CN204741585U - 智能交通照明系统 - Google Patents

Abstract

<b>智能交通照明系统，路灯是公路和街道照明的主要技术手段。在能源非常充足的国家和城市，夜间无论是否有机动车辆或者行人通过，经常整夜灯火通明，在无需照明的情况下，浪费了大量的电能。一个百万人口的城市</b><b>,</b><b>每年仅在路灯照明上的电能就高达</b><b>500</b><b>万千瓦时。智能交通照明系统，其组成包括：城市路灯系统</b><b>1</b><b>，所述的城市路灯系统的灯柱中安装有路噪接收传感器和光传感器，所述的传感器连接路灯电源和时钟电路，所述的路噪接收传感器、光传感器、路灯电源和时钟电路连接控制电路，所述的控制电路连接路灯。本实用新型用于路灯节能及智能控制，就</b><b>1</b><b>百万</b><b>人口城市而言，节能将达到</b><b>250</b><b>万千瓦时以上。</b>

Description

智能交通照明系统

技术领域

本实用新型涉及一种智能路灯照明系统。

背景技术

建国以来伴随我国城市现代化建设的突飞猛进城市路灯照明取得了巨大的绩成为一项蓬勃发展的公共事业同时为了符合节约型、可持续发展社会的标准产生了对路灯监管改革的需求。传统的路灯照明和管理存在浪费大、路灯使用寿命短、人工作业量大、故障率高统、计查询功能弱等不足。

人类正面临能源危机，路灯是公路和街道照明的主要技术手段。在能源非常充足的国家和城市，夜间无论是否有机动车辆或者行人通过，经常整夜灯火通明，在无需照明的情况下，浪费了大量的电能。城市路灯照明是人们日常生活中必不可少的公共设施，路灯照明耗电量约占总耗电量的15%．据民间统计，按夜间平均12个小时计算，至少50%以上的能源是在没有机动车没有行人需要照明的情况下白白浪费的。一个百万人口的城市,每年仅在路灯照明上的电能就高达500万千瓦时。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种通过检测进行路灯智能控制的智能交通照明系统。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种智能交通照明系统，其组成包括：城市路灯系统，所述的城市路灯系统的灯柱中安装有路噪接收传感器和光传感器，所述的传感器连接路灯电源和时钟电路，所述的路噪接收传感器、光传感器、路灯电源和时钟电路连接控制电路，所述的控制电路连接路灯。

所述的智能交通照明系统，所述的控制电路包括上位机，与上位机通过电信号连接的主机，与所述的主机通过电信号连接的基础工作机，手动照明开启开关和无线通讯模块，所述的控制电路具有自检电路。

所述的智能交通照明系统，所述的路噪接收传感器包括声音传感器和地面振动传感器，所述的振动传感器安装在距地面0-1米的高度，所述的声音传感器安装在距地面0.2-2米高度，所述的声音传感器暴露在所述的灯柱表面或者所述的灯柱表面具有传声孔。

所述的智能交通照明系统，所述的光传感器包括光敏传感器和红外传感器，所述的光敏传感器安装在灯柱的上部，所述的红外传感器安装在距地面0.5-2米高度。

所述的智能交通照明系统，安装在城镇公路或者城市中的所述的灯柱上的光传感器中的红外传感器分别设在灯柱的4-8个方向。

本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型通过分布在公路两侧的灯柱上的时钟电路，根据日出时间、日落时间设定路灯的基本开启和关闭时间，利用了传统的路灯工作系统，减少建造成本。

在基本开启时间段内（日落之后，日出之前的路灯管理规定开启时间）如果没有机动车行驶过来，或者说传感器没有检测到机动车给路面的振动，路灯不会开启，特别是在午夜之后，没有机动车行驶过来，不需要照明的时候，路灯不会开启，节省路灯能量在50%以上，节省城市总照明能量7-8%，一个百万人口的城市,每年仅在路灯照明上的电能就能节约250万千瓦时。延吉到全国解决的能老是非常巨大的。

