模块、诊断接口、通信模块和显示模块接口组成，所述现场节点控制器与区域回路控制器进行双向无线连接，每个现场节点控制器连接相应的LED照明器。本发明基根据车辆位置对与车辆行驶相关的路段路灯进行亮度控制，不影响其他路段路灯，可大大减少能源消耗。LED路灯具体照度数值、LED路灯间的照度切换与当前车辆车速实时相关。

Description

智能感知道路LED照明控制器的控制方法

技术领域

本发明涉及一种智能感知道路LED照明控制器的控制方法。

背景技术

在道路照明领域，目前已有的技术文献，大多介绍高压钠灯道路照明系统，控制策略上目前国内大部分城市的道路照明管理系统仍在沿用简单的定时控制方式。这些系统普遍存在着难以反馈路灯运行状态信息、难以进行远程控制等局限，基本没有节电效果。

LED光源与传统的高压钠灯相比具有更高的节能效果，耗电量是同等照明效果下传统光源的一半。在寿命方面LED光源通常寿命为50,000-100,000小时，可以瞬间启动，并且支持连续调光。随着半导体材料和工艺技术的日趋成熟，大功率LED的成本也将逐渐得到控制，在国家节能减排政策的大背景下，其应用的广度和深度会越来越大。以120w的LED路灯和250w传统高压钠灯进行测算，单盏路灯的年节约运行费用为650元左右。目前我国城市道路照明共有2000多万只以上的路灯，每年新增路灯150万以上，如果该增量部分全部换成LED路灯，每年可节点约30亿kwh以上。在对天津市团泊新城西区北华路进行经济评价后，结果表明使用LED路灯初始投资是高压钠灯的1.12倍，两年后LED路灯的总花费与高压钠灯总花费相比较就处于盈利的阶段，加之LED路灯的维护费用要小于高压钠灯，其使用寿命又远远大于高压钠灯，所以以多年计算两者费用，LED路灯项目的优势非常明显。

公开号CN102307414A专利《基于测定车流量的智能路灯系统》提出一种测定车流量的智能路灯系统，实现了道路照明中有车即亮、无车即熄的功能，该专利优点在于具有车辆感应效果，缺点是只能对单个路灯调节，只有在车行驶至该节点时，路灯才能亮起，且路灯只有打开与关闭两种状态。公开号CN102307419A专利《基于车流量的道路照明调光控制系统》，提出了使用单灯调光控制器采集车流量，集中控制器收集流量信息，根据车流量改变路灯亮度。缺点在于仅依靠车流量判断，若车流量进行不规则变化，路灯亮度调节频繁影响使用寿命。公开号CN202014396U专利《道路照明灯具智能节电开关控制器》优点在于可以根据不同的区域、气候和季节以及不同道路的实际情况来选择控制器的开关灯时间，提出了季节控制的思想，但缺点是仍旧不确定光照条件是否满足要求；公开号CN201230391Y专利《LED路灯分时段控制装置》，把一天24小时分为若干时间段，不同的时段产生不同宽度的脉冲，脉冲控制驱动电路点亮LED灯，优点在于引入LED路灯亮度多级控制和分时段概念，缺点在于缺乏集中控制。公开号CN101861027A专利《路灯智能化集中控制系统》，提出了利用主从节点实现集中控制，实现对照明终端的整体控制、局部控制和单体控制，对每个终端照明的全亮、半亮、熄灭三种状态的控制，但缺乏有效的控制策略，智能化程度不高。

发明内容

本发明的智能感知道路LED照明控制器是一种针对道路照明进行智能化控制，以节能降耗，按需照明为目的的智能感知道路LED照明控制器的控制方法。

本发明提出的智能感知道路ELD照明控制器，由区域回路控制器(LTU)22和现场节点控制器(RTU)23组成，其中：

区域回路控制器22由第一电源模块1、第一控制核2、第一时钟模块3、第一人机交互模块4、控制模式选择模块5、第一系统设置模块6、第一诊断接口7、第一通信模块8、交通信息采集模块9、外部信息采集模块10和第一显示模块接口11组成，第一控制核2分别与第一人机交互模块4、控制模式选择模块5和第一系统设置模块6进行双向连接，第一控制核2的输入端分别与第一时钟模块3、交通信息采集模块9和外部信息采集模块10的输出端连接，第一控制核2的输出端分别连接第一显示模块接口11和第一诊断接口7的输入端连接，控制模式选择模块5与第一通信模块8进行双向连接，第一控制核2、第一时钟模块3、第一人机交互模块4、控制模式选择模块5、第一系统设置模块6、第一诊断接口7、第一通信模块8交通信息采集模块9、外部信息采集模块10和第一显示模块接口11分别连接第一电源模块1；

第一电源模块1输出两档电源电压+5V和+3.3V，第一电源模块1的+5V输出端分别连接第一控制核2、第一时钟模块3、第一人机交互模块4、控制模式选择模块5、第一系统设置模块6、第一诊断接口7、第一通信模块8和交通信息采集模块9和第一显示模块接口11的电源端，第一电源模块1的+3.3V输出端连接外部信息采集模块10的电源端；

