CN105979664B - 一种城市大型广场高杆灯智能照明系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于智能照明系统，具体公开一种城市大型广场高杆灯智能照明系统，其特征在于：包括位于大型城市广场中心的高杆照明灯装置、分布在城市大型广场上的人体红外信号检测系统以及控制系统，所述高杆照明灯装置为高杆灯灯具架上与照明区域分区情况相对应的径向对称布设的独立照明灯具以及与灯具相对应的各自独立控制灯具启闭及照度的装置，所述的人体红外信号检测系统包括多个以高杆照明灯装置为中心的对应独立照明灯的独立扇形区域人体红外信号检测子系统，每个区域独立照明灯与其对应的独立扇形区域人体红外信号检测子系统通过控制系统组成独立控制回路实现大型广场的分区照明控制。本发明通过分区控制实现了智能节能控制。

Description

一种城市大型广场高杆灯智能照明系统

技术领域

本发明涉及城市市政照明领域，是一种城市大型广场高杆灯智能照明系统。

背景技术

目前，人民生活水平日益提高，工作之余的休闲活动越来越丰富，城市大型广场成为人们休闲的好去处，因此对城市大型广场的照明提出了越来越高的要求。同时，全球能源问题日益突出，在节约能源的众多方向中，照明节能控制是节约能源的一个重要方向。现状存在的一些采用高杆灯照明的广场，普遍存在一些缺陷。目前最常见的方式是高杆灯上采用大量灯具长时间照明，这种方式存在的问题较多，一方面灯具照度不能调节，不能根据广场活动人员数量的多少调节照度，另一方面，不能实现广场的动态分区照明，即不能根据广场上活动人员的变化情况实现人来灯开人走灯灭的动态智能照明控制，更谈不上根据广场上活动人员的区域分布情况实现广场动态分区智能照明的控制。这些缺陷不仅容易造成电能损失及光污染，并且对灯具的使用寿命会产生直接的影响，增加各类维护和保养成本。

发明内容

本发明针对现状城市广场高杆灯照明控制技术存在的缺陷，提出一种城市大型广场高杆灯智能照明系统。该系统能够根据检测到的信息对高杆灯各个独立回路的灯具的启闭实现分时独立的智能控制，同时能够实时检测广场人员的密集程度并及时调整照明照度，另外还采用了太阳能为各类装置提供工作电源，有效的克服了现有各类广场高杆灯照明的众多缺陷，有效的节约了能源，同时也充分利用了太阳能，实现了经济效益和环境效益的双赢。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

一种城市大型广场高杆灯智能照明系统，包括位于大型城市广场中心的高杆照明灯装置、分布在城市大型广场上的人体红外信号检测系统以及控制系统，其特征在于：所述高杆照明灯装置为高杆灯灯具架上与照明区域分区情况相对应的径向对称布设的独立照明灯具以及与灯具相对应的各自独立控制灯具启闭及照度的装置，所述的独立照明灯具为LED灯具，所述的独立照明灯采用径向对称方式均匀布设在高杆灯灯具架上，可以根据实际需求在灯具架上按照水平径向对称的方式布设实际照明灯数量，照明灯之间的夹角依据照明灯的数量n作相应的调整，照明灯之间夹角计算公式为：θ=360°/n。

所述的分布在城市大型广场上的人体红外信号检测系统主要组成元件为人体红外信号检测模块，这种模块均匀布设在广场铺砖之间，并做好相应的保护措施，所有检测模块的电源线和信号线采用穿管暗敷的方式敷设在广场铺砖下，广场高杆灯布设在广场几何中心，整个广场的人体红外信号检测模块矩阵以高杆灯为中心，并根据均匀间隔设置的分区独立照明灯设置为对应的独立扇形区域人体红外信号检测子系统，子系统数量与照明灯数量保持一致，扇形夹角为：θ=360°/n。

