CN105509010A - 一种led路灯自适应控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LED路灯自适应控制柜，包括柜体、悬挂式结构、控制柜通信设备、MSP430单片机和CMOS视觉传感器，悬挂式结构用于悬挂柜体，控制柜通信设备、MSP430单片机和CMOS视觉传感器都设置在控制柜主体上，MSP430单片机和CMOS视觉传感器用于确定交通路口的行人数量，控制柜通信设备用于基于交通路口的行人数量确定交通路口地址附近LED路灯的控制策略。通过本发明，能够拓展交通路口位置的控制柜的功能，实现对附近LED路灯开启密度的自适应控制。

Description

一种LED路灯自适应控制方法

技术领域

本发明涉及控制柜领域，尤其涉及一种LED路灯自适应控制方法。

背景技术

现有技术中的路灯开启和关闭控制都是统一进行，在夜幕降临时，同时打开所有路灯，在天亮时同时关闭所有路灯，这样的开关方式很难控制总体的路灯能耗。一些城市的市政管理部门通过对路灯进行更新换代，例如采用LED路灯替换现有的老式路灯，这样的替换方式虽然在一定程度上降低了总体能耗，然而由于路灯的数量没有减少，开启关闭方式没有改变，总体减少的能耗毕竟有限。

因此，需要一种新的LED路灯开关控制方案，能够在各个交通路口处建立数据采集平台，对交通路口的实时人流数量进行准确采集，并基于实时人流数量为附近LED路灯的开关控制提供参考，从而降低LED路灯总体能耗，提高整个城市的智能化水准。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种LED路灯自适应控制柜，利用现有的交通路口控制柜的硬件资源，能够采用有效的路灯开启关闭控制方式，对于路灯数量相对较多的交通路口，实现基于实时行人数量的自适应路灯开启关闭控制，从而在保证交通路口夜间照明效果的同时，大量减少城市LED路灯的总体耗电量。

根据本发明的一方面，提供了一种LED路灯自适应控制柜，所述控制柜包括柜体、悬挂式结构、控制柜通信设备、MSP430单片机和CMOS视觉传感器，悬挂式结构用于悬挂柜体，控制柜通信设备、MSP430单片机和CMOS视觉传感器都设置在控制柜主体上，MSP430单片机和CMOS视觉传感器用于确定交通路口的行人数量，控制柜通信设备用于基于交通路口的行人数量确定交通路口地址附近LED路灯的控制策略。

