CN103391665A - 智能led隧道灯无级调光控制系统和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能LED隧道灯无级调光控制系统，包括远程控制中心、汇聚模块、多个分控制器、多个感应采集模块、多个功率控制模块、多个供电模块、多个LED灯组和多个自检模块，远程控制中心与汇聚模块之间通过汇聚网络相连，汇聚模块与分控制器相连，分控制器与感应采集模块和功率控制模块相连，感应采集模块和功率控制模块与LED灯组之间通过RS-485总线相连，供电模块与LED灯组相连。本发明利用LED灯调光幅度宽的特性，根据隧道环境信息和LED灯工作状态信息智能调整LED照明参数，进一步提高了LED灯的光效，延长了LED灯的寿命。本发明还公开了一种智能LED隧道灯无级调光控制方法。

Description

智能LED隧道灯无级调光控制系统和控制方法

技术领域

本发明属于LED照明控制领域，更具体地，涉及一种智能LED隧道灯无级调光控制系统和控制方法。

背景技术

随着我国公路交通事业的飞速发展，公路等级不断提高，隧道照明的高能耗和安全运营问题显得越来越突出。根据《公路隧道通风照明设计规范》，隧道照明主要分为入口段照明、过渡段照明、中间段照明和出口段照明四部分。不同的隧道区域对照明的要求是不一样的，即使同一区域在不同的条件下，对隧道内的照明要求也是不一样的，它们与车速、车流量、洞外亮度、洞内亮度等诸多因素有关。

目前，隧道照明系统主要使用高压钠灯，且以全年洞外最大亮度和最高行车时速来确定隧道内各段的灯具功率和灯具分布密度。此种模式暴露出了许多问题。一方面，高压钠灯存在启动延时，且调光幅度很小。另一方面，系统没有考虑实时环境因素，仅能在有限的照明回路里对灯具进行控制，这将导致隧道照明的亮度在很多时候超过实际需求，造成能源的大量浪费，且其无法保证隧道内亮度的均匀性及各段之间亮度的平滑过渡，隧道会出现所谓的“斑马线”，导致驾驶员视觉疲劳，带来重大安全隐患。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种智能LED隧道灯无级调光控制系统，其利用LED灯调光幅度宽的特性，根据隧道环境信息和LED灯工作状态信息智能调整LED照明参数，进一步提高了LED灯的光效，延长了LED灯的寿命。

为实现上述目的，本发明提供了一种智能LED隧道灯无级调光控制系统，包括远程控制中心、汇聚模块、多个分控制器、多个感应采集模块、多个功率控制模块、多个供电模块、多个LED灯组和多个自检模块，远程控制中心与汇聚模块之间通过汇聚网络相连，汇聚模块与分控制器相连，分控制器与感应采集模块和功率控制模块相连，感应采集模块和功率控制模块与LED灯组之间通过RS-485总线相连，供电模块与LED灯组相连。

每个LED灯组中LED灯的数量最多为128盏，分控制器、感应采集模块、功率控制模块、供电模块和LED灯组的数量相同，每个LED灯对应有一个自检模块，汇聚网络为光纤网络或无线蜂窝网络。

自检模块包括温度传感器、电压传感器、电流传感器、模数转换子模块、第一信息转发子模块和定时子模块，温度传感器、电压传感器和电流传感器用于每隔秒钟采集次数据，连续采集分钟，以获取信号均值，模数转换子模块用于将信号均值进行模拟数字转换，并上传给第一信息转发子模块，第一信息转发子模块用于将转换后的信号均值上传给感应采集模块。定时子模块用于设置自检定时器，并用于判断自检定时器是否超时，第一信息转发子模块还用于判断是否收到感应采集模块下发的自检命令。

感应采集模块包括速度传感器、光电传感器、光照传感器、信息处理子模块和第二信息转发子模块，传感器、光电传感器和光照传感器用于采集所在区段的平均车速、车流量和环境亮度等环境信息，信息处理子模块用于将采集到的环境信息进行模数转换，并将转换后的环境信息和接收的LED灯当前工作状态信息一起封装成采集数据帧，第二信息转发子模块用于将采集数据帧上传给分控制器，分控制器用于将接收的采集数据帧直接透明传输给汇聚模块。