每套独立照明灯与其对应的独立扇形广场区域人体红外信号检测子系统通过控制系统组成独立控制回路实现大型广场的分区照明控制。所述的控制系统根据广场上独立照明灯以及独立扇形区域人体红外信号检测子系统的分区域情况形成独立子控制回路实现每个区域内独立照明灯的单独启闭控制，所述的独立子控制回路包含三个控制通道电路实现每个独立照明灯三种不同照度的照明控制。

还包括所述的高杆照明灯装置上还设有太阳能供电模块，该太阳能供电模块包括设置在高杆照明灯装置顶部的太阳能电池板以及设置在高杆照明灯装置灯杆底部的高杆灯控制箱内的蓄电池组，该蓄电池组由两块100Ah的蓄电池构成，由太阳能电池板在太阳能充电装置的作用下为其充电。

还包括双电源供电控制模块，所述的双电源供电控制模块位于高杆照明灯装置灯杆底部的高杆灯控制箱内，用于市政供电与太阳能供电模式之间的转化控制。在蓄电池组电量充足的情况下，由蓄电池组提供系统装置的工作电源，若由于长久的阴雨天气或者冬季阳光不充足等原因造成蓄电池组电量不充足，则该双电源供电控制模块会自动检测到电量不足并自动将电源路径切换至市政电力网络回路，在将市政电力网络回路的电压经过变压和处理后的+12伏直流电源提供给系统。

还包括自然光照度检测系统，所述的自然光照度检测系统能够通过光感元件实时自动检测自然光照的照度大小，并将检测数据实时传送至控制系统内。

所述的控制系统设置自动控制方式和人工控制方式两种控制方式，自动控制方式下该系统连接各个独立扇形区域人体红外信号检测子系统，接收各个独立扇形区域人体红外信号检测子系统检测到人体红外信号后发出的+5伏信号，同时连接自然光照度检测装置传递的检测信号，对所有信号源传递的信号进行统计并进行逻辑运算，计算出需要启动的灯具回路以及读取与红外信号数量相对应的照度值，而后启动或者关闭对应回路的独立照明灯。人工控制方式下该装置能够实现广场各个方位上所有灯具的人工启闭，以备紧急情况下使用。

与现有的高杆灯普遍采用的时控或者人控的方式相比，本发明的有益技术效果体现在：

1.本系统能够根据广场面积的大小以及高杆灯灯杆的高度增加或减小人体红外线检测模块、人体红外线检测子网络的数量及高杆灯上在各个方位上布设的灯具的数量，以满足不同规格广场的需求，适应性强；再者广场高杆灯的各个方向上的灯具能够根据广场上活动人员所在广场的方位有选择性的开启，即活动人员在某个区域活动，则开启此区域对应的灯具，广场上其他方向上的区域无人，则对应方位上的灯具不开启，避免其他方位的广场上出现无人灯，实现按需启闭灯具，有效的实现节能。同时夜晚后半夜，在无人的情况下及时的自动关闭灯具，避免出现广场无人而广场大功率的高杆灯彻夜长明的浪费能源的现象，有效的节约能源，降低灯具的维护成本，延长灯具的使用寿命；进一步的采用独立回路实现分区照明控制，也实现了每个独立回路的独立检修，即在检修期间，不用关闭全部灯具，只需关闭需要检修的回路的设备和装置，其他回路照明不受影响，能够实现边检修边照明。

2.广场高杆灯的灯具的启闭时间灵活，只要是自然光的照度下降至不能够满足广场活动人员的活动需求时及时的启动相应的灯具。传统的人工控制灯具的方法，普遍存在的问题就是在照度已经下降至不能满足人员活动需求时不能够及时的开启灯具，而在不需要照明的时候又不能及时的关闭灯具，同时与工作人员自身相关的能够影响灯具启闭的客观因素太多。传统的时钟控制灯具的方法，最大的缺陷就是灵活性差，不能够随着季节的变换自动切换灯具的启闭时间，不同季节变换时还需要人工进行时间控制器的时间调整。本发明能够根据季节变换情况下的自然照度及时自动调节灯具的启闭，有效的克服传统人工控制及时钟控制的各类不利因素。