对于高速公路上行驶的车辆，当路噪传感器收到机动车行驶的地面振动和噪声达到规定强度，信息传递到噪声传感器的噪声波峰比对系统，通过比对系统，测算出机动车行驶方向和行进平均速度，从而通过控制器做出开启波峰，即在预期到达的1公里以内前进方向开启路灯，在机动车行进过后的路段及时降低路灯的光照强度。达到保证车辆照明、并解决无需照明的能源消耗问题。

为了保证路灯对非机动车和行人的照明效果，本实用新型红外信息传感器，当人或者机动车的红外信息达到一定强度时，开启路灯。为了保证在雾霾天气的照明，在基本开启时间段以外，根据指挥中心的中心计算机通过有线或者无线控制指令，临时性开启路灯照明。

为了提高红外感应效果，安装在城镇公路或者城市中的灯柱上的光传感器中的红外传感器分别设在等住的4-8个方向，接受不同方向的红外信息。

本实用新型通过调整路灯的供电电压以实现节能的目的，能够有效提高系统可靠性、增强抗干扰能力并满足实际需求，但单纯采用电压控制方法，灵活性低，不能根据具体天气、车流量调整路灯亮度。通过光感控制有效的控制了这一问题。

我国幅员辽阔，况且由于季节的不同、各地区由于所在经度不同，对应位置的日出日落时间也不相同；同时由于地球的自转轴相对于地球和太阳的平面是倾斜的，加上地球公转作用，导致各地区每天的日出日落时间也不完全相同，这使得根据传统的根据天文年历统计出的一个地区一年内每天的日落日出时间点亮路灯的做法，与实际情况有很大偏差，根据该时间决定路灯的亮灭不能很好的满足实际需求，路灯的换档时间也如此。

本实用新型采用神经网络控制方法通过每天的光线强度、车流量变化实现对上述时间的预测以达到控制要求。在分时控制方法中，为了节约能源还涉及到换档电压的选择：夜间交通高峰期车流量较大，为保证足够的照度应让路灯工作在最佳状态此时路灯的工作电压应为其额定电压的93%。这是因为传统的非led光源的寿命随着工作电压的升高而减少，如果采用led广元则无需这样做。

本实用新型确认当路灯工作在93%额定电压时,其寿命提高两倍,照度只降低5%。而人眼对光线的感觉与光线照度成对数关系,当光线照度减少10%时,人的视觉感觉减少还不到1%人眼很难觉察到。所以本实用新型确定的低端电压在正常电压的83-95%。经本实用新型检验，路灯工作在额定电压的80-95%是，特别突出的是93%,时，既可保证照度,又可使路灯寿命大大延长，是路灯的最优工作状态。交通正常期和交通低谷期则分别将路灯工作电压控制在额定电压的95%和83%，这样既满足了交通需求又节约了能源。

在光强控制方法中，光强控制应是分时控制的补充。当由于天气等因素使交通环境出现不正常变化时，光强控制起作用；当分时控制已经工作时，光强控制应不能再启动路灯，但却应能关闭路灯。

附图说明：

附图1为本实用新型的单个灯柱结构示意图。

附图2是本实用新型的系统结构示意图。

附图3是基础工作机的工作结构图。

附图4是信号采集部分的电路结构示意图。

附图5是光强控制部分的电路结构示意图。

附图6是分时控制部分的电路结构示意图。

附图7是PC管脚结构示意图。

附图8是档位调节电路结构图。

附图9是上位机、主机、基础工作机的信号关系图。

附图10是上位机和主机的通讯电路结构示意图。

具体实施方式：

实施例1：

一种智能交通照明系统，其组成包括：城市路灯系统，所述的城市路灯系统的灯柱1中安装有路噪接收传感器2和光传感器，所述的传感器连接路灯电源和时钟电路，所述的路噪接收传感器、光传感器、路灯电源和时钟电路连接控制电路，所述的控制电路3连接路灯4。