更具体地，在所述LED路灯自适应控制柜中，包括：控制柜主体，包括柜体和悬挂式结构；柜体采用厚度为1.5毫米的冷轧钢板并具有加筋板和肋板；悬挂式结构包括悬挂安装支承、悬挂槽钢、垫块、垫片和方头螺钉，悬挂安装支承为凹槽型钢结构，倒扣在柜体顶壁上，垫块位于悬挂安装支承和柜体顶壁之间，悬挂槽钢为一侧立式U型钢结构，位于悬挂安装支承上方，由上部钢条、下部钢条和纵向钢条组成，方头螺钉用于连接悬挂安装支承和悬挂槽钢的下部钢条，垫片位于悬挂安装支承和悬挂槽钢的下部钢条之间，悬挂槽钢的上部钢条固定在悬挂平台上以实现对柜体的悬挂式安装；亮度传感器，嵌入在柜体外表面上，用于检测环境亮度，根据环境亮度确定并输出对应的环境亮度等级；CMOS视觉传感器，嵌入在柜体外表面上，用于对交通路口进行拍摄，以获得高清路口图像，高清路口图像的分辨率为3840×2160；移动硬盘，设置在柜体内，用于预先存储多个基准亮度路口图像，每一个基准亮度路口图像对应一个环境亮度等级，每一个基准亮度路口图像为在对应环境亮度等级下CMOS视觉传感器对交通路口在无任何行人状态下进行预先拍摄所获得的图像，移动硬盘还用于预先存储交通路口地址、预设差值阈值、纵横比范围和对称度范围，纵横比范围为对多个基准行人图像进行纵横比计算后统计的范围，对称度范围为对多个基准行人图像进行对称度计算后统计的范围；背景选择设备，设置在柜体内，与亮度传感器和移动硬盘分别连接，基于当前时刻亮度传感器输出的环境亮度等级在移动硬盘中寻找对应的基准亮度路口图像并作为目标背景图像输出；背景复杂度检测设备，设置在柜体内，与CMOS视觉传感器连接，用于接收高清路口图像，并计算高清路口图像中像素颜色变化的剧烈程度以作为背景复杂度输出；运动区域检测设备，设置在柜体内，与CMOS视觉传感器、移动硬盘、背景选择设备和背景复杂度检测设备分别连接，基于背景复杂度确定第一权重值和第二权重值，第一权重值和第二权重值之和为1，背景复杂度越大，第一权重值越小，第二权重值越大，通过CMOS视觉传感器接收当前时刻的高清路口图像和当前时刻下一秒的高清路口图像，分别作为第一高清路口图像和第二高清路口图像，将第一高清路口图像的每一个像素的灰度值减去第二高清路口图像中对应位置的像素的灰度值并取绝对值以获得第一绝对值，将第一高清路口图像的每一个像素的灰度值减去目标背景图像中对应位置的像素的灰度值并取绝对值以获得第二绝对值，第一权重值与第一绝对值相乘以获得第一乘积，第二权重值与第二绝对值相乘以获得第二乘积，当第一乘积与第二乘积都是非零且第一乘积与第二乘积之间的差值的绝对值小于预设差值阈值时，第一高清路口图像的对应像素被确定为运动像素，否则，第一高清路口图像的对应像素被确定为静止像素，将第一高清路口图像中所有运动像素组成的图像作为运动图像输出，运动图像由一个或多个运动区域组成；图像形态学处理设备，设置在柜体内，与运动区域检测设备连接，用于接收运动图像，并对每一个运动区域进行去噪处理以获得去噪子图像，填补去噪子图像内部空洞并连接去噪子图像内的断点以获得整形子图像，输出一个或多个整形子图像；特征提取设备，设置在柜体内，与图像形态学处理设备连接，提取每一个整形子图像的横向最大像素数量和纵向最大像素数量，将纵向最大像素数量除以横向最大像素数量以获得纵横比，并计算每一个整形子图像的对称度；MSP430单片机，设置在柜体内，与特征提取设备和移动硬盘分别连接，将每一个整形子图像的纵横比和对称度分别与纵横比范围和对称度范围进行比较，当整形子图像的纵横比落在纵横比范围内且对称度落在对称度范围时，对应的整形子图像被确定为行人子图像，计算行人子图像的个数并作为行人数量输出；控制柜通信设备，嵌入在柜体外表面上，与MSP430单片机和移动硬盘分别连接，接收行人数量和交通路口地址，基于行人数量确定交通路口地址附近路灯的开启密度，行人数量越多，交通路口地址附近路灯的开启密度越小，并基于交通路口地址将确定的开启密度通过无线通信链路发送给交通路口地址附近的每一个LED路灯；其中，交通路口地址附近的每一个LED路灯接收开启密度，并根据开启密度确定自身的开启状态。

更具体地，在所述LED路灯自适应控制柜中：控制柜通信设备包括微控制器和GPRS通信接口。

更具体地，在所述LED路灯自适应控制柜中：微控制器与MSP430单片机和移动硬盘分别连接，接收行人数量和交通路口地址，基于行人数量确定交通路口地址附近路灯的开启密度。

更具体地，在所述LED路灯自适应控制柜中：GPRS通信接口与微控制器连接，用于基于交通路口地址将确定的开启密度通过无线通信链路发送给交通路口地址附近的每一个LED路灯。