3.广场高杆灯的灯具能够根据广场上活动人员的多少实时调节灯具照度的大小。传统的大功率灯具在开启之后，无论广场上人员有多少，始终以一固定的功率长时间的工作，极容易造成浪费。本发明的灯具能够根据广场上的人员数目的多少实时调节灯具照度，人员少则保证基本照度，人员多则根据人员数目对应的照度等级调节灯具照度，特殊情况下还能实现照度的人工选择。

4.本系统通过双电源供电控制模块实现太阳能电池板供电的蓄电池电能不足的情况下自动切换到市政电网供电回路，在保证整个系统有效工作的同时也利用了自然能源。

5.极端天气情况下系统能够及时自动启动灯具，无需人工启动，以满足某些突发情况下的照明需求。

6.高杆灯的灯具光源采用LED光源，启动电流小，工作状态稳定，能够避免传统大功率金卤灯启动时的大电流对电网的冲击。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图。

图2为本发明人体红外信号检测网络广场平面布设示意图。

图3为本发明高杆灯灯具布设示意图。

图4为本发明高杆灯灯型结构示意图。

图5为本发明装置工作流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，一种城市大型广场高杆灯智能照明系统，包括位于大型城市广场中心的高杆照明灯装置、分布在城市大型广场上的人体红外信号检测系统以及控制系统，所述高杆照明灯装置为高杆灯灯具架上与照明区域分区情况相对应的径向对称布设的独立照明灯具以及与灯具相对应的各自独立控制灯具启闭及照度的装置，所述的独立照明灯具为LED灯具，所述的独立照明灯采用径向对称方式均匀布设在高杆灯灯具架上，如图3和图4所示，所示的高杆灯灯具架顶部还设有避雷针以及太阳能电池板，可以根据实际需求在灯具架上按照水平径向对称的方式布设实际照明灯数量，照明灯之间的夹角依据照明灯的数量n作相应的调整，照明灯之间夹角计算公式为：θ=360°/n。

所述的分布在城市大型广场上的人体红外信号检测系统主要组成元件为人体红外信号检测模块，这种模块按照10米×10米的间距均匀布设在广场铺砖之间，并做好相应的保护措施，所有检测模块的电源线和信号线采用穿管暗敷的方式敷设在广场铺砖下，广场高杆灯布设在广场几何中心，整个广场的人体红外信号检测模块矩阵以高杆灯为中心，并根据高杆灯灯具架上布设的灯具数量的多少以高杆灯灯杆为中心均匀划分为与灯具数量相同的扇形区域，每个区域组成一个人体红外信号检测子系统，这些子系统的数量与照明灯具的数量保持一致，每个扇形区域的中心夹角为：θ=360°/n。

每个区域独立照明灯与其对应的独立扇形区域人体红外信号检测子系统通过控制系统组成独立控制回路实现大型广场的分区照明控制。所述的控制系统根据广场上独立照明灯以及独立扇形区域人体红外信号检测子系统的分区域情况形成独立子控制回路实现每个区域内独立照明灯的单独启闭控制，所述的独立子控制回路包含三个控制通道电路实现每个独立照明灯三种不同照度的照明控制。

还包括所述的高杆照明灯装置上还设有太阳能供电模块，该太阳能供电模块包括设置在高杆照明灯装置顶部的太阳能电池板以及设置在高杆照明灯装置灯杆底部的高杆灯控制箱内的蓄电池组，该蓄电池组由两块100Ah的蓄电池构成，由太阳能电池板在太阳能充电装置的作用下为其充电。

还包括双电源供电控制模块，所述的双电源供电控制模块位于高杆照明灯装置灯杆底部的高杆灯控制箱内，用于市政供电与太阳能供电模式之间的转化控制。在蓄电池组电量充足的情况下，由蓄电池组提供系统装置的工作电源，若由于长久的阴雨天气或者冬季阳光不充足等原因造成蓄电池组电量不充足，则该双电源供电控制模块会自动检测到电量不足并自动将电源路径切换至市政电力网络回路，在将市政电力网络回路的电压经过变压和处理后的+12伏直流电源提供给系统。