交通信息采集模块9输出电平通过GPIO口送入第一控制核2中，外部信息采集模块10通过I²C总线连接至第一控制核2的I²C内置模块上；

控制模式选择模块5连接第一控制核2的UART0模块引脚，第一系统设置模块6连接第一控制核2的UART1模块引脚；

第一控制核2的UART1使用内置定时器通过GPIO口产生PWM波，连接至第一人机交互模块4的PWM输入端；

控制模式选择模块5的TX和RX脚分别连到第一通信模块8的RX和TX脚，用于与现场节点控制器进行数据通信；

现场节点控制器23由第二电源模块12、第二控制核13、第二时钟模块14、LED调光模块15、第二人机交互模块20、控制接口16、第二系统设置模块17、第二诊断接口18、第二通信模块19和第二显示模块接口21组成，第二控制核13分别与LED调光模块15、控制接口16和第二系统设置模块17进行双向连接，第二控制核13的输入端分别与第二时钟模块14、第二人机交互模块20的输出端连接，第二控制核13的输出端分别连接第二显示模块接口21和第二诊断接口18的输入端连接，控制接口16与第二通信模块19进行双向连接，第二控制核13、第二时钟模块14、LED调光模块15、第二人机交互模块20、控制接口16、第二系统设置模块17、第二诊断接口18、第二通信模块19和第二显示模块接口21分别连接第二电源模块12；

第二电源模块12输出两档电源电压+5V和+3.3V，+5V输出端分别连接微第二控制核13，第二时钟模块14、LED调光模块15、控制接口16、第二系统设置模块17、第二诊断接口18、第二通信模块19和第二显示模块接口21的电源端，+3.3V输出端连接第二人机交互模块20的电源端；

第二人机交互模块20输出电平通过GPIO口送入第二控制核12中，第二人机交互模块20通过I²C总线连接至第二控制核12的I²C内置模块上；

控制接口16连接第二控制核12的UART0模块引脚上；

第二系统设置模块17连接第二控制核12的UART1模块引脚上；

第二控制核12的UART1使用内置定时器通过GPIO口产生PWM波，连接至LED调光模块15的PWM输入端；

控制接口16的TX和RX脚连到第二通信模块19的RX和TX脚，用于与区域回路控制器进行数据传输；

所述现场节点控制器23的第二通信模块19与区域回路控制器22的第一通信模块8进行双向无线连接，所述现场节点控制器23的个数视具体情况而定，每个现场节点控制器23连接相应的LED照明器。

本发明中，所述交通信息采集模块9包括车辆采样传感器模块，所述车辆采样传感器模块由感应线圈，或者红外线传感器或声纳传感器来采样车辆的通过信息。

本发明中，所述外部信息采集模块10采用照度计。

本发明所述的智能感知道路LED照明控制器用于道路照明现场，每个路段由1个区域回路控制器和若干个现场节点控制器构成，每个现场节点控制器对应一个LED照明器，相邻路段的区域回路控制器之间采用点对点通信，可以借助通过有线（如RS485、Modbus、CAN等）或无线（WIFI、GPRS等）通信方式进行数据交换。LTU与各RTU之间采用主从式控制结构，LTU为主控制器，RTU为从控制器，由LTU根据控制策略控制该路段的各RTU。

本发明的控制器控制策略的典型特点是“即时照明-Lighting just in time”，由以下五种控制模式构成。

(1)正常模式：依据当前的天气、光照时间以及光照度数据，由LTU设定各RTU的照度调节分级（如高、中、低、关闭四档）和开启/关闭时间，并随之依据当前的车辆位置、车流量、车速以及行车方向调节LED路灯的照度，以保证每辆车行驶前方和后方一定数目的LED路灯保持高照度，而其他LED保持基本照度。依据道路段的连接情况在相邻LTU之间交换照明控制数据，形成多路段的路灯照度联控。

(2)节假日模式：依据当前的政策数据、天气、光照时间以及光照度数据，由LTU设定RTU所管辖的LED路灯的照度调节分级和调节时间段，如前半夜全功率照明，后半夜半功率照明等。

(3)紧急模式：根据系统设定发送信号给LTU，并控制相关RTU保持相关路段的LED路灯全亮或全灭。

(4)维修模式：根据系统设定，由人工控制LTU和RTU进行单盏LED路灯的开关。

(5)自定义模式：根据系统设定，通过一定的编程方法设定LTU参数，并控制RTU按照设定程序进行LED路灯照明控制。

本发明中，其控制体系结构如附图1所示。

(1) RTU接收LTU照明控制指令，输出恰当的LED照明功率，对LED路灯进行分级照度控制。LED路灯具体照度数值、LED路灯间的照度切换与当前车辆车速实时相关，即车速越快，前向的高照度LED路灯就越多，前向高照度道路长度就越长。在网络故障情况下，RTU保持LED路灯高照度输出；

(2) LTU与RTU采用主从式控制结构，由一个LTU控制一个路段的多个RTU，依据道路照明控制策略输出RTU照明控制指令，从而对高路段的LED路灯照度实施控制；

(3) LTU与LTU采用点对点控制结构，在跨路段连接处，为保证照明效果的连续性，LTU之间传递交通信息和道路照明控制信息，实施路段间的LED路灯联控。LTU负责采集道路路段政策数据、天气、光照时间、光照度等外部数据以及车辆位置、车流量、车速等实时交通信息数据。LTU之间可以采用有线（如RS485、Modbus、CAN等）或无线（WIFI、GPRS等）通信方式进行数据通信。