更具体地，在所述LED路灯自适应控制柜中：替换地，采用MSP430单片机内置存储器替换移动硬盘。

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

图1为根据本发明实施方案示出的LED路灯自适应控制柜的结构方框图。

附图标记：1柜体；2悬挂式结构；3控制柜通信设备；4MSP430单片机；5CMOS视觉传感器

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的LED路灯自适应控制柜的实施方案进行详细说明。

由于每一个城市的路灯数量众多，整体耗电量巨大，尤其在每一个交通路口处的路灯分布数量最多。现有技术中缺少基于实时行人数量对附近路灯进行开启关闭控制的技术方案，所用的开启关闭控制模式过于固定，智能化水平不高。这样容易导致无行人时，过多LED路灯仍旧按固定模式照明，造成城市LED路灯资源的浪费。

为了对交通路口处的LED路灯的开关进行控制，需要引入相应的控制硬件，这样的硬件设备一般希望设置在现场，以保证数据的实时性和准确性，然而对于各个交通路口来说，公共设备本身就不少，以及除了行人、车辆通行空间之外，剩余的空间非常有限，在每一个交通路口处新增一套数据采集以及数据通信设备，不太现实。

为了克服上述不足，本发明搭建了一种LED路灯自适应控制柜，利用现有的交通路口的控制柜，对其进行改造以增加现场数据采集设备和现场数据通信设备，及时为附近各个LED路灯提供即时的开关服务，避免出现城市LED路灯资源浪费的情况发生。

图1为根据本发明实施方案示出的LED路灯自适应控制柜的结构方框图，所述控制柜包括柜体、悬挂式结构、控制柜通信设备、MSP430单片机和CMOS视觉传感器，悬挂式结构用于悬挂柜体，控制柜通信设备、MSP430单片机和CMOS视觉传感器都设置在控制柜主体上，MSP430单片机和CMOS视觉传感器用于确定交通路口的行人数量，控制柜通信设备用于基于交通路口的行人数量确定交通路口地址附近LED路灯的控制策略。

接着，继续对本发明的LED路灯自适应控制柜的具体结构进行进一步的说明。

所述控制柜包括：控制柜主体，包括柜体和悬挂式结构；柜体采用厚度为1.5毫米的冷轧钢板并具有加筋板和肋板；悬挂式结构包括悬挂安装支承、悬挂槽钢、垫块、垫片和方头螺钉，悬挂安装支承为凹槽型钢结构，倒扣在柜体顶壁上，垫块位于悬挂安装支承和柜体顶壁之间，悬挂槽钢为一侧立式U型钢结构，位于悬挂安装支承上方，由上部钢条、下部钢条和纵向钢条组成，方头螺钉用于连接悬挂安装支承和悬挂槽钢的下部钢条，垫片位于悬挂安装支承和悬挂槽钢的下部钢条之间，悬挂槽钢的上部钢条固定在悬挂平台上以实现对柜体的悬挂式安装。

所述控制柜包括：亮度传感器，嵌入在柜体外表面上，用于检测环境亮度，根据环境亮度确定并输出对应的环境亮度等级；CMOS视觉传感器，嵌入在柜体外表面上，用于对交通路口进行拍摄，以获得高清路口图像，高清路口图像的分辨率为3840×2160。

所述控制柜包括：移动硬盘，设置在柜体内，用于预先存储多个基准亮度路口图像，每一个基准亮度路口图像对应一个环境亮度等级，每一个基准亮度路口图像为在对应环境亮度等级下CMOS视觉传感器对交通路口在无任何行人状态下进行预先拍摄所获得的图像，移动硬盘还用于预先存储交通路口地址、预设差值阈值、纵横比范围和对称度范围，纵横比范围为对多个基准行人图像进行纵横比计算后统计的范围，对称度范围为对多个基准行人图像进行对称度计算后统计的范围。

所述控制柜包括：背景选择设备，设置在柜体内，与亮度传感器和移动硬盘分别连接，基于当前时刻亮度传感器输出的环境亮度等级在移动硬盘中寻找对应的基准亮度路口图像并作为目标背景图像输出；背景复杂度检测设备，设置在柜体内，与CMOS视觉传感器连接，用于接收高清路口图像，并计算高清路口图像中像素颜色变化的剧烈程度以作为背景复杂度输出。

