CN103901876A - 一种基于多传感器信息融合的led路灯故障诊断系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布一种基于多传感器信息融合的LED路灯故障诊断系统和方法。本系统包括光强传感器、温度传感器、湿度传感器、气压传感器、电流传感器、单片机、存储器、GPRS模块、城市路灯检测中心。本方法是光强传感器等多种传感器采集路灯的工作状态数据；存储器用来存储路灯正常工作状态的数据；单片机将传感器采集的数据与存储器中路灯正常工作状态的数据，进行融合处理；GPRS模块接收单片机处理后的数据，并通过GPRS网络传递给城市路灯检测中心；城市路灯检测中心对接收到的路灯工作状态数据，再进行融合处理，并进行故障决策，采取相应的措施。该故障诊断系统，能够加强LED路灯故障检测时效性，对出现故障的路灯迅速做出安全检查，提高LED路灯的可靠性。

Description

一种基于多传感器信息融合的LED路灯故障诊断系统和方法

技术领域

本发明涉及一种LED路灯的智能装置，尤其涉及的是一种基于多传感器信息融合的LED路灯故障诊断系统和方法，对LED的工作状态进行实时检测，并对LED路灯的故障进行实时诊断，从而及时采取相关措施。

背景技术

LED是新型固态冷光源，其能效高、寿命长、结构简单、体积小、重量轻、响应速度快、抗震性能好以及光谱全彩等特点，使得它在各种场合得到了广泛的应用。尤其是在节能和环保方面，LED灯比起普通白炽灯和荧光灯具有明显的优势，是目前学术界、产业界和政府部门关注的研究热点。LED 光源高能效的特点，能够在照明节电上发挥巨大作用。半导体照明是目前国家重点扶持的新兴产业，而大功率LED是半导体照明的关键器件。而最终能否实现半导体照明，有赖于大功率LED光效和可靠性问题的解决。对LED可靠性的研究是提高其可靠性的前提与基础。 

目前，所使用的大功率LED路灯大部分采用的是简单的直接照明。它们都缺乏必要的智能装置，即使具备必要的智能装置，功能也比较单一。主要是通过单一的光强传感器，检测环境的光的强度，通过内部的自动控制装置，或者是通过远程遥控的方法，以实现LED路灯的自动开关。有的是通过调节LED路灯中电流的大小，在人少、车少的时候调节LED路灯的亮度，已达到节能的目的。在路灯的故障检测方面也比较被动，采用的是定期集中检查的方法。由于城市道路照明的重要性，假如路灯出现紧急故障，又没有及时地发现并采取相应的措施加以解决，这将有可能造成严重的事故。这些都无法有效地提高LED路灯可靠性。因为一个LED路灯出现故障损坏，本身就是最大的不可靠。同时对出现的故障又不能及时地加以排查解决，可靠性更加会大大降低。

发明内容

本发明针对上述技术中出现的一些问题，提供了一种基于多传感器信息融合的LED路灯故障诊断系统和方法。本系统能够实时检测LED路灯的工作状态，对路灯出现的故障，能够及时地排查并采取措施。这将会大大提高LED路灯的可靠性。

本发明还提供了一种基于多传感器信息融合的LED路灯故障诊断方法。使用该方法实现上述装置的功能，将会非常的简单、方便、可靠。

为实现上述的目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于多传感器信息融合的LED路灯故障诊断系统：包括光强传感器、温度传感器、湿度传感器、电流传感器、气压传感器、单片机处理器、存储器、GPRS模块、城市路灯检测中心。其中各个传感器均通过I/O接口与单片机处理器连接，存储器则通过地址总线和数据总线与单片机连接，GPRS模块的TXD0端口与单片机的TXD端口连接，通过接受单片机传送过来的融合数据，然后向外发送出去，城市路灯检测中心根据接收到的数据再进行相关的融合处理。

光强传感器选用的是数字光强传感器TSL2560，可直接将采集的光的强度数据转换成串行的数字信号，以供单片机处理。主要用来检测灯具光的强度大小。它用来判断LED灯的亮度是否满足路灯的照明需求。

温度传感器选用的是数字温度传感器DS18B20，可直接将采集的温度数据转换成串行的数字信号，以供单片机处理。主要用来检测灯具的温度大小。主要用来判断LED的工作温度是否超过了规定的数值。

