CN108966458A - 一种毫米波主被动复合式节能路灯控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种毫米波主被动复合式节能路灯控制系统及控制方法，其中路灯控制系统包括毫米波探测装置、电源、路灯和控制器，所述电源经所述控制器分别连接到所述毫米波探测装置和路灯，所述毫米波探测装置包括依次连接的毫米波主被动复合探测器、检测装置和DSP处理器，所述毫米波主被动复合探测器设在路灯立杆侧面朝向所述路灯照明区域，所述DSP处理器与路灯控制开关电连接。本发明可检测出静止状态的人，车辆在发动状态或刚熄火时也可被检测到，这时路灯维持开启状态。如果照明范围内无热源和移动物体则立即关闭路灯起到了节能省电的目的。

Description

一种毫米波主被动复合式节能路灯控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及公共照明领域，具体涉及一种毫米波主被动复合式节能路灯控制系统及控制方法。

背景技术

目前城市照明系统中路灯的能耗特别大，目前一般的高压钠灯，一盏灯功率约为100瓦～400瓦，一些大型路灯功率可达到1000瓦以上。在城市夜晚照明系统中，除了主干道外，还有很多处干道和小路段，这些街道在夜晚的人流量和车流量都比较小，特别是一些郊区和比较偏僻的路段，在半夜1点钟以后，人流量和车流量一般非常少。但是即使没有人和车经过，这些路灯也是长期点亮的，这时电能就被白白浪费掉了。很多路段真正有效的照明时间只占到整个照明时间的20％～30％，也就是说大部分电能被浪费掉了。而全国有数百个大型城市，中小规模的城市更多，浪费的电能是非常巨大的。随着社会不断发展，经济建设的逐步加快，能源变得越来越稀缺，节能减排是显得尤为重要。毫米波技术体积小分辨率高抗干扰能力强且具有全天气候工作的特点，如果能将毫米波节能路灯系统应用到城市照明中，能大大节约城市照明的能耗；毫米波探测按照工作方式分为主动探测和被动探测，主动式即毫米波雷达，其通过发射毫米波信号探测目标，具有较远的作用距离，而其能获得丰富的目标信息，但在近距离时工作时，由于目标结构比较复杂，采用雷达探测容易产生“角闪效应”；被动式探测又称毫米波辐射计，是一种高灵敏度毫米波辐射信号接收机，它不发出信号，工作频带宽，具有抗干扰能力强和无目标闪烁灯优点，但其工作距离近、获得的目标信息量少；结合雷达和辐射计的优点，将主动探测技术和被动探测技术相互融合，组成主被动复合体制探测器，这样不仅提高了探测距离、消除了目标闪烁效应，而且能够获得更丰富的目标信息，充分将主被动探测与被动探测相互融合，实现优势互补；通过设计合适的位置达到安全无死角。

申请号为CN201710131604.3的发明专利公开了一种节能路灯、节能路灯控制系统和控制方法，该发明专利节能路灯包括：路灯模块、毫米波雷达、控制模块和电源模块组成，主要运用毫米波雷达探测车和人时会发出指令控制灯的熄灭。此发明有效的解决了在全天候的情况下利用小巧的毫米波实现了能测量目标的距离，不足之处在于工作带宽窄和有跟踪精度差和角闪等缺点，更没有提高测量距离、角度和速度分辨率和热辐射等特点，更没有考虑到运用太阳能转换电的节能特点，也没有很好的考虑运用定时控制器的特点来更加的节能省电。

发明内容

本发明的目的在于提供一种毫米波主被动复合式节能路灯控制系统及控制方法，以解决现有技术中探测装置工作带宽窄和检测精度差和存在角闪效应，降低控制系统可靠性的缺陷。

所述的毫米波主被动复合式节能路灯控制系统，包括毫米波探测装置、电源、路灯和控制器，所述电源经所述控制器分别连接到所述毫米波探测装置和路灯，所述毫米波探测装置包括依次连接的毫米波主被动复合探测器、检测装置和DSP处理器，

所述毫米波主被动复合探测器设在路灯立杆侧面朝向所述路灯照明区域，用于同时进行主动和被动毫米波探测，并将接收的毫米波信号转化为电信号发送到所述检测装置；

所述检测装置，用于将所述电信号经过采样、频谱分析后传化为相应的数字信号，传输给所述DSP处理器；

所述DSP处理器，与路灯控制开关电连接，用于将接收到的数字信号经过计算得到周围环境情况，并以此发出相应的路灯控制信号。

优选的，所述毫米波主被动复合探测器包括天线、输出主动输出信号的毫米波雷达器和输出被动输出信号的毫米波辐射计，所述毫米波雷达器和所述毫米波辐射计都通过环流器连接到所述天线，所述毫米波雷达器包括调制器，所述调制器与所述环流器连接用于将调制信号调制到载波信号并发送到所述环流器，还包括依次连接的混频器、滤波器和信号放大器；所述毫米波辐射计包括依次连接的混频器、滤波器和信号放大器，所述信号放大器都连接到所述检测装置。