图1系统性地展示了多行驶车辆的多路段照明联控。其中24为第一路段，25为第二路段，26为第三路段，每个路段都有一个区域回路控制器和多个现场节点控制器。可以看出：

(1) 第一路段，当前只有1辆汽车车辆行驶。依据当前车速，车所在位置的现场节点控制器控制的LED路灯、前方和后方现场节点控制器控制的LED路灯均高照度，第一路段上无车的其余LED路灯均低照度。

(2) 第三路段，当前只有1辆汽车行驶，但是该汽车靠近路口，无法判断该汽车的去向，因此，该车所在位置的LED路灯以及前向（包括转向后的各路段）的LED路灯均高照度。显然，此时第二路段上的LTU需要与第三路段上的LTU进行数据同时，促使第三路段上的LTU输出该路段路口处的LED路灯的高照度控制信号。

需要注意的是，上述工作状态是处于正常工作模式下的智能感知LED照明控制方案。

1. 道路照明控制策略

该控制器控制策略的典型特点是“Lighting just in time”，由以下五种控制模式构成：

(1) 正常模式

该控制策略更好地体现“即时照明”思想。依据当前的天气、光照时间以及光照度数据，由LTU设定RTU的照度调节分级（如高、中、低、关闭四档）和开启或关闭时间，并随之依据当前的车辆位置、车流量、车速调节各盏或各段LED的照度，以保证每辆车行驶前方和后方一定数目的LED路灯保持高照度，而其他LED保持基本照度。依据道路段的连接情况在LTU之间交换数据，形成多路段的路灯照度联控。

这种策略在午夜间车流量不多的情况下特别有效。若发现有车辆正在通过路段，调整当前路段路灯亮度，并引入对下一路段预判机制。道路设有车辆感应装置，用于感应车辆位置、车速，估计车流量，通过传感装置将数据采集到LTU中，采用正常模式的控制策略，选择在车辆未行至前，提前调整前向一定数量的路灯和后向一定数量的路灯进行高照度控制输出，其余路灯低照度控制输出，车辆行驶过的地方恢复原先亮度。如果车辆发生调转，可在新方向下一节点位置判断出方向改变，进而改变亮灯方向。在一段时间内若回路中检测不到车辆通过，自动恢复低等亮度状态。

上述工作模式还需要依据外部数据政策数据、天气、光照时间以及光照度数据，进行正常模式的启停控制。由于每个城市的经纬度不同，所以它们的日出日落时间也不相同，即使同一个地方每天的日出日落时间也会发生变化。首先按照日出日落时间算法根据城市的经纬度算出日出日落时间，并存在对应的数据表中，以供未来查询和提值。例如以上海道路状况为研究对象，可以根据上海的地理位置（东经121°4′，北纬31°2′）来确定日出日落时间。光控部分则要求开关灯时满足一定的照度水平，所执行的标准将开灯照度水平设置到15Lx，关灯照度水平设置到30-20Lx。在日出的时候，照度值有可能还没有达到30-20Lx，这时如果关灯，将对交通造成不堪的后果。在日落的时候，照度值还远远大于15Lx，这时开灯，必然使得电能浪费。通过时控光控结合的方法，既能节能又能保证路面的正常照度，使得路面能够达到流畅与安全。

同时，还需要道路类型不同设置不同的照度等级。根据《城市道路设计规范》CJJ37-90对城市道路的分类，并结合道路照明本身的特点，将城市机动车道路照明按快速路与主干路、次干路、支路分为三级。根据《城市道路照明设计标准》，这三种道路的标准照度值如下表所示。

即使在同一道路上例如城市主干路，也存在因位置不同照度需求存在差异的问题，在路况复杂事故易发路段，十字路口路段，建筑物遮蔽光严重的路段，应尽量保持路灯亮度保持高亮。

(2) 节假日模式：依据当前的政策数据、天气、光照时间以及光照度数据，由LTU设定RTU的照度调节分级和调节时间段，如前半夜全功率照明，后半夜半功率照明等。

按照国家政策性要求，如国庆、五一、元旦等重要法定假日，为渲染节日气氛，在特定路段的照明不单单只满足车辆通行的要求，还要满足行人通行，观光拍照等人性化需求，因此，通常可采用前半夜该路段全功率高照度照明控制输出，而后半夜因为行人减少，转为为车辆通行照明服务，采用半功率照明控制输出或者自动转为正常模式输出。

因此，控制器通过采集政策数据，如节假日照明设定，如每年的9月30日-10月7日国庆假日期间，采用上述道路照明功能需求。

同时，也可以通过自定义模式输入节假日路灯照明控制策略并在该模式中进行控制策略选取，利用单点调节的特点，可以利用同一回路内或不同回路上的节点路灯亮度不同，颜色不同，以点阵的形式呈现出景观灯的效果。

(3) 紧急模式：根据系统设定发送信号给LTU，并控制相关RTU保持全亮或全灭。

但是，若遭遇恶劣天气，如夏天的雷电等恶劣天气，甚至有可能出现白天变黑夜的情况，同时在傍晚或清晨出现雨、雪、雾、风沙和阴天等异常天气时，如果路灯没有及时的点亮，不仅会对人们的出行带来不便，甚至会对交通产生意想不到的影响。考虑一天中因特殊天气使得道路照度持续低于设定照度水平，不能满足照度需求，调整LTU进入紧急模式。当环境恢复正常后一段时间，关闭紧急模式，并进入正常模式。