噪声传感器是一款宽声频范围、高声强动态范围、操作简便的声音传感器。本实用新型采用符合GB/T3785-2型和61672-2级标准的要求的TZ-2KA噪声传感器或者其他等效的智能噪声仪，采用BR-ZS噪声模块系列产品。噪声传感器BR-ZS噪声模块能24小时在线监测，4-20mA标准电流，用方便，应用广泛，数据精度高该传感器体积小，重量轻。内置的高灵敏度传感器、数据采集模块。使噪音信号不失真的以4~20mA电流工业标准输出，直接与用户的PLC配套使用，实现对现场噪声的实时监控，精度高、通用性强、性价比高成为其显著的特点，噪声传感器声频测量范围覆盖了人耳所能听到的全部频率，测量的声强能量范围满足国家噪声管理标准中的全部要求出。该噪声传感器为标准电压信号，便于与各类数据采集和测量控制系统组成精细的噪声测量系统对接。

本实用新型采用的光传感器又称光敏传感器，是最常见的传感器之一，它的种类繁多，包括光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏三极管、红外线传感器、紫外线传感器、光纤式光电传感器、色彩传感器、CCD和CMOS图像传感器等。国内主要厂商有OTRON品牌等。光传感器是目前产量最多、应用最广的传感器之一，它在自动控制和非电量电测技术中占有非常重要的地位。最简单的光敏传感器是光敏电阻，当光子冲击接合处就会产生电流。当雾霾天气，光线弱到一定程度，或者当夜间有近距离红外物体被检测到时，通过电信号开启路灯照明开关电路。对于光强大到一定程度的白天，即使监测到红外信号，照明也不会开启。

本实用新型利用分布在公路两侧的灯柱上的时钟电路根据日出时间、日落时间设定路灯的基本开启和关闭时间；在基本开启时间段内，当路噪传感器收到机动车行驶的地面振动和噪声达到规定强度或者接收到光传感器传递的周围红外信息达到一定强度时，开启路灯；在基本开启时间段以外，根据光照情况，指挥中心的无线控制指令临时性开启。

本实用新型采用普通的常规时钟电路。

通过控制器将电器构件连接到一起。

实施例2：

实施例1所述的智能交通照明系统，所述的控制电路包括上位机，与上位机通过电信号连接的主机，与所述的主机通过电信号连接的基础工作机，手动照明开启开关和无线通讯模块，所述的控制电路具有自检电路。所述的控制电路包括手动照明开启开关和无线通讯模块，所述的控制电路具有自检电路。为了弥补红外传感器可能产生的误差，为了保证良好的延时性，本实用新型设置了手动照明开启开关，通过手动开启和延时电路，保证在一定范围内对行人或者非机动车的照明。

实施例3：

实施例1或2所述的智能交通照明系统，所述的路噪接收传感器包括声音传感器和地面振动传感器，所述的振动传感器安装在距地面0-1米的高度，所述的声音传感器安装在距地面0.2-2米高度，所述的声音传感器暴露在所述的灯柱表面或者所述的灯柱表面具有传声孔。

本实用新型通过多次分析实验，最终确定的传感器高度，具有最佳的反应效果。

实施例4：

实施例1或2或3所述的智能交通照明系统，所述的光传感器包括光敏传感器5和红外传感器6，所述的光敏传感器安装在灯柱的上部，所述的红外传感器安装在距地面0.5-2米高度。本发明通过多次分析实验，最终确定的传感器高度，具有最佳的反应效果。

如果光频传感器显示光可见程度在无需照明的程度，及时监测到红外信号，路灯也不会开启照明。

实施例5：

利用实施例1-4之一进行智能交通照明系统进行城市路灯照明节能的方法，分布在公路两侧的灯柱上的时钟电路根据日出时间、日落时间设定路灯的基本开启和关闭时间；

在基本开启时间段内，当路噪传感器收到机动车行驶的地面振动和噪声达到规定强度或者接收到光传感器传递的周围红外信息达到一定强度时，开启路灯；在基本开启时间段以外，根据可见亮度情况或者由指挥中心的无线控制指令临时性开启。