优选的，所述检测装置包括

距离模块，用于从主动输出信号提取到物体到毫米波主被动复合探测器的距离信号，发送到所述DSP处理器；

测速模块，用于根据距离信号和时间计算出物体移动的速度信号，发送到所述DSP处理器；

热辐射模块，用于从被动输出信号提取到物体热辐射的强度信号，发送到所述DSP处理器。

优选的，所述毫米波主被动复合探测器有一对，位于所述路灯立杆上部，倾斜45°角朝路面前后方的斜下方设置，所述天线覆盖范围不小于所述路灯的照明范围。

优选的，所述控制器是定时控制器，用于根据时刻是否属于晚间来控制所述毫米波探测装置的开关。

优选的，还包括太阳能板，所述电源为储蓄电池，所述太阳能板安装在所述路灯立杆顶部位于所述路灯上方，所述储蓄电池与所述太阳能板电连接。

优选的，所述天线为收发一体式的矩形阵列天线。

本发明还提供了一种毫米波主被动复合式节能路灯控制系统的控制方法，包括如下步骤：

S1、时间到达晚间时刻后，所述定时控制器自动接通毫米波探测装置的开关；

S2、所述毫米波雷达器通过天线发出调制后的毫米波信号；

S3、天线接收来自路面方向的由物体反射的反馈毫米波信号和物体自身热辐射产生的被动毫米波信号，并将接收的毫米波信号转化为主动输出信号和被动输出信号发送到所述检测装置；

S4、所述检测装置将接收到的主动输出信号和被动输出信号经过采样、频谱分析后传化为相应的距离信号、速度信号和热辐射信号，并传输给所述DSP处理器；

S5、DSP处理器根据距离信号、速度信号和热辐射信号分析计算出路灯控制信号发送到所述路灯控制开关，如果照明范围内有热源或者是移动物体，又或者存在朝照明范围内移动的物体，则开启路灯控制开关，否则关闭路灯控制开关；

S6、时间到达早晨时刻后，所述定时控制器自动断开毫米波探测装置的开关。

本发明的优点在于：通过毫米波主、被动复合技术，保证了探测装置既能达到主动探测又能达到被动探测到目标，把主动和被动复合并能运用其两者的优点解决了两者的缺点的技术问题和“角闪效应”。此外本探测装置可以检测移动物体和热源，即可检测出静止状态的人，车辆在发动状态或刚熄火时也可被检测到，这时路灯维持开启状态。如果照明范围内无热源和移动物体则立即关闭路灯起到了节能省电的目的。

此外本发明具有结构简单、功能完善、精度高、小巧便于携带和智能高端等特性，满足同一波段，不同频率，兼具射频频分及中频频分的优势，充分分离主被动信息，减小了主被动信号之间的相互干扰，通过主被动信息复合技术，获得的目标信息量多，有利于目标的识别。而通过太阳能板和储蓄电池可利用太阳能为路灯供电，利用定时控制器在白天自动关闭路灯和控制系统，进一步减少了电力消耗。

附图说明

图1为本发明中毫米波主被动复合式节能路灯控制系统的模块连接结构图；

图2为本发明中毫米波主被动复合式节能路灯控制系统的结构示意图；

图3为为本发明中毫米波主被动复合式节能路灯控制系统在使用中的结构示意图。

在上述附图中：1、毫米波主被动复合探测器；11、主动输出信号；12、被动输出信号；13、毫米波雷达器；14、毫米波辐射计；15、天线；2、检测装置；21、距离模块；22、测速模块；23、热辐射模块，3、DSP处理器；4、太阳能板；5、储蓄电池；6、LED灯；7、定时控制器；8、路灯立杆；9、毫米波探测装置。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1-图3所示，本发明提供了一种毫米波主被动复合式节能路灯控制系统，包括毫米波探测装置9、电源、路灯和控制器。所述电源经所述控制器分别连接到所述毫米波探测装置9和路灯。控制器为定时控制器7，当时间到达晚上，如18:00，定时控制器7接通路灯与毫米波探测装置9的供电线路，毫米波探测装置9工作并控制路灯控制开关。而到了早晨，如6:00，定时控制器7自动断开路灯与毫米波探测装置9的供电线路，二者都不再工作。路灯的照明灯为LED灯6，节能省电，安全性好。