还包括自然光照度检测系统，所述的自然光照度检测系统能够通过光感元件实时自动检测自然光照的照度大小，并将检测数据实时传送至控制系统内。

现以安装8套独立照明灯具的城市大型广场照明系统为例对整个系统的工作流程进行详细的描述，根据灯具数量，对应的广场区域的人体红外信号检测网络也划分为8个子区域，每个扇形区域的中心夹角为45°，具体如图2所示。

所述的控制系统设置自动控制方式和人工控制方式两种控制方式，自动控制方式下该系统连接各个独立扇形区域人体红外信号检测子系统，接收各个独立扇形区域人体红外信号检测子系统检测到人体红外信号后发出的+5伏信号，同时连接自然光照度检测装置传递的检测信号，对所有信号源传递的信号进行统计并进行逻辑运算，计算出需要启动的灯具回路以及读取与红外信号数量相对应的照度值，而后启动或者关闭对应回路的独立照明灯。人工控制方式下该装置能够实现广场各个方位上所有灯具的人工启闭，以备紧急情况下使用。

下面结合图5对系统的工作流程进行详细描述。

广场上自然光照度不满足广场活动人员正常活动所需照度包含两种情况，第一种情况是夜幕降临，天色逐渐变暗，照度逐渐降低至不能满足广场上人员的各类活动需求（15lx）；第二种情况是白天时间内出现极端天气导致广场照度下降至不能满足广场上人员的各类活动需求（15lx）。在以上两种情况下若广场上存在活动人员，就必须启动广场高杆灯的灯具进行照明，以保证各类活动的正常进行。红外线人体检测网络的所有模块24小时全天候实时监测广场上的人体红外信号，并将实时监测到红外信号后发出的电信号传送至灯具启闭及照度控制装置，灯具启闭及照度控制装置同时读取自然光照度检测装置监测到的自然光照度值大小，对两种信号进行逻辑判断，自然光照度值信号优先权高于人体红外信号，若当前的自然照明照度值满足照度规范规定的照明照度最小值，则人体红外信号无效，高杆灯灯具不启动；若当前的自然照明照度值不满足照度规范规定的照明照度最小值，则在此逻辑条件下，人体红外信号有效。LED照明灯具主要通过调节电流来调节灯具的亮度，各个方向各组灯具的独立子控制回路内均包含三个可以调节电流的控制通道电路，通过这三个控制通道电路来实现对灯具照度的控制和调节，这三个控制通道电路分别编号通道1、通道2、通道3。如果启动通道1，则LED照明灯具通过通道1电流调节电路启动，此通道电路调节下灯具的照度为15lx；如果启动通道2，则LED照明灯具通过通道2电流调节电路启动，此通道电路调节下灯具的照度为20lx；如果启动通道3，则LED照明灯具通过通道3电流调节电路启动，此通道电路调节下灯具的照度为25lx。如前所述，在人体红外信号有效的条件下巡回检测出现红外信号的回路编号，并对该回路的红外信号数量利用计数器进行计数，计数完毕后进行数字逻辑判断，如果该子网络检测到的红外信号源个数小于等于该子网络检测模块总数量的三分之一（包括三分之一），则启动通道1；如果该子网络检测到的红外信号源个数大于该子网络检测模块总数量的三分之一且小于等于该子网络检测模块总数量的三分之二（包括三分之二），则启动通道2；如果该子网络检测到的红外信号源个数大于该子网络检测模块总数量的三分之二，则启动通道3。通过以上方式，则可以根据检测到的不同的红外信号个数启动不同的电路，以实现对LED灯具的启闭和照度控制。

红外线人体检测网络的每个编号下的子网络与编号相同的灯具是对应的，即检测子网络对应的广场区域与高杆灯上的灯具在方位上也是对应的，该子网络与其对应的灯具组成一个照明回路，共计8个回路，它们在灯具启闭及照度控制装置的控制下各自独立的工作，相互之间没有干扰，即某个方向上的人体红外信号巡检子网络以及对应方向上对应编号的灯具的工作状态不影响其他回路上相同装置的工作。