同时，若系统检测到照明系统漏电、或者其他用电紧急状态，可以转入紧急模式的另一工作状态，所有LED路灯全部关闭。

(4) 维修模式：根据系统设定，由人工控制LTU和RTU进行单盏路灯的开关。

系统在维修模式下，可以逐盏路灯控制与调试，进行单个路灯的维修，而不影响其他路灯的正常工作。

(5) 自定义模式：根据系统设定，通过一定的编程方法设定LTU参数，并控制RTU按照设定程序进行路灯照明控制。

在有人参与情况下，从控制策略数据库中选择合适的控制策略并通过人机交互进行策略调整，输出到RTU实施照度控制；或者自动生成性的道路照明控制策略。如隔灯照明控制方式，或者针对地下隧道的照明模式进行渐亮或渐暗控制等。同时对控制策略库进行维护与调整，加入新调整的控制策略，删除不恰当的控制策略。

各种模式的优先级表示如下：

维修模式>自定义模式>紧急模式>节假日模式>正常模式

2. 智能感知

智能感知包括以下两个方面：

数据感知：通过控制器的多数据接口，感知政策数据、天气、光照时间、光照度等外部数据以及车辆位置、车流量、车速等实时交通信息，并进行相关的智能数据融合处理，形成策略性数据信息。

策略感知与调整：无人参与情况下，依据策略性数据信息，通过智能筛选与匹配方法从控制策略库中挑选合适的控制策略，并对RTU进行照度控制；有人参与情况（如维修模式、自定义模式等）下，从控制策略数据库中选择合适的控制策略并通过人机交互进行策略调整，输出到RTU实施照度控制；对控制策略库进行维护与调整，加入新调整的控制策略，删除不恰当的控制策略。

以下结合附图和实施例对本发明作比较详细的说明。

附图说明

图1 是本发明的控制系统结构图。

图2是本发明中系统部分LTU之间与外部数据的通信连接图。

图3是本发明中系统部分LTU与RTU的通信连接图。

图4是本发明中LTU内部结构图。

图5是本发明中RTU内部结构图。

图6是LTU控制系统主架构程序流程图。

图7为LTU正常工作模式下的程序流程图。

图8为LTU自定义工作模式下的程序流程图。

图9为LTU节假日工作模式下的程序流程图。

图10为LTU紧急工作模式下的程序流程图。

图11为LTU维修工作模式下的程序流程图。

图12为RTU控制系统的程序流程图。

图中标号：1为第一电源模块，2为第一控制核，3为第一时钟模块，4为第一人机交互模块，5为控制模式选择模块，6为第一系统设置模块，7为诊断接口，8为第一通信模块，9为交通信息采集模块，10为外部信息采集模块，11为第一显示模块接口，12为第二电源模块，13为第二控制核，14为第二时钟模块，15为LED调光模块，16为控制接口，17为第二系统设置模块，18为第二诊断接口，19为第二通信模块，20为第二人机交互模块，21为第二显示模块接口，22为区域回路控制器LTU，23为现场节点控制器RTU，24为第一路段，25为第二路段，26为第三路段。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图进一步说明本发明。

实施例1：图1 是本发明的控制系统结构图。所述智能感知道路LED照明控制器由所述区域回路控制器LTU和所述现场节点控制器RTU两部分构成。图1展示了多行驶车辆的多路段照明联控。其中24为第一路段，25为第二路段，26为第三路段，每个路段都有一个区域回路控制器和多个现场节点控制器，每个现场节点控制器控制一盏路灯。可以看出：

(1) 第一路段，当前只有1辆汽车车辆行驶。依据当前车速，车所在位置及其前方和后方的LED路灯均高照度，第一路段上其余LED路灯均低照度。

(2) 第三路段，当前只有1辆汽车行驶，但是该汽车靠近路口，无法判断该汽车的去向，因此，该车所在位置的LED路灯以及前向（包括转向后的各路段）的LED路灯均高照度。显然，此时第二路段上的LTU需要与第三路段上的LTU进行数据同步，促使第三路段上的LTU输出该路段路口处的LED路灯的高照度控制信号。

图2是本发明中LTU与邻近路段LTU以及LTU与外部数据的通信连接图。

(1) 区域回路控制器22与近邻区域回路控制器22之间采用点对点控制结构，可以采用有线（如RS485、Modbus、CAN等）或无线（WIFI、GPRS等）通信方式进行。通过LTU间交换车辆行驶方向、车速以及当前车辆位置等数据，使得相邻路段LTU分别控制各自路

(2) 区域回路控制器22与外部数据通过交通信息采集模块9和外部信息采集模块10采集外部各种数据源提供的数据，包括但不限于当前政策数据、天气、光照时间、光照度等外部数据、车辆位置、车流量、车速、行车方向等实时交通信息以及车流量预测数据。主要用于LED路灯的照度分级和启动/关闭等功能。