电源采用储蓄电池5，也可与公共供电线路结合供电。所述路灯在路灯立杆8顶部安装有太阳能板4，太阳能板4与储蓄电池5电连接，能将太阳能转化为电能储存在储蓄电池5中。太阳能板4在路灯上方。这样利用定时控制器7和太阳能能有效减少了电力消耗。

所述毫米波探测装置9包括依次连接的毫米波主被动复合探测器1、检测装置2和DSP处理器3。DSP处理器3电连接到路灯控制开关对LED灯6进行控制。所述毫米波主被动复合探测器1设在路灯立杆8侧面朝向所述路灯照明区域，用于同时进行主动和被动毫米波探测，并将接收的毫米波信号转化为电信号发送到所述检测装置2。为了尽可能覆盖照明范围，所述毫米波主被动复合探测器1有一对，位于所述路灯立杆8上部，倾斜45°角朝路面前后方的斜下方设置。其天线15覆盖范围不小于所述路灯的照明范围，可用于探测在是否有人或车辆进入停留在路灯照明范围内。

所述毫米波主被动复合探测器1包括天线15、输出主动输出信号11的毫米波雷达器13和输出被动输出信号12的毫米波辐射计14。所述天线15为收发一体式的矩形阵列天线。所述毫米波雷达器13和所述毫米波辐射计14都通过环流器连接到所述天线15。所述毫米波雷达器13包括调制器，所述调制器与所述环流器连接用于将调制信号调制到载波信号并发送到所述环流器，还包括依次连接的混频器、滤波器和信号放大器；所述毫米波辐射计14包括依次连接的混频器、滤波器和信号放大器，所述信号放大器都连接到所述检测装置2。

其中环流器用于收发信号的单向传输；调制器用于将调制信号调制到载波信号上以产生主动通道调频信号；混频器用于含有目标信息的差频信号以及被动通道参考信号的提取；滤波器用于主动输出信号11、被动输出信号12的分频处理；信号放大器用于主动输出信号11、被动输出信号12输出的放大以便于DSP处理器3接收。

所述检测装置2包括距离模块21、测速模块22和热辐射模块23，用于将所述电信号经过采样、频谱分析后传化为相应的数字信号，传输给所述DSP处理器3。其中距离模块21用于从主动输出信号11提取到物体到毫米波主被动复合探测器1的距离信号；测速模块22，用于根据距离信号和时间计算出物体移动的速度信号，包含是靠近还是远离路灯的方向性；热辐射模块23用于从被动输出信号12提取到物体热辐射的强度信号，三者都发送到所述DSP处理器3。

所述DSP处理器3与路灯控制开关电连接，用于将接收到的数字信号经过计算得到周围环境情况，并以此发出相应的路灯控制信号。DSP处理器3先根据热辐射的强度信号判断照明范围内是否有符合人或车辆的热源，如果有则打开LED灯6进行照明；如果没有再根据速度信号判断天线15覆盖的探测范围内有没有移动物体，如果探测范围与照明范围相等，只要有移动物体就打开LED灯6，否则关闭LED灯6；如果探测范围大于照明范围，则要根据距离信号和速度信号的方向性来判断，如果移动物体是不断接近路灯的或者移动物体在照明范围内都要打开LED灯6；如果物体不仅在照明范围外并且正在远离路灯则关闭LED灯6。这样能有效地起到了节能省电的目的，又不会影响对接近或在照明范围内活动的人与车辆的照明。

本发明还提供了一种毫米波主被动复合式节能路灯控制系统的控制方法，包括如下步骤：

S1、时间到达晚间时刻后，所述定时控制器7自动接通毫米波探测装置9的开关；

S2、所述毫米波雷达器13通过天线15发出调制后的毫米波信号；

S3、天线15接收来自路面方向的由物体反射的反馈毫米波信号和物体自身热辐射产生的被动毫米波信号，并将接收的毫米波信号转化为主动输出信号11和被动输出信号12发送到所述检测装置2；

S4、所述检测装置2将接收到的主动输出信号11和被动输出信号12经过采样、频谱分析后传化为相应的距离信号、速度信号和热辐射信号，并传输给所述DSP处理器3；

S5、DSP处理器3根据距离信号、速度信号和热辐射信号分析计算出路灯控制信号发送到所述路灯控制开关，如果照明范围内有热源或者是移动物体，又或者存在朝照明范围内移动的物体，则开启路灯控制开关，否则关闭路灯控制开关；