汇聚模块包括通道选择子模块、数据处理子模块和第三信息转发子模块，通道选择子模块用于判断是否存在光纤通道且工作正常，若存在且工作正常，则第三信息转发子模块将采集数据帧直接透明传输给远程控制中心，通道选择子模块还用于判断是否存在无线蜂窝网接口，若不存在，则第三信息转发子模块将采集数据帧缓存在本地，并等待无线蜂窝网恢复正常，通道选择子模块还用于判断是否已建立无线数据链路，若没有建立，则建立无线数据链路，数据处理子模块用于根据无线蜂窝网的网络状态将接收的采集数据帧动态拆分成多个数据包，第三信息转发子模块还用于将拆分后的数据包依次上传给远程控制中心，上传过程中若出现故障，先将数据包缓存在本地，再等链路恢复正常后续传，远程控制中心用于根据接收的数据判断区段的环境信息和LED灯当前工作状态信息的变化是否超过门限值，远程控制中心还用于根据区段的环境信息和LED灯当前工作状态信息获取区段中所有LED灯的新调光方案，并将获取的新调光方案转发给汇聚模块，汇聚模块还用于根据新调光方案中的区段编号信息进行路由，以将新调光方案转发给区段编号信息相应的分控制器。

分控制器包括调光方案存储子模块、调光方案选择子模块和第四信息转发子模块，调光方案存储子模块用于判断是否存在历史调光方案，若不存在，则第四信息转发子模块根据接收的新调光方案向功率控制模块下发控制命令，并将新调光方案保存为历史调光方案，调光方案选择子模块用于对历史调光方案和接收的新调光方案进行时间区段扩展，并比较扩展后相同时间区段内历史调光方案和新调光方案的调整值，进而判断二者的差值是否小于3个等级，若小于，则用新调光方案的调整值代替历史调光方案的调整值，调光方案选择子模块还用于将历史调光方案的调整值向新调光方案的方向调整2个等级，调光方案选择子模块还用于对历史调光方案进行时间区段合并，使得调整间隔大于半小时，并将被合并时间区段内调整值的均值作为新的调整值，第四信息转发子模块还用于根据调整后的历史调光方案向功率控制模块下发控制命令，功率控制模块用于根据接收的控制命令对LED灯组进行电压和电流控制，供电模块包括市电转换设备、蓄电池和电源转换装置，市电转换设备用于在正常情况下使用市电给LED灯供电，蓄电池用于在紧急情况或突然停电时给LED灯供电，电源转换装置用于将市电电压或蓄电池电压转化为适合LED灯照明的电压。

通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，本发明智能LED隧道灯无级调光控制系统具有以下有益效果：

1、本系统以LED灯代替高压钠灯，不仅绿色环保，而且启动迅速、调光幅度大（可实现256级调光）；

2、本系统根据入口段、过渡段、中间段和出口段中LED灯调光特性基本一致，对每个LED灯组采用一套分控制器、感应采集模块、功率控制模块和供电模块，降低了系统成本；

3、本系统采用了自检模块和感应采集模块，可根据LED灯当前工作状态信息和环境信息，动态调整LED灯亮度，真正做到按需照明，进一步节约能源；

4、本系统采用了汇聚模块，在一定程度上可克服RS-485总线传输距离有限的问题。

本发明的另一目的在于提供一种智能LED隧道灯无级调光控制方法，其利用LED灯调光幅度宽的特性，根据隧道环境信息和LED灯工作状态信息智能调整LED照明参数，进一步提高了LED灯的光效，延长了LED灯的寿命。