湿度传感器选用的是数字湿度传感器HS1101LF，能够直接将采集的相对湿度数据转换成数字信号，供单片机处理。主要是用来检测灯具的相对湿度大小。因为湿度过大，这会对灯具的电气安全造成隐患。

气压传感器选用的是数字气压传感器BMP805，能够直接将采集的灯具气压数据转换成数字信号，供单片机处理。主要用来检测灯具腔体内部的气压大小。因为LED工作时，由于热量传递，灯具腔体内部温度升高，会造成与外部空气的压差，增加灯具内壁压力，加速灯具的老化。

电流传感器选用的是数字电流传感器T50213(CST013-01),可直接将测量的电流数据转换成数字信号，以供单片机处理。主要用来检测灯具内部电流的大小。由于电网的负载作用和雷击的感应，从电网系统中会产生浪涌电流。该浪涌电流会造成LED的损坏。当产生浪涌电流时产生，判断是否采取相关措施。

存储器采用的是W29C040。存储器中存储的是LED路灯正常工作时的状态数据。

单片机处理器选用的是单片机MCS-51。单片机将多种传感器所检测到的数据与存储器中存储的数据，进行融合处理。

GPRS模块采用的是西门子公司的MC55。GPRS模块将接收到的微处理器融合处理后的数据，通过GPRS网络传递给城市的路灯检测中心。

城市路灯检测中心对接收到的工作状态数据，再进行融合处理，并进行相应的决策分析，并判断是否出现故障以采取措施。

一种基于多传感器信息融合的LED路灯故障诊断方法，采用上述系统进行操作，其特征在于，操作步骤如下：

步骤一、在检测路灯的故障时，首先由安装在LED路灯腔体内各种传感器，采集LED工作状态的数据。

步骤二、传感器将采集的信息数据，如温度T、相对湿度RH、腔体内气压P、发光强度I、电路中电流I。经过A/D转换，生成数字信号输出，从而完成初步的数据信息处理。

步骤三、单片机将接收到的数据进行特征大小的提取，再通过读取存储器中的数据，把这些特征数据进行融合处理。

步骤四、GPRS模块再将这些数据，通过GPRS网络传递给城市路灯检测中心；城市路灯检测中心将接收到的数据与已有的对策知识库进行融合，并进行态势评估，判断LED是否出现故障；如果出现LED的温度太高、腔体内湿度大等情况，则进行决策制定，采取相应的措施，以达到排除故障的目的；否则不采取措施。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著技术进步：通过融合来自不同传感器的信息，增强LED路灯的故障检测性能。同时由于采用多传感器同时检测，使得一个传感器探测的结果可以通过其他传感器加以确认，提高检测信息的可靠度。这套故障诊断系统提高了检测数据的精度，降低了检测数据的不确定性和模糊性，并且使得整个路灯检测系统具有更好的态势感知和推理能力，极大地增强路灯检测系统的鲁棒性和可靠性。

附图说明

图1：LED路灯故障诊断系统的结构框图；

图2：LED路灯故障诊断方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和优选实施例对本发明作进一步说明。

实施例一：参见图1，本基于多传感器信息融合的LED路灯故障诊断系统。它包括光强传感器、温度传感器、湿度传感器、气压传感器、电流传感器、单片机处理器、存储器、GPRS模块和城市路灯检测中心，其特征在于：各个传感器均通过I/O接口与单片机处理器连接，存储器则通过地址总线和数据总线与单片机连接，GPRS模块的TXD0端口与单片机的TXD端口连接，通过接受单片机传送过来的融合数据，然后向外发送出去，城市路灯检测中心根据接收到的数据再进行相关的融合处理。