图3是本发明中系统部分LTU与RTU的通信连接图。

(1) 区域回路控制器22（LTU）与现场节点控制器23（RTU）采用主从式控制结构，由一个LTU控制一个路段的多个RTU，依据道路照明控制策略输出RTU照明控制指令，从而对各路段的LED路灯照度实施控制。

(2) LTU与RTU之间的数据交换通过第一通信模块8和第二通信模块19完成。LTU对RTU下达的指令包括但不限于参数设置、路灯照度功率设定、启动/关闭等，RTU向LTU反馈的数据包括但不限于路灯工作状态、电能参数，以方便进行节能数据监测与分析等。

图4是本发明中LTU内部结构图。本发明中LTU装置包括第一电源模块1，第一控制核2（采用AVR公司8位单片机mega128），第一时钟模块3（采用实时时钟芯片DS1302），第一人机交互模块4，控制模式选择模块5（采用232通信模块），第一系统设置模块6（采用485通信模块），诊断接口7（采用JTAG调试接口），第一通信模块8（采用GPRS/GSM通信模块），交通信息采集模块9（采用车辆采样传感器模块，路面下铺设感应线圈和接收转换装置组成），外部信息采集模块10（采用照度计采集照度，提供网络接口采集地理位置、政策信息等数据），第一显示模块接口11。

(1) 第一电源模块1输出两档电源电压+5V和+3.3V，+5V输出端连接单片机mega128，实时时钟芯片DS1302，第一人机交互模块4，232通信模块，485通信模块，JTAG调试接口，GPRS/GSM模块，交通信息采集模块9，第一显示模块接口11的电源端。+3.3V输出端连接外部信息采集模块10的电源端；

(2) 交通信息采集模块9输出电平通过GPIO口送入单片机mega128中，外部信息采集模块10通过I²C总线连接至单片机mega128的I²C内置模块上；

(3) 控制模式选择模块5连接第一控制核2即单片机mega128的UART0模块引脚上，第一系统设置模块6连接第一控制核2的UART1模块引脚上；

(4) 单片机mega128的UART1使用内置定时器通过GPIO口产生PWM波，连接至第一人机交互模块4的PWM输入端；

(5) 控制模式选择模块5的TX和RX脚连到第一通信模块8的RX和TX脚，用于与RTU进行数据通信。

图5是本发明中RTU内部结构图。本发明中RTU装置包括第二电源模块12，第二控制核13（采用AVR公司8位单片机mega128），第二时钟模块14（采用实时时钟芯片DS1302），LED调光模块15，控制接口16（232通信模块），第二系统设置模块17（采用485通信模块），第二诊断接口18（采用JTAG调试接口），第二通信模块19（采用GPRS/GSM通信模块），第二人机交互模块20，第二显示模块接口21。

(1) 第二电源模块12输出两档电源电压+5V和+3.3V，+5V输出端连接微第二控制核13，第二时钟模块14，LED调光模块15，控制接口16，第二系统设置模块17，第二诊断接口18，第二通信模块19，第二显示模块接口21的电源端。+3.3V输出端连接第二人机交互模块20的电源端；

(2) 第二人机交互模块20输出电平通过GPIO口送入第二控制核12中，第二人机交互模块20通过I²C总线连接至第二控制核12的I²C内置模块上；

(3) 控制接口16连接第二控制核12的UART0模块引脚上；

(4) 第二系统设置模块17连接第二控制核12的UART1模块引脚上；

(5) 第二控制核12的UART1使用内置定时器通过GPIO口产生PWM波，连接至LED调光模块15的PWM输入端；

(6) 控制接口16的TX和RX脚连到第二通信模块19的RX和TX脚，用于与LTU进行数据传输。

图6为LTU控制系统主架构程序流程图，通过该主架构来控制LTU进入到何种工作模式状态。主要流程叙述如下：

(1)开机自检和系统初始化，主要检测LTU的硬件工作状态和LTU各组成模块初始化；

(2)系统运行参数设置，主要用于设定系统工作模式，网络数据服务器地址，数据源采样时间间隔，通信控制参数等；

(3)外部数据信息检测，用于采集外部网络数据，如政策数据、当前天气信息（冬季、夏季、阴天、雨天、晴天等）、道路信息（车道信息、LED路灯安装距离等）、交通信息（相邻LTU信息、工作日/休息日、历史交通流量等），并依据这些信息生成道路照明控制策略；

(4)若没有设定工作模式，转到(2)；

(5)依据设定的工作模式，转到自定义模式、维修模式、紧急模式、节假日模式和正常模式中的一种工作模式，开始执行指定工作模式中的程序任务；

(6)工作模式任务执行完毕后，如果需要停机，则退出系统；

(7)如果不需要停机，只是需要系统复位，则转到(1)；

(8)如果不需要系统复位，则转到(3)。

图7为LTU正常工作模式下的程序流程图，主要流程叙述如下：

(1)设定正常模式参数，如道路照度水平，即道路照度低于多少照度时，可以启动正常模式，如果道路照度高于设定照度水平，则保持当前工作状态；

(2)外部信息实时检测，主要检测道路当前的实时照度数据，用于与设定道路照度水平进行比较；

(3)实时交通信息检测。检测当前的车辆位置、车辆速度、行车方向、车流量数据；

(4)选择Lighting Just in Time路灯控制策略。该策略检测当前车流量，若车流量大，则该路段不采用实时照度调整策略；若车流量偏小，则依据当前车辆位置和行车速度，对车辆前向和后向一定数目的LED路灯进行高亮度控制，其他无车LED路灯进行低亮度控制。若前后还有其他车辆， LED灯照度需进行特定的逻辑运算，以同时满足多辆车辆的照度需求。同时，LED路灯的照度数据还需要依据外部网络数据（天气）满足相应的照度水平调整，如能见度较差的雾天需要提高所有LED路灯照度等级等;