为实现上述目的，本发明提供了一种智能LED隧道灯无级调光控制方法，包括以下步骤：

（1）自检模块对LED灯当前工作状态信息进行采集，并将采集到的信息上传给感应采集模块；

（2）感应采集模块对相应LED灯组所在区段的环境信息进行采集，并将采集到的环境信息和接收的LED灯当前工作状态信息一起封装成采集数据帧，上传给分控制器；

（3）分控制器将接收的采集数据帧直接透明传输给汇聚模块；

（4）汇聚模块根据汇聚网络的类型对采集数据帧进行处理，并将处理后的数据上传给远程控制中心；

（5）远程控制中心根据接收的数据判断区段的环境信息和LED灯当前工作状态信息的变化是否超过门限值，若未超过门限值，则返回步骤（4），否则转入步骤（6）；

（6）远程控制中心根据区段的环境信息和LED灯当前工作状态信息获取区段中所有LED灯的新调光方案；

（7）远程控制中心将获取的新调光方案转发给汇聚模块；

（8）汇聚模块根据新调光方案中的区段编号信息进行路由，以将新调光方案转发给区段编号信息相应的分控制器；

（9）分控制器根据历史调光方案和接收的新调光方案，确定最终调光方案，并根据最终调光方案向功率控制模块下发控制命令；

（10）功率控制模块根据接收的控制命令对LED灯组进行电压和电流控制。

步骤（1）包括以下子步骤：

（1-1）温度传感器、电压传感器和电流传感器每隔10秒钟采集1次数据，连续采集1分钟，以获取信号均值；

（1-2）模数转换子模块将信号均值进行模拟数字转换，并上传给信息转发子模块；

（1-3）第一信息转发子模块将转换后的信号均值上传给感应采集模块；

（1-4）定时子模块设置自检定时器T1；

（1-5）定时子模块判断T1是否超时，若T1超时，则重新执行步骤（1-1）至步骤（1-4），否则转入步骤（1-6）；

（1-6）第一信息转发子模块判断是否收到感应采集模块下发的自检命令，若收到，则重新执行步骤（1-1）至步骤（1-4），否则转入步骤（1-5）。

步骤（2）包括以下子步骤：

（2-1）速度传感器、光电传感器和光照传感器分别采集所在区段的平均车速、车流量和环境亮度等环境信息；

（2-2）信息处理子模块将采集到的环境信息进行模数转换；

（2-3）信息处理子模块将转换后的环境信息和接收的LED灯当前工作状态信息一起封装成采集数据帧；

（2-4）第二信息转发子模块将采集数据帧上传给分控制器。

步骤（4）包括以下子步骤：

（4-1）通道选择子模块判断是否存在光纤通道且工作正常，若存在且工作正常，则第三信息转发子模块将采集数据帧直接透明传输给远程控制中心，过程结束，否则转入步骤（4-2）；

（4-2）通道选择子模块判断是否存在无线蜂窝网接口，若不存在，则第三信息转发子模块将采集数据帧缓存在本地，并等待无线蜂窝网恢复正常，否则转入步骤（4-3）；

（4-3）通道选择子模块判断是否已建立无线数据链路，若没有建立，则建立无线数据链路，否则转入步骤（4-4）；

（4-4）数据处理子模块根据无线蜂窝网的网络状态将接收的采集数据帧动态拆分成多个数据包；

（4-5）第三信息转发子模块将拆分后的数据包依次上传给远程控制中心，上传过程中若出现故障，先将数据包缓存在本地，再等链路恢复正常后续传。

步骤（6）是采用以下公式获取新调光方案：

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{Life}\left(P_i\right)=T(P_i,\mathrm{ExTem}{p}_i,\mathrm{InTem}{p}_i)\\ \frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Lum}\left(P_i\right)\≥\mathrm{MinLum}(V,\mathrm{EnvLum},\mathrm{Traffic})\\ \mathrm{Min}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i,{\mathrm{Max}}_1^N\mathrm{Life}\left(P_i\right)\end{array}\right.$

其中，第i个LED灯的寿命Life(P_i)是功耗P_i、外部温度ExTemp_i和内部温度InTemp_i的函数，LED灯组中N个LED灯的联合照明强度

必须达到平均车速V、车流量Traffic和环境亮度Envlum条件下保证安全驾驶的最小照度要求，该最小照度可通过测试获取，同时还需保证灯组寿命最大

和灯组总体功耗最小。

步骤（9）包括以下子步骤：

（9-1）调光方案存储子模块判断是否存在历史调光方案，若不存在，则第四信息转发子模块根据接收的新调光方案向功率控制模块下发控制命令，并将新调光方案保存为历史调光方案，过程结束，否则转入步骤（9-2）；

（9-2）调光方案选择子模块对历史调光方案和接收的新调光方案进行时间区段扩展；

（9-3）调光方案选择子模块比较扩展后相同时间区段内历史调光方案和新调光方案的调整值，判断二者的差值是否小于3个等级，若小于，则用新调光方案的调整值代替历史调光方案的调整值，并转入步骤（9-5），否则转入步骤（9-4）；