S6、时间到达早晨时刻后，所述定时控制器7自动断开毫米波探测装置9的开关。

本发明把主动探测和被动探测复合并能运用其两者的优点解决了两者的缺点的技术问题和“角闪效应”。该系统还扩大了探测的频率范围，兼具射频频分及中频频分的优势，充分分离主被动信息，减小了主被动信号之间的相互干扰，增加了识别的可靠性。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种毫米波主被动复合式节能路灯控制系统，其特征在于：包括毫米波探测装置(9)、电源、路灯和控制器，所述电源经所述控制器分别连接到所述毫米波探测装置(9)和路灯，所述毫米波探测装置(9)包括依次连接的毫米波主被动复合探测器(1)、检测装置(2)和DSP处理器(3)，

所述毫米波主被动复合探测器(1)设在路灯立杆(8)侧面朝向所述路灯照明区域，用于同时进行主动和被动毫米波探测，并将接收的毫米波信号转化为电信号发送到所述检测装置(2)；

所述检测装置(2)，用于将所述电信号经过采样、频谱分析后传化为相应的数字信号，传输给所述DSP处理器(3)；

所述DSP处理器(3)，与路灯控制开关电连接，用于将接收到的数字信号经过计算得到周围环境情况，并以此发出相应的路灯控制信号。

2.根据权利要求1所述的一种毫米波主被动复合式节能路灯控制系统，其特征在于：所述毫米波主被动复合探测器(1)包括天线(15)、输出主动输出信号(11)的毫米波雷达器(13)和输出被动输出信号(12)的毫米波辐射计(14)，所述毫米波雷达器(13)和所述毫米波辐射计(14)都通过环流器连接到所述天线(15)，所述毫米波雷达器(13)包括调制器，所述调制器与所述环流器连接用于将调制信号调制到载波信号并发送到所述环流器，还包括依次连接的混频器、滤波器和信号放大器；所述毫米波辐射计(14)包括依次连接的混频器、滤波器和信号放大器，所述信号放大器都连接到所述检测装置(2)。

3.根据权利要求2所述的一种毫米波主被动复合式节能路灯控制系统，其特征在于：所述检测装置(2)包括

距离模块21，用于从主动输出信号(11)提取到物体到毫米波主被动复合探测器(1)的距离信号，发送到所述DSP处理器(3)；

测速模块(22)，用于根据距离信号和时间计算出物体移动的速度信号，发送到所述DSP处理器(3)；

热辐射模块(23)，用于从被动输出信号(12)提取到物体热辐射的强度信号，发送到所述DSP处理器(3)。

4.根据权利要求2或3所述的一种毫米波主被动复合式节能路灯控制系统，其特征在于：所述毫米波主被动复合探测器(1)有一对，位于所述路灯立杆(8)上部，倾斜45°角朝路面前后方的斜下方设置，所述天线(15)覆盖范围不小于所述路灯的照明范围。

5.根据权利要求1所述的一种毫米波主被动复合式节能路灯控制系统，其特征在于：所述控制器是定时控制器(7)，用于根据时刻是否属于晚间来控制所述毫米波探测装置(9)的开关。

6.根据权利要求1所述的一种毫米波主被动复合式节能路灯控制系统，其特征在于：还包括太阳能板(4)，所述电源为储蓄电池(4)，所述太阳能板(4)安装在所述路灯立杆(8)顶部位于所述路灯上方，所述储蓄电池(4)与所述太阳能板(4)电连接。

7.根据权利要求1所述的一种毫米波主被动复合式节能路灯控制系统，其特征在于：所述天线(15)为收发一体式的矩形阵列天线。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的一种毫米波主被动复合式节能路灯控制系统的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、时间到达晚间时刻后，所述定时控制器(7)自动接通毫米波探测装置(9)的开关；

S2、所述毫米波雷达器(13)通过天线(15)发出调制后的毫米波信号；

S3、天线(15)接收来自路面方向的由物体反射的反馈毫米波信号和物体自身热辐射产生的被动毫米波信号，并将接收的毫米波信号转化为主动输出信号(11)和被动输出信号(12)发送到所述检测装置(2)；

S4、所述检测装置(2)将接收到的主动输出信号(11)和被动输出信号(12)经过采样、频谱分析后传化为相应的距离信号、速度信号和热辐射信号，并传输给所述DSP处理器(3)；

S5、DSP处理器(3)根据距离信号、速度信号和热辐射信号分析计算出路灯控制信号发送到所述路灯控制开关，如果照明范围内有热源或者是移动物体，又或者存在朝照明范围内移动的物体，则开启路灯控制开关，否则关闭路灯控制开关；

S6、时间到达早晨时刻后，所述定时控制器(7)自动断开毫米波探测装置(9)的开关。