所述控制柜包括：运动区域检测设备，设置在柜体内，与CMOS视觉传感器、移动硬盘、背景选择设备和背景复杂度检测设备分别连接，基于背景复杂度确定第一权重值和第二权重值，第一权重值和第二权重值之和为1，背景复杂度越大，第一权重值越小，第二权重值越大，通过CMOS视觉传感器接收当前时刻的高清路口图像和当前时刻下一秒的高清路口图像，分别作为第一高清路口图像和第二高清路口图像，将第一高清路口图像的每一个像素的灰度值减去第二高清路口图像中对应位置的像素的灰度值并取绝对值以获得第一绝对值，将第一高清路口图像的每一个像素的灰度值减去目标背景图像中对应位置的像素的灰度值并取绝对值以获得第二绝对值，第一权重值与第一绝对值相乘以获得第一乘积，第二权重值与第二绝对值相乘以获得第二乘积，当第一乘积与第二乘积都是非零且第一乘积与第二乘积之间的差值的绝对值小于预设差值阈值时，第一高清路口图像的对应像素被确定为运动像素，否则，第一高清路口图像的对应像素被确定为静止像素，将第一高清路口图像中所有运动像素组成的图像作为运动图像输出，运动图像由一个或多个运动区域组成。

所述控制柜包括：图像形态学处理设备，设置在柜体内，与运动区域检测设备连接，用于接收运动图像，并对每一个运动区域进行去噪处理以获得去噪子图像，填补去噪子图像内部空洞并连接去噪子图像内的断点以获得整形子图像，输出一个或多个整形子图像。

所述控制柜包括：特征提取设备，设置在柜体内，与图像形态学处理设备连接，提取每一个整形子图像的横向最大像素数量和纵向最大像素数量，将纵向最大像素数量除以横向最大像素数量以获得纵横比，并计算每一个整形子图像的对称度。

所述控制柜包括：MSP430单片机，设置在柜体内，与特征提取设备和移动硬盘分别连接，将每一个整形子图像的纵横比和对称度分别与纵横比范围和对称度范围进行比较，当整形子图像的纵横比落在纵横比范围内且对称度落在对称度范围时，对应的整形子图像被确定为行人子图像，计算行人子图像的个数并作为行人数量输出。

所述控制柜包括：控制柜通信设备，嵌入在柜体外表面上，与MSP430单片机和移动硬盘分别连接，接收行人数量和交通路口地址，基于行人数量确定交通路口地址附近路灯的开启密度，行人数量越多，交通路口地址附近路灯的开启密度越小，并基于交通路口地址将确定的开启密度通过无线通信链路发送给交通路口地址附近的每一个LED路灯；其中，交通路口地址附近的每一个LED路灯接收开启密度，并根据开启密度确定自身的开启状态。

可选地，在所述控制柜中：控制柜通信设备包括微控制器和GPRS通信接口；微控制器与MSP430单片机和移动硬盘分别连接，接收行人数量和交通路口地址，基于行人数量确定交通路口地址附近路灯的开启密度；GPRS通信接口与微控制器连接，用于基于交通路口地址将确定的开启密度通过无线通信链路发送给交通路口地址附近的每一个LED路灯；以及可替换地，采用MSP430单片机内置存储器替换移动硬盘。

另外，CMOS(ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor)，中文学名为互补金属氧化物半导体，他本是计算机系统内一种重要的芯片，保存了系统引导最基本的资料。CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别，主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带N(带-电)和P(带+电)级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。后来发现CMOS经过加工也可以作为数码摄影中的图像传感器。

对于独立于电网的便携式应用而言，以低功耗特性而著称的CMOS技术具有一个明显的优势：CMOS图像传感器是针对5V和3.3V电源电压而设计的。而CCD芯片则需要大约12V的电源电压，因此不得不采用一个电压转换器，从而导致功耗增加。在总功耗方面，把控制和系统功能集成到CMOS传感器中将带来另一个好处：他去除了与其他半导体元件的所有外部连接线。其高功耗的驱动器如今已遭弃用，这是因为在芯片内部进行通信所消耗的能量要比通过PCB或衬底的外部实现方式低得多。