(5)若控制点靠近邻近的LTU，还需要将交通信息发送给邻近的LTU，以保证在路口处车辆不论转向那条邻近路段，均使得LED路灯照度得以连续控制;

(6)依据控制策略向RTU发送现场LED路灯照度控制数据;

(7)若RTU没有反馈数据，转向(9);

(8)接受RTU的反馈数据，主要包括各LED路灯的电能消耗情况，LED路灯以及RTU的工作状态等数据；

(9)通过网络结构发送数据到外部网络，包括电能统计、LTU和RTU以及LED路灯的工作状态，现场检测的实时数据（交通信息数据、照度数据等）；

(10)如果工作模式有改变，则退出正常工作模式，进入到LTU主架构程序流程；

(11)如果工作模式没有改变，转到(2)。

图8为LTU自定义工作模式下的程序流程图，主要流程叙述如下：

(1)设定自定义模式参数，如道路照度水平，即道路照度低于多少照度时，可以启动正常模式，如果道路照度高于设定照度水平，则保持当前工作状态；

(4)自行定义路灯控制策略所有参数，如车流量控制等级，LED照明切换方式，数据通信方式以及诊断数据传输数量等。通过车流量等级调整，选择实时照度调整策略和LED照明切换模式；修正照度水平，如调整恶劣天气下的LED路灯照度等级等。确定诊断数据的选择传输等。即在该模式下，所有路灯控制策略参数均可以自行调整。

(6)依据控制策略向RTU发送现场LED路灯照度控制数据;

(7)若RTU没有反馈数据，转向(9);

(11)如果工作模式没有改变，转到(2)。

图9为LTU节假日工作模式下的程序流程图，主要流程叙述如下：

(1)设定节假日模式参数，如道路照度水平，即道路照度低于多少照度时，可以启动正常模式，如果道路照度高于设定照度水平，则保持当前工作状态；

(3)时间数据检测和关键道路检测。检测当前的时间和关键道路信息；

(4)采用节假日控制策略。依据关键道路信息，确定关键路段。在关键路段和关键路口结合时间信息保证所有LED路灯前半夜全部实行高亮，后半夜退出节假日控制策略，转入正常模式控制。

(6)依据控制策略向RTU发送现场LED路灯照度控制数据;

(7)若RTU没有反馈数据，转向(9);

(11)如果工作模式没有改变，转到(2)。

图10为LTU紧急工作模式下的程序流程图，主要流程叙述如下：

(2)若该路段存在用电危险，转向(11)；

(3)所有LED路灯全部高亮，以保证紧急状态下的交通疏通；

(4)若控制点靠近邻近的LTU，还需要将交通信息发送给邻近的LTU，以保证在路口处车辆不论转向那条邻近路段，均使得LED路灯照度得以连续控制;

(5)依据控制策略向RTU发送现场LED路灯照度控制数据;

(6)若RTU没有反馈数据，转向(8);

(7)接受RTU的反馈数据，主要包括各LED路灯的电能消耗情况，LED路灯以及RTU的工作状态等数据；

(8)通过网络结构发送数据到外部网络，包括电能统计、LTU和RTU以及LED路灯的工作状态，现场检测的实时数据（交通信息数据、照度数据等）；

(9)如果工作模式有改变，则退出正常工作模式，进入到LTU主架构程序流程；

(10)如果工作模式没有改变，转到(2)。

(11)所有LED路灯关闭，退出正常工作模式，进入到LTU主架构程序流程；

图11为LTU维修工作模式下的程序流程图，主要流程叙述如下：

(1)在线维修，包括在线参数设定等；

(2)LTU通信方式维修，检测通信质量等；

(3)所有LED路灯控制自检；

(4)LED单灯控制自检;

(5)数据采集自检;

(6)数据处理与传输自检;

(7)如果需要隔离维修，转向(10)；

(8)如果工作模式有改变，则退出正常工作模式，进入到LTU主架构程序流程；

(9)如果工作模式没有改变，转到(2)。

(10)启动断电处理；

(11)设置停机标志，退出正常工作模式，进入到LTU主架构程序流程；

图12为RTU控制系统的程序流程图，主要流程叙述如下：

(1)开机自检和系统初始化，主要检测RTU的硬件工作状态和RTU各组成模块初始化；

(2)接受来自LTU的控制数据，读取相应的控制指令；

(3)控制LED路灯电流，对LED路灯功率进行控制，以控制LED路灯照度；

(4)检测LED路灯工作状态；

(5)向LTU发送路灯反馈数据，主要包括用电情况、工作状态数据等。

(6)如果不需要停机，转到(2)。

(7)启动断电处理；

(8)退出RTU控制系统。

虽然本发明已参照上述的实施例来描述，但是本技术领域的普通技术人员，应当认识到以上的实施例仅是用来说明本发明，应理解其中可作各种变化和修改而在广义上没有脱离本发明，所以并非作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述的实施例的变化、变形都将落入本发明权利要求的保护范围。