（9-4）调光方案选择子模块将历史调光方案的调整值向新调光方案的方向调整2个等级；

（9-5）调光方案选择子模块对历史调光方案进行时间区段合并，使得调整间隔大于半小时，并将被合并时间区段内调整值的均值作为新的调整值；

（9-6）第四信息转发子模块根据调整后的历史调光方案向功率控制模块下发控制命令。

通过本发明所构思的以上技术方案，本发明智能LED隧道灯无级调光控制方法具有以下的有益效果：

1、本方法采用自检模块和感应采集模块分别采集LED灯当前工作状态信息和隧道环境信息，可更好地满足照明需求，做到实时检测和控制；

2、本方法采用无级调光控制方式调整LED灯亮度，可保证隧道内亮度的均匀性以及各段之间亮度的平滑过渡，消除了可能的安全隐患；

3、本方法采用分控制器存储历史调光方案，可有效应对分控制器与远程控制中心之间的网络失效。

附图说明

图1是本发明智能LED隧道灯无级调光控制系统的示意图。

图2是本发明智能LED隧道灯无级调光控制方法的流程图。

图3是本发明方法中步骤（1）的细化流程图。

图4是本发明方法中步骤（2）的细化流程图。

图5是本发明采集数据帧的格式示意图。

图6是本发明方法中步骤（4）的细化流程图。

图7是本发明拆分所得数据包的格式示意图。

图8是本发明方法中步骤（9）的细化流程图。

图9是历史调光方案和新调光方案时间区段扩展的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明智能LED隧道灯无级调光控制系统包括远程控制中心1、汇聚模块2、多个分控制器3、多个感应采集模块4、多个功率控制模块5、多个供电模块6、多个LED灯组7和多个自检模块8。在本实施方其中，每个LED灯组7中LED灯的数量最多为128盏。分控制器3、感应采集模块4、功率控制模块5、供电模块6和LED灯组7的数量相同，并且每个LED灯对应有一个自检模块8。

远程控制中心1与汇聚模块2之间通过汇聚网络相连，汇聚模块2与分控制器3相连，分控制器3与感应采集模块4和功率控制模块5相连，感应采集模块4和功率控制模块5与LED灯组7之间通过RS-485总线相连，供电模块6与LED灯组7相连。在本实施方其中，汇聚网络为光纤网络或无线蜂窝网络。

自检模块8包括温度传感器81、电压传感器82、电流传感器83、模数转换子模块84、第一信息转发子模块85和定时子模块86。温度传感器81、电压传感器82和电流传感器83用于每隔10秒钟采集1次数据，连续采集1分钟，以获取信号均值。模数转换子模块84用于将信号均值进行模拟数字转换，并上传给第一信息转发子模块85。第一信息转发子模块85用于将转换后的信号均值上传给感应采集模块4。定时子模块86用于设置自检定时器，并用于判断自检定时器是否超时。第一信息转发子模块85还用于判断是否收到感应采集模块4下发的自检命令。

感应采集模块4包括速度传感器41、光电传感器42、光照传感器43、信息处理子模块44和第二信息转发子模块45。速度传感器41、光电传感器42和光照传感器43用于采集所在区段的平均车速、车流量和环境亮度等环境信息。信息处理子模块44用于将采集到的环境信息进行模数转换，并将转换后的环境信息和接收的LED灯当前工作状态信息一起封装成采集数据帧。第二信息转发子模块45用于将采集数据帧上传给分控制器3。

分控制器3用于将接收的采集数据帧直接透明传输给汇聚模块。

汇聚模块2包括通道选择子模块21、数据处理子模块22和第三信息转发子模块23。通道选择子模块21用于判断是否存在光纤通道且工作正常，若存在且工作正常，则第三信息转发子模块23将采集数据帧直接透明传输给远程控制中心1。通道选择子模块21还用于判断是否存在无线蜂窝网接口，若不存在，则第三信息转发子模块23将采集数据帧缓存在本地，并等待无线蜂窝网恢复正常。通道选择子模块21还用于判断是否已建立无线数据链路，若没有建立，则建立无线数据链路。数据处理子模块22用于根据无线蜂窝网的网络状态将接收的采集数据帧动态拆分成多个数据包。第三信息转发子模块23还用于将拆分后的数据包依次上传给远程控制中心1，上传过程中若出现故障，先将数据包缓存在本地，再等链路恢复正常后续传。

远程控制中心1用于根据接收的数据判断区段的环境信息和LED灯当前工作状态信息的变化是否超过门限值。远程控制中心1还用于根据区段的环境信息和LED灯当前工作状态信息获取区段中所有LED灯的新调光方案，并将获取的新调光方案转发给汇聚模块2。

汇聚模块2还用于根据新调光方案中的区段编号信息进行路由，以将新调光方案转发给区段编号信息相应的分控制器3。

分控制器3包括调光方案存储子模块31、调光方案选择子模块32和第四信息转发子模块33。调光方案存储子模块31用于判断是否存在历史调光方案，若不存在，则第四信息转发子模块33根据接收的新调光方案向功率控制模块5下发控制命令，并将新调光方案保存为历史调光方案。调光方案选择子模块32用于对历史调光方案和接收的新调光方案进行时间区段扩展，并比较扩展后相同时间区段内历史调光方案和新调光方案的调整值，进而判断二者的差值是否小于3个等级，若小于，则用新调光方案的调整值代替历史调光方案的调整值。调光方案选择子模块32还用于将历史调光方案的调整值向新调光方案的方向调整2个等级。调光方案选择子模块32还用于对历史调光方案进行时间区段合并，使得调整间隔大于半小时，并将被合并时间区段内调整值的均值作为新的调整值。第四信息转发子模块33还用于根据调整后的历史调光方案向功率控制模块5下发控制命令。