CMOS传感器也可细分为被动式像素传感器(PassivePixelSensorCMOS)与主动式像素传感器(ActivePixelSensorCMOS)。

被动式像素传感器(PassivePixelSensor，简称PPS)，又叫无源式像素传感器，他由一个反向偏置的光敏二极管和一个开关管构成。光敏二极管本质上是一个由P型半导体和N型半导体组成的PN结，他可等效为一个反向偏置的二极管和一个MOS电容并联。当开关管开启时，光敏二极管与垂直的列线(Columnbus)连通。位于列线末端的电荷积分放大器读出电路(Chargeintegratingamplifier)保持列线电压为一常数，当光敏二极管存贮的信号电荷被读出时，其电压被复位到列线电压水平，与此同时，与光信号成正比的电荷由电荷积分放大器转换为电荷输出。

主动式像素传感器(ActivePixelSensor，简称APS)，又叫有源式像素传感器。几乎在CMOSPPS像素结构发明的同时，人们很快认识到在像素内引入缓冲器或放大器可以改善像素的性能，在CMOSAPS中每一像素内都有自己的放大器。集成在表面的放大晶体管减少了像素元件的有效表面积，降低了“封装密度”，使40％～50％的入射光被反射。这种传感器的另一个问题是，如何使传感器的多通道放大器之间有较好的匹配，这可以通过降低残余水平的固定图形噪声较好地实现。由于CMOSAPS像素内的每个放大器仅在此读出期间被激发，所以CMOSAPS的功耗比CCD图像传感器的还小。

采用本发明的LED路灯自适应控制柜，针对现有技术无法为交通路口附近LED路灯提供智能化开启控制服务的技术问题，通过改造现有的交通路口的控制柜，将其作为数据采集和数据通信控制平台，为交通路口附近的LED路灯提供智能化的自适应开启关闭服务，从而有效利用现有的LED路灯资源，避免在无人情况下过多LED路灯照明的情况发生。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种LED路灯自适应控制方法，该方法包括：提供一种LED路灯自适应控制柜，所述控制柜包括柜体、悬挂式结构、控制柜通信设备、MSP430单片机和CMOS视觉传感器，悬挂式结构用于悬挂柜体，控制柜通信设备、MSP430单片机和CMOS视觉传感器都设置在控制柜主体上，MSP430单片机和CMOS视觉传感器用于确定交通路口的行人数量，控制柜通信设备用于基于交通路口的行人数量确定交通路口地址附近LED路灯的控制策略；使用所述控制柜。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制柜包括：

控制柜主体，包括柜体和悬挂式结构；

柜体采用厚度为1.5毫米的冷轧钢板并具有加筋板和肋板；

悬挂式结构包括悬挂安装支承、悬挂槽钢、垫块、垫片和方头螺钉，悬挂安装支承为凹槽型钢结构，倒扣在柜体顶壁上，垫块位于悬挂安装支承和柜体顶壁之间，悬挂槽钢为一侧立式U型钢结构，位于悬挂安装支承上方，由上部钢条、下部钢条和纵向钢条组成，方头螺钉用于连接悬挂安装支承和悬挂槽钢的下部钢条，垫片位于悬挂安装支承和悬挂槽钢的下部钢条之间，悬挂槽钢的上部钢条固定在悬挂平台上以实现对柜体的悬挂式安装；

亮度传感器，嵌入在柜体外表面上，用于检测环境亮度，根据环境亮度确定并输出对应的环境亮度等级；

CMOS视觉传感器，嵌入在柜体外表面上，用于对交通路口进行拍摄，以获得高清路口图像，高清路口图像的分辨率为3840×2160；

移动硬盘，设置在柜体内，用于预先存储多个基准亮度路口图像，每一个基准亮度路口图像对应一个环境亮度等级，每一个基准亮度路口图像为在对应环境亮度等级下CMOS视觉传感器对交通路口在无任何行人状态下进行预先拍摄所获得的图像，移动硬盘还用于预先存储交通路口地址、预设差值阈值、纵横比范围和对称度范围，纵横比范围为对多个基准行人图像进行纵横比计算后统计的范围，对称度范围为对多个基准行人图像进行对称度计算后统计的范围；