Claims

1.一种智能道路LED照明控制器的控制方法，其特征在于所述智能道路LED照明控制器由区域回路控制器(22)和现场节点控制器(23)组成，其中：

区域回路控制器(22)由第一电源模块(1)、第一控制核(2)、第一时钟模块(3)、第一人机交互模块(4)、控制模式选择模块(5)、第一系统设置模块(6)、第一诊断接口(7)、第一通信模块(8)、交通信息采集模块(9)、外部信息采集模块(10)和第一显示模块接口(11)组成，第一控制核(2)采用8位单片机mega128，第一控制核(2)分别与第一人机交互模块(4)、控制模式选择模块(5)和第一系统设置模块(6)进行双向连接，第一控制核(2)的输入端分别与第一时钟模块(3)、交通信息采集模块(9)和外部信息采集模块(10)的输出端连接，第一控制核(2)的输出端分别连接第一显示模块接口(11)和第一诊断接口(7)的输入端连接，控制模式选择模块(5)与第一通信模块(8)进行双向连接，第一控制核(2)、第一时钟模块(3)、第一人机交互模块(4)、控制模式选择模块(5)、第一系统设置模块(6)、第一诊断接口(7)、第一通信模块(8)交通信息采集模块(9)、外部信息采集模块(10)和第一显示模块接口(11)分别连接第一电源模块(1)；

第一电源模块(1)输出两档电源电压+5V和+3.3V，第一电源模块(1)的+5V输出端分别连接第一控制核(2)、第一时钟模块(3)、第一人机交互模块(4)、控制模式选择模块(5)、第一系统设置模块(6)、第一诊断接口(7)、第一通信模块(8)和交通信息采集模块(9)和第一显示模块接口(11)的电源端，第一电源模块(1)的+3.3V输出端连接外部信息采集模块(10)的电源端；

交通信息采集模块(9)输出电平通过GPIO口送入第一控制核(2)中，外部信息采集模块(10)通过I²C总线连接至第一控制核(2)的I²C内置模块上；

控制模式选择模块(5)连接第一控制核(2)的UART0模块引脚，第一系统设置模块(6)连接第一控制核(2)的UART1模块引脚；

第一控制核(2)的UART1使用内置定时器通过GPIO口产生PWM波，连接至第一人机交互模块(4)的PWM输入端；

控制模式选择模块(5)的TX和RX脚分别连到第一通信模块(8)的RX和TX脚，用于与现场节点控制器进行数据通信；

现场节点控制器(23)由第二电源模块(12)、第二控制核(13)、第二时钟模块(14)、LED调光模块(15)、第二人机交互模块(20)、控制接口(16)、第二系统设置模块(17)、第二诊断接口(18)、第二通信模块(19)和第二显示模块接口(21)组成，第二控制核(13)采用8位单片机mega128，第二控制核(13)分别与LED调光模块(15)、控制接口(16)和第二系统设置模块(17)进行双向连接，第二控制核(13)的输入端分别与第二时钟模块(14)、第二人机交互模块(20)的输出端连接，第二控制核(13)的输出端分别连接第二显示模块接口(21)和第二诊断接口(18)的输入端连接，控制接口(16)与第二通信模块(19)进行双向连接，第二控制核(13)、第二时钟模块(14)、LED调光模块(15)、第二人机交互模块(20)、控制接口(16)、第二系统设置模块(17)、第二诊断接口(18)、第二通信模块(19)和第二显示模块接口(21)分别连接第二电源模块(12)；

第二电源模块(12)输出两档电源电压+5V和+3.3V，+5V输出端分别连接微第二控制核(13)，第二时钟模块(14)、LED调光模块(15)、控制接口(16)、第二系统设置模块(17)、第二诊断接口(18)、第二通信模块(19)和第二显示模块接口(21)的电源端，+3.3V输出端连接第二人机交互模块(20)的电源端；

第二人机交互模块(20)输出电平通过GPIO口送入第二控制核(12)中，第二人机交互模块(20)通过I²C总线连接至第二控制核(12)的I²C内置模块上；

控制接口(16)连接第二控制核(12)的UART0模块引脚上；

第二系统设置模块(17)连接第二控制核(12)的UART1模块引脚上；

第二控制核(12)的UART1使用内置定时器通过GPIO口产生PWM波，连接至LED调光模块(15)的PWM输入端；

控制接口(16)的TX和RX脚连到第二通信模块(19)的RX和TX脚，用于与区域回路控制器进行数据传输；

所述现场节点控制器(23)的第二通信模块(19)与区域回路控制器(22)的第一通信模块(8)进行双向无线连接，所述现场节点控制器(23)的个数视具体情况而定，每个现场节点控制器(23)连接相应的LED照明器；