功率控制模块5用于根据接收的控制命令对LED灯组进行电压和电流控制。

供电模块6包括市电转换设备61、蓄电池62和电源转换装置63。正常情况下，使用市电给LED灯供电；紧急情况或突然停电时，使用蓄电池给LED灯供电。电源转换装置63用于将市电电压或蓄电池电压转化为适合LED灯照明的电压。

如图2所示，本发明智能LED隧道灯无级调光控制方法包括以下步骤：

（1）自检模块对LED灯当前工作状态信息进行采集，并将采集到的信息上传给感应采集模块。在本实施方其中，LED灯当前工作状态信息包括温度、电压和电流。具体而言，本步骤包括以下子步骤（如图3所示）：

（1-1）温度传感器、电压传感器和电流传感器每隔10秒钟采集1次数据，连续采集1分钟，以获取信号均值；

（1-2）模数转换子模块将信号均值进行模拟数字转换，并上传给第一信息转发子模块；

（1-3）第一信息转发子模块将转换后的信号均值上传给感应采集模块；

（1-4）定时子模块设置自检定时器T1；

（1-5）定时子模块判断T1是否超时，若T1超时，则重新执行步骤（1-1）至步骤（1-4），否则转入步骤（1-6）；

（1-6）第一信息转发子模块判断是否收到感应采集模块下发的自检命令，若收到，则重新执行步骤（1-1）至步骤（1-4），否则转入步骤（1-5）。

（2）感应采集模块对相应LED灯组所在区段的环境信息进行采集，并将采集到的环境信息和接收的LED灯当前工作状态信息一起封装成采集数据帧，上传给分控制器。在本实施方其中，环境信息包括平均车速、车流量和环境亮度；

具体而言，本步骤包括以下子步骤（如图4所示）：

（2-1）速度传感器、光电传感器和光照传感器分别采集所在区段的平均车速、车流量和环境亮度等环境信息；

（2-2）信息处理子模块将采集到的环境信息进行模数转换；

（2-3）信息处理子模块将转换后的环境信息和接收的LED灯当前工作状态信息一起封装成采集数据帧，采集数据帧的格式如图5所示；

在图5中，帧类型占1字节，此处帧类型为上报事件，可用二进制的00000000表示，其他帧类型还有警告事件（00000001）、命令事件（00000010）等；帧长度占2字节；时间戳占4字节；LED数量占1字节，由于RS-485总线控制能力有限，该字段最大只能为128；区段编号占1字节；平均车速占1字节，按四舍五入法取整，单位为km/h；车流量占2字节，单位为辆/h；环境亮度占2字节，精度为小数点后一位，且小于0.5按0.5计，大于0.5按1计，单位为cd/m2；可选项占3字节，为区段温度、区段湿度等其他环境信息；段内编号占1字节；LED照度占2字节，精度为小数点后一位，且小于0.5按0.5计，大于0.5按1计，单位为lm/m2；外部温度占1字节，单位为C；内部温度占1字节，单位为C。

（2-4）第二信息转发子模块将采集数据帧上传给分控制器。

（3）分控制器将接收的采集数据帧直接透明传输给汇聚模块；

（4）汇聚模块根据汇聚网络的类型对采集数据帧进行处理，并将处理后的数据上传给远程控制中心。在本实施方其中，汇聚网络为光纤网络或无线蜂窝网络；

具体而言，本步骤包括以下子步骤（如图6所示）：

（4-1）通道选择子模块判断是否存在光纤通道且工作正常，若存在且工作正常，则第三信息转发子模块将采集数据帧直接透明传输给远程控制中心，过程结束，否则转入步骤（4-2）；

（4-2）通道选择子模块判断是否存在无线蜂窝网接口，若不存在，则第三信息转发子模块将采集数据帧缓存在本地，并等待无线蜂窝网恢复正常，否则转入步骤（4-3）；

（4-3）通道选择子模块判断是否已建立无线数据链路，若没有建立，则建立无线数据链路，否则转入步骤（4-4）；

（4-4）数据处理子模块根据无线蜂窝网的网络状态将接收的采集数据帧动态拆分成多个数据包，数据包的格式如图7所示。

在图7中，数据包由包头和包内容两部分组成，包头进一步分为包类型、结束标识、包长度和包序号。包类型占1字节，指示该数据包的类型；结束标识占1字节，指示该数据包是否为拆分所得的最后一个数据包；包长度占2字节，指示包头和包内容的总长度，单位为字节；包序号占2字节，拆分所得的所有数据包拥有相同的包序号；包内容长度不定，为需要传输的数据。

（4-5）第三信息转发子模块将拆分后的数据包依次上传给远程控制中心，上传过程中若出现故障，先将数据包缓存在本地，再等链路恢复正常后续传。

（5）远程控制中心根据接收的数据判断区段的环境信息和LED灯当前工作状态信息的变化是否超过门限值，若未超过门限值，则返回步骤（4），否则转入步骤（6），在本实施方其中，门限值为30%；