这样在没有机动车或者行人需要照明的时候，路灯就可以关闭或者间断性关闭，即在行驶长度上开启五分之一、四分之一、三分之一、二分之一等等。

实施例6

实施例5所述的城市路灯照明节能的方法，安装在高速公路或者城市以外公路的灯柱上的所述的控制器，具有噪声传感器的噪声波峰比对系统，通过将检测到的车型噪声的峰值异动情况输入等注重的plc的比对系统测算机动车行驶方向和行进平均速度，在预期到达的1-3公里以内前进方向开启路灯，在机动车行进过后的路段及时关闭路灯或者降低路灯的光照强度和开启路灯数量的比例。

控制电路包括上位机，与上位机通过电信号连接的主机，与所述的助理通过电信号连接的基础工作机，本实用新型的上位机由PC服务器充当，主机由高性能单片机充当，基础工作机由低端单片机充当。上位机安放在总控制室负责整个地区的路灯控制；主机装配在具有相同交通流的区域的控制箱内负责该区域的路灯控制；基础工作机装配在每架路灯上负责该路灯的控制。基础工作机完成信息采集、路灯控制，包括分时控制和光强控制。

通信时主机与基础工作机交换数据，接收基础工作机采集的光强、车流量信息并通过无线网络传送到上位机，上位机根据传送来的数据采用神经网络算法预测出路灯的开关、换档时间，将其回传给主机，由主机完成将时间写入基础工作机的工作，保证基础工作机能够完成分时控制的功能。

基础工作机将主机传送来的时间数据写入时钟芯片，当定时时间到来时，时钟芯片发出中断申请，基础工作机响应中断，触发驱动电路实现对路灯的控制；基础工作机通过信号检测电路实时测量光线强度、车流量变化并经通信接口发送给主机，同时根据光线强度实施光强控制功能。

在整个路灯控制系统中，信号的采集处于非常重要的地位。其中，光线强度信号应实时采集并不断送入上级系统；车流量信号应只当路灯在分时控制功能下开启后再实时采集并送往上级系统以预测夜间换档时间。

光强控制由基础工作机独立完成，基础工作机根据采集到的光线强度进行判断：当光线强度连续5分钟低于标准值时启动路灯；当光线强度连续5分钟高于标准值时关闭路灯。

路灯控制系统应能根据时间来控制路灯亮灭并调整路灯的供电电压。系统在正常工作后，路灯开关时间由光照强度决定，换档时间由夜间车流量决定，具体时间有上位机通过神经网络预测得出，初始化阶段先根据天文年历进行预估，将路灯从开到关的时间分为三个阶段；分时控制的各个时段。

串行通信部分采用RS-485通讯。传统的RS-232协议对地而言是共模传输方式,而各种电气干扰大多也是对地共模方式，RS-232将信号传输电平提高到-12~+12 V,但抗干扰能力仍不理想。使得RS-232传输速率慢,传输距离短,传输信号易受外界的干扰。如果采用RS-485是工业界使用最为广泛的双向、平衡传输线标准接口它以半双工方式通信采用差模信号传输方式,与地电平关系不大因而它抗干扰的能力比RS-232强得多即便在信号电压比较小的情况下也能获得稳定的传输。支持多点连接,。本实用新型允许创建多达32个节点的网络,具有传输距离远最大传输距离为1200m),传输速率快(1 200m时为100 kbit/s)。