背景选择设备，设置在柜体内，与亮度传感器和移动硬盘分别连接，基于当前时刻亮度传感器输出的环境亮度等级在移动硬盘中寻找对应的基准亮度路口图像并作为目标背景图像输出；

背景复杂度检测设备，设置在柜体内，与CMOS视觉传感器连接，用于接收高清路口图像，并计算高清路口图像中像素颜色变化的剧烈程度以作为背景复杂度输出；

运动区域检测设备，设置在柜体内，与CMOS视觉传感器、移动硬盘、背景选择设备和背景复杂度检测设备分别连接，基于背景复杂度确定第一权重值和第二权重值，第一权重值和第二权重值之和为1，背景复杂度越大，第一权重值越小，第二权重值越大，通过CMOS视觉传感器接收当前时刻的高清路口图像和当前时刻下一秒的高清路口图像，分别作为第一高清路口图像和第二高清路口图像，将第一高清路口图像的每一个像素的灰度值减去第二高清路口图像中对应位置的像素的灰度值并取绝对值以获得第一绝对值，将第一高清路口图像的每一个像素的灰度值减去目标背景图像中对应位置的像素的灰度值并取绝对值以获得第二绝对值，第一权重值与第一绝对值相乘以获得第一乘积，第二权重值与第二绝对值相乘以获得第二乘积，当第一乘积与第二乘积都是非零且第一乘积与第二乘积之间的差值的绝对值小于预设差值阈值时，第一高清路口图像的对应像素被确定为运动像素，否则，第一高清路口图像的对应像素被确定为静止像素，将第一高清路口图像中所有运动像素组成的图像作为运动图像输出，运动图像由一个或多个运动区域组成；

图像形态学处理设备，设置在柜体内，与运动区域检测设备连接，用于接收运动图像，并对每一个运动区域进行去噪处理以获得去噪子图像，填补去噪子图像内部空洞并连接去噪子图像内的断点以获得整形子图像，输出一个或多个整形子图像；

特征提取设备，设置在柜体内，与图像形态学处理设备连接，提取每一个整形子图像的横向最大像素数量和纵向最大像素数量，将纵向最大像素数量除以横向最大像素数量以获得纵横比，并计算每一个整形子图像的对称度；

MSP430单片机，设置在柜体内，与特征提取设备和移动硬盘分别连接，将每一个整形子图像的纵横比和对称度分别与纵横比范围和对称度范围进行比较，当整形子图像的纵横比落在纵横比范围内且对称度落在对称度范围时，对应的整形子图像被确定为行人子图像，计算行人子图像的个数并作为行人数量输出；

控制柜通信设备，嵌入在柜体外表面上，与MSP430单片机和移动硬盘分别连接，接收行人数量和交通路口地址，基于行人数量确定交通路口地址附近路灯的开启密度，行人数量越多，交通路口地址附近路灯的开启密度越小，并基于交通路口地址将确定的开启密度通过无线通信链路发送给交通路口地址附近的每一个LED路灯；

其中，交通路口地址附近的每一个LED路灯接收开启密度，并根据开启密度确定自身的开启状态。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：

控制柜通信设备包括微控制器和GPRS通信接口。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：

微控制器与MSP430单片机和移动硬盘分别连接，接收行人数量和交通路口地址，基于行人数量确定交通路口地址附近路灯的开启密度。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于：

GPRS通信接口与微控制器连接，用于基于交通路口地址将确定的开启密度通过无线通信链路发送给交通路口地址附近的每一个LED路灯。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于：

替换地，采用MSP430单片机内置存储器替换移动硬盘。