（6）远程控制中心根据区段的环境信息和LED灯当前工作状态信息获取区段中所有LED灯的新调光方案；

具体而言，采用以下公式获取新调光方案：

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{Life}\left(P_i\right)=T(P_i,\mathrm{ExTem}{p}_i,\mathrm{InTem}{p}_i)\\ \frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Lum}\left(P_i\right)\≥\mathrm{MinLum}(V,\mathrm{EnvLum},\mathrm{Traffic})\\ \mathrm{Min}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i,{\mathrm{Max}}_1^N\mathrm{Life}\left(P_i\right)\end{array}\right.$

其中，第i个LED灯的寿命Life(P_i)是功耗P_i、外部温度ExTemp_i和内部温度InTemp_i的函数。LED灯组中N个LED灯的联合照明强度

必须达到平均车速V、车流量Traffic和环境亮度Envlum条件下保证安全驾驶的最小照度要求，该最小照度可通过测试获取。同时还需保证灯组寿命最大

和灯组总体功耗

最小。此处计算调光方案，不直接使用信号瞬时值，而使用一段时间的信号均值，这样可避免频繁调光。

（7）远程控制中心将获取的新调光方案转发给汇聚模块；

（8）汇聚模块根据新调光方案中的区段编号信息进行路由，以将新调光方案转发给区段编号信息相应的分控制器；

（9）分控制器根据历史调光方案和接收的新调光方案，确定最终调光方案，并根据最终调光方案向功率控制模块下发控制命令；

具体而言，本步骤包括以下子步骤（如图8所示）：

（9-1）调光方案存储子模块判断是否存在历史调光方案，若不存在，则第四信息转发子模块根据接收的新调光方案向功率控制模块下发控制命令，并将新调光方案保存为历史调光方案，过程结束，否则转入步骤（9-2）；

（9-2）调光方案选择子模块对历史调光方案和接收的新调光方案进行时间区段扩展，扩展过程如图9所示；

在图9中，新调光方案包括时间区段Pn1、Pn2和Pn3，历史调光方案包括时间区段Po1、Po2、Po3、Po4和Po5，以两者时间交集为界，可将新调光方案和历史调光方案划分为6个相同的时间区段P1、P2、P3、P4、P5和P6。

（9-3）调光方案选择子模块比较扩展后相同时间区段内历史调光方案和新调光方案的调整值，判断二者的差值是否小于3个等级，若小于，则用新调光方案的调整值代替历史调光方案的调整值，并转入步骤（9-5），否则转入步骤（9-4）；

（9-4）调光方案选择子模块将历史调光方案的调整值向新调光方案的方向调整2个等级；

（9-5）调光方案选择子模块对历史调光方案进行时间区段合并，使得调整间隔大于半小时，并将被合并时间区段内调整值的均值作为新的调整值；

（9-6）第四信息转发子模块根据调整后的历史调光方案向功率控制模块下发控制命令。

（10）功率控制模块根据接收的控制命令对LED灯组进行电压和电流控制。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种智能LED隧道灯无级调光控制系统，其特征在于，包括远程控制中心、汇聚模块、多个分控制器、多个感应采集模块、多个功率控制模块、多个供电模块、多个LED灯组和多个自检模块，远程控制中心与汇聚模块之间通过汇聚网络相连，汇聚模块与分控制器相连，分控制器与感应采集模块和功率控制模块相连，感应采集模块和功率控制模块与LED灯组之间通过RS-485总线相连，供电模块与LED灯组相连。