区域回路控制器的控制流程具体步骤如下：

(1)开机自检和系统初始化，检测区域回路控制器的硬件工作状态和区域回路控制器各组成模块初始化；

(2)系统运行参数设置，用于设定系统工作模式，网络数据服务器地址，数据源采样时间间隔和通信控制参数；

(3)外部数据信息检测，用于采集外部网络数据，即政策数据、当前天气信息、道路信息、交通信息，并依据这些信息生成道路照明控制策略；

(4)若没有设定工作模式，转到(2)；

(6)工作模式任务执行完毕后，如果需要停机，则退出系统；

(7)如果不需要停机，只是需要系统复位，则转到(1)；

(8)如果不需要系统复位，则转到(3)；

现场节点控制器的控制流程，具体步骤如下：

(1)开机自检和系统初始化，主要检测现场节点控制器的硬件工作状态和现场节点控制器各组成模块初始化；

(2)接受来自区域回路控制器的控制数据，读取相应的控制指令；

(4)检测LED路灯工作状态；

(5)向区域回路控制器发送路灯反馈数据，主要包括用电情况、工作状态数据；

(6)如果不需要停机，转到(2)；

(7)启动断电处理；

(8)退出现场节点控制器控制系统。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于区域回路控制器的正常工作模式下的具体步骤如下：

(3)实时交通信息检测；检测当前的车辆位置、车辆速度、行车方向、车流量数据；

(4)选择即明照明路灯控制策略；该策略检测当前车流量，若车流量大，则该路段不采用实时照度调整策略；若车流量偏小，则依据当前车辆位置和行车速度，对车辆前向和后向一定数目的LED路灯进行高亮度控制，其他无车LED路灯进行低亮度控制；若前后还有其他车辆， LED灯照度需进行特定的逻辑运算，以同时满足多辆车辆的照度需求；同时，LED路灯的照度数据还需要依据外部网络数据满足相应的照度水平调整，如能见度较差的雾天需要提高所有LED路灯照度级；

(5)若控制点靠近邻近的区域回路控制器，还需要将交通信息发送给邻近的区域回路控制器，以保证在路口处车辆不论转向那条邻近路段，均使得LED路灯照度得以连续控制;

(6)依据控制策略向现场节点控制器发送现场LED路灯照度控制数据;

(7)若现场节点控制器没有反馈数据，转向(9);

(8)接受现场节点控制器的反馈数据，主要包括各LED路灯的电能消耗情况，LED路灯以及现场节点控制器的工作状态数据；

(9)通过网络结构发送数据到外部网络，包括电能统计、区域回路控制器和现场节点控制器以及LED路灯的工作状态，现场检测的实时数据；

(10)如果工作模式有改变，则退出正常工作模式，进入到区域回路控制器主架构程序流程；

(11)如果工作模式没有改变，转到(2)。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于区域回路控制器的区域回路控制器自定义工作模式的具体步骤如下：

(4)自行定义路灯控制策略所有参数，如车流量控制级，LED照明切换方式，数据通信方式以及诊断数据传输数量；通过车流量级调整，选择实时照度调整策略和LED照明切换模式；修正照度水平，确定诊断数据的选择传输；即在该模式下，所有路灯控制策略参数均可以自行调整；

(7)若现场节点控制器没有反馈数据，转向(9);

(11)如果工作模式没有改变，转到(2)。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于区域回路控制器的节假日工作模式的具体步骤如下：

(3)时间数据检测和关键道路检测；检测当前的时间和关键道路信息；

(4)采用节假日控制策略，依据关键道路信息，确定关键路段，在关键路段和关键路口结合时间信息保证所有LED路灯前半夜全部实行高亮，后半夜退出节假日控制策略，转入正常模式控制；

(7)若现场节点控制器没有反馈数据，转向(9);

(11)如果工作模式没有改变，转到(2)。

5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于区域回路控制器的紧急工作模式的具体步骤如下：

(2)若该路段存在用电危险，转向(11)；

(3)所有LED路灯全部高亮，以保证紧急状态下的交通疏通；

(4)若控制点靠近邻近的区域回路控制器，还需要将交通信息发送给邻近的区域回路控制器，以保证在路口处车辆不论转向那条邻近路段，均使得LED路灯照度得以连续控制;

(5)依据控制策略向现场节点控制器发送现场LED路灯照度控制数据;

(6)若现场节点控制器没有反馈数据，转向(8);

(7)接受现场节点控制器的反馈数据，主要包括各LED路灯的电能消耗情况，LED路灯以及现场节点控制器的工作状态数据；

(8)通过网络结构发送数据到外部网络，包括电能统计、区域回路控制器和现场节点控制器以及LED路灯的工作状态，现场检测的实时数据；

(9)如果工作模式有改变，则退出正常工作模式，进入到区域回路控制器主架构程序流程；

(10)如果工作模式没有改变，转到(2)；

(11)所有LED路灯关闭，退出正常工作模式，进入到区域回路控制器主架构程序流程。

6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于区域回路控制器的维修工作模式的具体步骤如下：

(1)在线维修，包括在线参数设定；

(2)区域回路控制器通信方式维修，检测通信质量；

(3)所有LED路灯控制自检；

(4)LED单灯控制自检;

(5)数据采集自检;

(6)数据处理与传输自检;

(7)如果需要隔离维修，转向(10)；

(8)如果工作模式有改变，则退出正常工作模式，进入到区域回路控制器主架构程序流程；

(9)如果工作模式没有改变，转到(2)；

(10)启动断电处理；

(11)设置停机标志，退出正常工作模式，进入到区域回路控制器主架构程序流程。