实施例二：本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：所述光强传感器选用的是数字光强传感器TSL2560，可直接将采集的光的强度数据转换成串行的数字信号，以供单片机处理，主要用来检测灯具光的强度大小。所述的温度传感器选用的是数字温度传感器DS18B20，可直接将采集的温度数据转换成串行的数字信号，以供单片机处理，主要用来检测灯具的温度大小。所述的湿度传感器选用的是数字湿度传感器HS1101LF，能够直接将采集的相对湿度数据转换成数字信号，供单片机处理，主要是用来检测灯具的湿度大小。所述的气压传感器选用的是数字气压传感器BMP805，能够直接将采集的灯具腔内气压数据转换成数字信号，供单片机处理，主要用来检测灯具腔体内部的气压大小。所述的电流传感器选用的是数字电流传感器T50213(CST013-01)，可直接将测量的电流数据转换成数字信号，以供单片机处理，主要用来检测灯具内部电流的大小。所述的存储器采用的是W29C040，存储器中存储的是LED路灯正常工作时的状态数据。所述的单片机处理器选用的是单片机MCS-51，单片机将多种传感器所检测到的数据与存储器中存储的数据，进行融合处理。所述的GPRS模块采用的是西门子公司的MC55，GPRS模块将接收到的微处理器融合处理后的数据，通过GPRS网络传递给城市的路灯检测中心。所述城市路灯检测中心对接收到的工作状态数据，再进行融合处理，并进行相应的决策分析，判断是否出现故障以采取措施。

实施例三：参见图2，本基于多传感器信息融合的LED路灯故障诊断方法，采用根据权利要求1所述的基于多传感器信息融合的LED路灯故障诊断系统进行操作，操作步骤如下：

1)        多传感器采集数据：在检测路灯的故障时，首先由安装在LED路灯腔体内各种传感器，采集LED工作状态的数据；

2)        数据信息处理：由于采用的传感器是数字传感器，自身就具有A/D转换功能。传感器将采集的信息数据，如温度T、相对湿度RH、腔体内气压P、发光强度I、电路中电流I。经过A/D转换，生成数字信号输出，从而完成初步的数据信息处理。

3)        信息特征提取，特征信息的融合：单片机将接收到的数据进行特征大小的提取，再通过读取存储器中的数据，把这些特征数据进行融合处理；

4)        信息的态势评估：GPRS模块再将这些数据，通过GPRS网络传递给城市路灯检测中心；城市路灯检测中心将接收到的数据与已有的对策知识库进行融合，进行态势评估，判断LED是否出现故障；如果出现LED的温度太高、腔体内湿度大等情况，则进行决策制定，采取相应的措施，以达到排除故障的目的；否则不采取措施。

实施例四：图1所示的是基于多传感器信息融合的LED路灯故障诊断系统的结构框图。所示的故障诊断系统主要包括光强传感器、温度传感器、湿度传感器、电流传感器、气压传感器、单片机处理器、存储器、GPRS模块、城市路灯检测中心。如图所示安装在LED路灯中的光强传感器用于检测LED的发光强度，温度传感器用于检测灯具的温度，湿度传感器用于检测灯具腔体的湿度，气压传感器用于检测灯具腔体的气压。这些传感器检测路灯的各种工作状态数据，并直接转换成数字信号输出，传递给单片机处理。存储器用来存储路灯正常工作时的状态数据。单片机主要用来对多传感器采集的信息与存储器中的数据进行融合处理。紧接着把融合处理后的数据发送给GPRS模块，GPRS模块通过GPRS网络传递给城市路灯检测中心。城市路灯检测中心对路灯发送过来的融合数据，与已有的对策知识库再进行融合处理，并进行态势评估，判断LED是否出现故障。如果LED出现故障，则采取相应的措施，达到排除故障的目的。

实施例五：图2所示的是基于多传感器信息融合的LED路灯故障诊断方法的流程图。

1)        在检测路灯的故障时，首先由安装在LED路灯腔体内各种传感器，采集LED工作状态的数据。

2)        由于采用的传感器是数字传感器，自身就具有A/D转换功能。传感器将采集的信息数据，如温度T、相对湿度RH、腔体内气压P、发光强度I、电路中电流I。经过A/D转换，生成数字信号输出，从而完成初步的数据信息处理。

3)        单片机将接收到的数据进行特征大小的提取，再通过读取存储器中的数据，把这些特征数据进行融合处理，然后将这些数据传递给GPRS模块。

4)        GPRS模块再将这些数据，通过GPRS网络传递给城市路灯检测中心；城市路灯检测中心将接收到的数据与已有的对策知识库融合，并进行态势评估，判断LED是否出现故障。如果出现LED的温度太高、腔体内湿度大等情况，则进行决策制定，采取相应的措施，以达到排除故障的目的。例如直接把这个节点的路灯关闭，以防止温度过高造成LED路灯损坏，或者派遣工作人员到路灯的现场，更换相关的设备；否则不采取措施。 