2.根据权利要求1所述的智能LED隧道灯无级调光控制系统，其特征在于，

每个LED灯组中LED灯的数量最多为128盏；

分控制器、感应采集模块、功率控制模块、供电模块和LED灯组的数量相同；

每个LED灯对应有一个自检模块；

汇聚网络为光纤网络或无线蜂窝网络。

3.根据权利要求1所述的智能LED隧道灯无级调光控制系统，其特征在于，

自检模块包括温度传感器、电压传感器、电流传感器、模数转换子模块、第一信息转发子模块和定时子模块；

温度传感器、电压传感器和电流传感器用于每隔秒钟采集次数据，连续采集分钟，以获取信号均值；

模数转换子模块用于将信号均值进行模拟数字转换，并上传给第一信息转发子模块；

第一信息转发子模块用于将转换后的信号均值上传给感应采集模块。定时子模块用于设置自检定时器，并用于判断自检定时器是否超时；

第一信息转发子模块还用于判断是否收到感应采集模块下发的自检命令。

4.根据权利要求1所述的智能LED隧道灯无级调光控制系统，其特征在于，

感应采集模块包括速度传感器、光电传感器、光照传感器、信息处理子模块和第二信息转发子模块；

速度传感器、光电传感器和光照传感器用于采集所在区段的平均车速、车流量和环境亮度等环境信息；

信息处理子模块用于将采集到的环境信息进行模数转换，并将转换后的环境信息和接收的LED灯当前工作状态信息一起封装成采集数据帧；

第二信息转发子模块用于将采集数据帧上传给分控制器；

分控制器用于将接收的采集数据帧直接透明传输给汇聚模块。

5.根据权利要求1所述的智能LED隧道灯无级调光控制系统，其特征在于，

汇聚模块包括通道选择子模块、数据处理子模块和第三信息转发子模块；

通道选择子模块用于判断是否存在光纤通道且工作正常，若存在且工作正常，则第三信息转发子模块将采集数据帧直接透明传输给远程控制中心；

通道选择子模块还用于判断是否存在无线蜂窝网接口，若不存在，则第三信息转发子模块将采集数据帧缓存在本地，并等待无线蜂窝网恢复正常；

通道选择子模块还用于判断是否已建立无线数据链路，若没有建立，则建立无线数据链路；

数据处理子模块用于根据无线蜂窝网的网络状态将接收的采集数据帧动态拆分成多个数据包；

第三信息转发子模块还用于将拆分后的数据包依次上传给远程控制中心，上传过程中若出现故障，先将数据包缓存在本地，再等链路恢复正常后续传；

远程控制中心用于根据接收的数据判断区段的环境信息和LED灯当前工作状态信息的变化是否超过门限值；

远程控制中心还用于根据区段的环境信息和LED灯当前工作状态信息获取区段中所有LED灯的新调光方案，并将获取的新调光方案转发给汇聚模块；

汇聚模块还用于根据新调光方案中的区段编号信息进行路由，以将新调光方案转发给区段编号信息相应的分控制器。

6.根据权利要求1所述的智能LED隧道灯无级调光控制系统，其特征在于，

分控制器包括调光方案存储子模块、调光方案选择子模块和第四信息转发子模块；

调光方案存储子模块用于判断是否存在历史调光方案，若不存在，则第四信息转发子模块根据接收的新调光方案向功率控制模块下发控制命令，并将新调光方案保存为历史调光方案；

调光方案选择子模块用于对历史调光方案和接收的新调光方案进行时间区段扩展，并比较扩展后相同时间区段内历史调光方案和新调光方案的调整值，进而判断二者的差值是否小于3个等级，若小于，则用新调光方案的调整值代替历史调光方案的调整值；

调光方案选择子模块还用于将历史调光方案的调整值向新调光方案的方向调整2个等级；

调光方案选择子模块还用于对历史调光方案进行时间区段合并，使得调整间隔大于半小时，并将被合并时间区段内调整值的均值作为新的调整值；

第四信息转发子模块还用于根据调整后的历史调光方案向功率控制模块下发控制命令；

功率控制模块用于根据接收的控制命令对LED灯组进行电压和电流控制；

供电模块包括市电转换设备、蓄电池和电源转换装置；

市电转换设备用于在正常情况下使用市电给LED灯供电；

蓄电池用于在紧急情况或突然停电时给LED灯供电；

电源转换装置用于将市电电压或蓄电池电压转化为适合LED灯照明的电压。

7.一种应用于如权利要求1-6所述智能LED隧道灯无级调光控制系统的智能LED隧道灯无级调光控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）自检模块对LED灯当前工作状态信息进行采集，并将采集到的信息上传给感应采集模块；