整个系统所有装置实时工作，若某刻自然光照度已经不能够满足规范规定所需最小照度且广场上某个区域上出现人员，则该区域下对应的红外线检测子网络的检测模块检测到人体红外信号并计算检测到信号的模块的个数，即信号源的数量，然后将相应的电信号以及模块数量信号传送至灯具启闭及照度控制装置，检测到这两种信号之后，灯具启闭及照度控制装置按照一定的照度等级启动该子网络对应方向上的灯具，从而实现对检测到人体红外信号的广场区域的照明。

若某个时刻该子网络上的人体红外信号消失，则判断出该子网络对应的广场区域上已无人员，此时启动延时模式，该区域对应的灯具按照最低照度（15lx）延时照明10分钟，在延时照明的同时保持持续检测该区域上子网络的人体红外信号，若在延时的10分钟内重新检测到人体红外信号，延时模式结束，则按照检测到红外信号模块数量对应的照度保持灯具的开启状态。若在10分钟内广场上该区域内没有再检测到人体红外信号，则关闭该区域对应的灯具。无论灯具是否启动，整个系统的所有人体红外信号巡检模块始终保持巡检状态，并实时根据检测结果对检测数据进行更新。此区域对应回路的灯具关闭之后，其他回路上的装置若能检测到红外信号则继续保持照明，直至最终广场所有区域的人员散尽，从而关闭所有方位上的灯具。

因此，在白天时间内，若出现影响照度的极端天气，广场高杆灯灯具的照明能够及时高效的保证各类活动的正常进行，尤其是满足各类紧急情况下的照明需求；在夜晚时间内，在广场活动人员活动时间期间，能够高效满足各类活动需求，在活动结束尤其是夜晚后半夜广场无人的情况下，控制系统能够及时关闭所有灯具，实现有效的节能，延长灯具的使用寿命，降低设备检修和维护费用。在出现某些特殊情况下，可以启动人工控制方式，该方式下能够按照三个照度等级中的任意等级开启某个编号或者全部灯具，并且人工方式下可以实现某套灯具的单独检修，即在检修期间，不用关闭全部灯具，只需关闭需要检修的回路的设备和装置，其他回路照明不受影响，能够实现边检修边照明，最大程度上保证灯具的利用率。

Claims (3)

1.一种城市大型广场高杆灯智能照明系统，其特征在于：包括位于大型城市广场中心的高杆照明灯装置、分布在城市大型广场上的人体红外信号检测系统以及控制系统，所述高杆照明灯装置为高杆灯灯具架上与照明区域分区情况相对应的径向对称布设的独立照明灯具以及与灯具相对应的各自独立控制灯具启闭及照度的装置，所述的人体红外信号检测系统包含多个以高杆照明灯装置为中心的与高杆灯灯具架上同一方位灯具相对应的扇形区域的人体红外信号检测子系统，每套独立控制的照明灯具与广场上与之对应的扇形区域的人体红外信号检测子系统通过控制系统组成独立控制回路实现大型广场的分区照明控制；

所述的控制系统根据广场上独立控制的照明灯具以及独立扇形区域人体红外信号检测子系统的分区域情况形成独立子控制回路实现每个区域内独立照明灯的单独启闭控制，所述的独立子控制回路中包含三个控制通道电路以实现每套独立照明灯具能够按照三个不同照度启闭控制的目的；

所述的城市大型广场高杆灯智能照明系统，还包括自然光照度检测系统，所述的自然光照度检测系统将检测结果输入到控制系统内。

2.根据权利要求1所述的城市大型广场高杆灯智能照明系统，其特征在于：所述的高杆照明灯装置上还设有太阳能供电模块。

3.根据权利要求2所述的城市大型广场高杆灯智能照明系统，其特征在于：还包括为控制系统装置工作提供电源的双电源供电控制模块，所述的双电源供电控制模块用于市政供电与太阳能供电模块之间的转化控制。