Claims (11)

1.一种基于多传感器信息融合的LED路灯故障诊断系统；它包括光强传感器、温度传感器、湿度传感器、气压传感器、电流传感器、单片机处理器、存储器、GPRS模块和城市路灯检测中心，其特征在于：各个传感器均通过I/O接口与单片机处理器连接，存储器则通过地址总线和数据总线与单片机连接，GPRS模块的TXD0端口与单片机的TXD端口连接，通过接受单片机传送过来的融合数据，然后向外发送出去，城市路灯检测中心根据接收到的数据再进行相关的融合处理。

2.如权利要求1所述的基于多传感器信息融合的LED路灯故障诊断系统，其特征在于：所述的光强传感器选用的是数字光强传感器TSL2560，可直接将采集的光的强度数据转换成串行的数字信号，以供单片机处理，主要用来检测灯具光的强度大小。

3.如权利要求1所述的基于多传感器信息融合的LED路灯故障诊断系统，其特征在于：所述的温度传感器选用的是数字温度传感器DS18B20，可直接将采集的温度数据转换成串行的数字信号，以供单片机处理，主要用来检测灯具的温度大小。

4.如权利要求1所述的基于多传感器信息融合的LED路灯故障诊断系统，其特征在于：所述的湿度传感器选用的是数字湿度传感器HS1101LF，能够直接将采集的相对湿度数据转换成数字信号，供单片机处理，主要是用来检测灯具的湿度大小。

5.如权利要求1所述的基于多传感器信息融合的LED路灯故障诊断系统，其特征在于：所述的气压传感器选用的是数字气压传感器BMP805，能够直接将采集的灯具腔内气压数据转换成数字信号，供单片机处理，主要用来检测灯具腔体内部的气压大小。

6.如权利要求1所述的基于多传感器信息融合的LED路灯故障诊断系统，其特征在于：所述的电流传感器选用的是数字电流传感器T50213(CST013-01)，可直接将测量的电流数据转换成数字信号，以供单片机处理，主要用来检测灯具内部电流的大小。

7.如权利要求1所述的基于多传感器信息融合的LED路灯故障诊断系统，其特征在于：所述的存储器采用的是W29C040，存储器中存储的是LED路灯正常工作时的状态数据。

8.如权利要求1所述的基于多传感器信息融合的LED路灯故障诊断系统，其特征在于：所述的单片机处理器选用的是单片机MCS-51，单片机将多种传感器所检测到的数据与存储器中存储的数据，进行融合处理。

9.如权利要求1所述的基于多传感器信息融合的LED路灯故障诊断系统，其特征在于：所述的GPRS模块采用的是西门子公司的MC55，GPRS模块将接收到的微处理器融合处理后的数据，通过GPRS网络传递给城市的路灯检测中心。

10.如权利要求1所述的基于多传感器信息融合的LED路灯故障诊断系统，其特征在于：所述城市路灯检测中心对接收到的工作状态数据，再进行融合处理，并进行相应的决策分析，判断是否出现故障以采取措施。

11.一种基于多传感器信息融合的LED路灯故障诊断方法，采用根据权利要求1所述的基于多传感器信息融合的LED路灯故障诊断系统进行操作，操作步骤如下：

1)        多传感器采集数据：在检测路灯的故障时，首先由安装在LED路灯腔体内各种传感器，采集LED工作状态的数据；

2)        数据信息处理：由于采用的传感器是数字传感器，自身就具有A/D转换功能；传感器将采集的信息数据，如温度T、相对湿度RH、腔体内气压P、发光强度I、电路中电流I；经过A/D转换，生成数字信号输出，从而完成初步的数据信息处理；

3)        信息特征提取，特征信息的融合：单片机将接收到的数据进行特征大小的提取，再通过读取存储器中的数据，把这些特征数据进行融合处理；

4)        信息的态势评估：GPRS模块再将这些数据，通过GPRS网络传递给城市路灯检测中心；城市路灯检测中心将接收到的数据与已有的对策知识库进行融合，进行态势评估，判断LED是否出现故障；如果出现LED的温度太高、腔体内湿度大等情况，则进行决策制定，采取相应的措施，以达到排除故障的目的；否则不采取措施。

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