（2）感应采集模块对相应LED灯组所在区段的环境信息进行采集，并将采集到的环境信息和接收的LED灯当前工作状态信息一起封装成采集数据帧，上传给分控制器；

（3）分控制器将接收的采集数据帧直接透明传输给汇聚模块；

（4）汇聚模块根据汇聚网络的类型对采集数据帧进行处理，并将处理后的数据上传给远程控制中心；

（5）远程控制中心根据接收的数据判断区段的环境信息和LED灯当前工作状态信息的变化是否超过门限值，若未超过门限值，则返回步骤（4），否则转入步骤（6）；

（6）远程控制中心根据区段的环境信息和LED灯当前工作状态信息获取区段中所有LED灯的新调光方案；

（7）远程控制中心将获取的新调光方案转发给汇聚模块；

（8）汇聚模块根据新调光方案中的区段编号信息进行路由，以将新调光方案转发给区段编号信息相应的分控制器；

（9）分控制器根据历史调光方案和接收的新调光方案，确定最终调光方案，并根据最终调光方案向功率控制模块下发控制命令；

（10）功率控制模块根据接收的控制命令对LED灯组进行电压和电流控制。

8.根据权利要求7所述的智能LED隧道灯无级调光控制方法，其特征在于，步骤（1）包括以下子步骤：

（1-1）温度传感器、电压传感器和电流传感器每隔10秒钟采集1次数据，连续采集1分钟，以获取信号均值；

（1-2）模数转换子模块将信号均值进行模拟数字转换，并上传给信息转发子模块；

（1-3）第一信息转发子模块将转换后的信号均值上传给感应采集模块；

（1-4）定时子模块设置自检定时器T1；

（1-5）定时子模块判断T1是否超时，若T1超时，则重新执行步骤（1-1）至步骤（1-4），否则转入步骤（1-6）；

（1-6）第一信息转发子模块判断是否收到感应采集模块下发的自检命令，若收到，则重新执行步骤（1-1）至步骤（1-4），否则转入步骤（1-5）。

9.根据权利要求7所述的智能LED隧道灯无级调光控制方法，其特征在于，步骤（2）包括以下子步骤：

（2-1）速度传感器、光电传感器和光照传感器分别采集所在区段的平均车速、车流量和环境亮度等环境信息；

（2-2）信息处理子模块将采集到的环境信息进行模数转换；

（2-3）信息处理子模块将转换后的环境信息和接收的LED灯当前工作状态信息一起封装成采集数据帧；

（2-4）第二信息转发子模块将采集数据帧上传给分控制器。

10.根据权利要求7所述的智能LED隧道灯无级调光控制方法，其特征在于，步骤（4）包括以下子步骤：

（4-1）通道选择子模块判断是否存在光纤通道且工作正常，若存在且工作正常，则第三信息转发子模块将采集数据帧直接透明传输给远程控制中心，过程结束，否则转入步骤（4-2）；

（4-2）通道选择子模块判断是否存在无线蜂窝网接口，若不存在，则第三信息转发子模块将采集数据帧缓存在本地，并等待无线蜂窝网恢复正常，否则转入步骤（4-3）；

（4-3）通道选择子模块判断是否已建立无线数据链路，若没有建立，则建立无线数据链路，否则转入步骤（4-4）；

（4-4）数据处理子模块根据无线蜂窝网的网络状态将接收的采集数据帧动态拆分成多个数据包；

（4-5）第三信息转发子模块将拆分后的数据包依次上传给远程控制中心，上传过程中若出现故障，先将数据包缓存在本地，再等链路恢复正常后续传。

11.根据权利要求7所述的智能LED隧道灯无级调光控制方法，其特征在于，步骤（6）是采用以下公式获取新调光方案：

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{Life}\left(P_i\right)=T(P_i,\mathrm{ExTem}{p}_i,\mathrm{InTem}{p}_i)\\ \frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Lum}\left(P_i\right)\≥\mathrm{MinLum}(V,\mathrm{EnvLum},\mathrm{Traffic})\\ \mathrm{Min}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i,{\mathrm{Max}}_1^N\mathrm{Life}\left(P_i\right)\end{array}\right.$

其中，第i个LED灯的寿命Life(P_i)是功耗P_i、外部温度ExTemp_i和内部温度InTemp_i的函数，LED灯组中N个LED灯的联合照明强度

必须达到平均车速V、车流量Traffic和环境亮度Envlum条件下保证安全驾驶的最小照度要求，该最小照度可通过测试获取，同时还需保证灯组寿命最大

和灯组总体功耗

最小。

12.根据权利要求7所述的智能LED隧道灯无级调光控制方法，其特征在于，步骤（9）包括以下子步骤：

（9-1）调光方案存储子模块判断是否存在历史调光方案，若不存在，则第四信息转发子模块根据接收的新调光方案向功率控制模块下发控制命令，并将新调光方案保存为历史调光方案，过程结束，否则转入步骤（9-2）；

（9-2）调光方案选择子模块对历史调光方案和接收的新调光方案进行时间区段扩展；

（9-3）调光方案选择子模块比较扩展后相同时间区段内历史调光方案和新调光方案的调整值，判断二者的差值是否小于3个等级，若小于，则用新调光方案的调整值代替历史调光方案的调整值，并转入步骤（9-5），否则转入步骤（9-4）；

（9-4）调光方案选择子模块将历史调光方案的调整值向新调光方案的方向调整2个等级；

（9-5）调光方案选择子模块对历史调光方案进行时间区段合并，使得调整间隔大于半小时，并将被合并时间区段内调整值的均值作为新的调整值；

（9-6）第四信息转发子模块根据调整后的历史调光方案向功率控制模块下发控制命令。

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