用于多站互连时,便于组建成本低廉、可靠性高及分布范围较广的总线网络。由于RS-485总线是一种异步半双工的通信总线在某一时刻总线只可能呈现出一种工作状态,为此，在由单片机构成的多机通信系统中一般采用主从式通信。主机处于主导和支配地位发出控制命令后等待基础工作机的应答。各基础工作机处于侦听状态,不能主动往总线发送数据,必须等待主机的命令在接收到地址帧后立即判断是否在呼叫自己如果不是则不予理睬。如果是则继续接收下面的数据。接收完一个主机控制命令后先进行校验,如果校验正确则解析接收的控制命令并根据命令回送相应的应答帧。整个系统在任何时刻都只能有一个单片机处于发送状态,且当主机发送时所有单片机必须都处于接收状态。

信号采集模块设计

  路灯控制系统中用到的信号包括光线强度和车流量。本实用新型主要针对光线强度信号进行采集。在实际应用中，所需的光线强度信号是纯自然光线，因此在采集过程中要避免路灯光线对它的影响。可以将传感器安装在路灯的正上方以尽量减小路灯开启时对数据采集的影响。本实用新型采用光敏传感器实现将光线信号转变为模拟量电压信号，然后通过AD转换，将模拟量转换成数字量送入基础工作机单片机。

本实用新型所选AD转换器为ADC0808。由于ADC0808具有输出三态锁存器，数据输出引脚可直接与数据总线相连，地址译码引脚A、B、C分别与地址总线Q0、Q1、Q2相连，以选通IN0～IN7中的一个通道。将P2.7作为片选信号，将ALE和START连在一起，由单片机的写信号/WR和P2.7控制ADC的地址锁存和转换启动。则在ADC0808锁存通道地址的同时，会启动AD转换。在读取转换结果时，用低电平的读信号/RD和P2.7引脚经或非门后，产生的正脉冲作为OE信号，用以打开三态输出锁存器，读出数据。为此将P2.7设置为低电平。另外单片机要通过检测EOC引脚来确定转换是否结束，因此须将EOC引脚与单片机的一个输出引脚相连，又由于EOC引脚高电平有效而单片机复位时所有端口都被置1，故将EOC通过一个非门与P3.3相连，则在转换结束时可以通过P3.3引脚得知。

光强控制模块设计  ：在路灯控制系统中，由于分时控制处于主导，所以当光强控制模块决定触发路灯时，因先进行路灯运行状态的检测，当路灯已经由分时控制触发时，光控模块不起作用；相反，当光控模块决定关闭路灯时，则不必进行路灯状态检测，可直接关闭路灯。这一逻辑判断由软件编程来实现。单片机的引脚输出的是5V的TTL电平，不足以驱动大功率器件工作，所以需外接驱动电路。

实施例7：

所述的城市路灯照明节能的方法，安装在城镇公路或者城市中的灯柱上的光传感器中的红外传感器分别设在灯柱的4-8个方向，接受不同方向的红外信息。

Claims (5)

1.一种智能交通照明系统，其组成包括：城市路灯系统，其特征是：所述的城市路灯系统的灯柱中安装有路噪接收传感器和光传感器，所述的传感器连接路灯电源和时钟电路，所述的路噪接收传感器、光传感器、路灯电源和时钟电路连接控制电路，所述的控制电路连接路灯。

2.根据权利要求1所述的智能交通照明系统，其特征是：所述的控制电路包括上位机，与上位机通过电信号连接的主机，与所述的主机通过电信号连接的基础工作机，手动照明开启开关和无线通讯模块，所述的控制电路具有自检电路。

3.根据权利要求1或2所述的智能交通照明系统，其特征是：所述的路噪接收传感器包括声音传感器和地面振动传感器，所述的振动传感器安装在距地面0-1米的高度，所述的声音传感器安装在距地面0.2-2米高度，所述的声音传感器暴露在所述的灯柱表面或者所述的灯柱表面具有传声孔。

4.根据权利要求1或2所述的智能交通照明系统，其特征是：所述的光传感器包括光敏传感器和红外传感器，所述的光敏传感器安装在灯柱的上部，所述的红外传感器安装在距地面0.5-2米高度。

5.根据权利要求1或2所述的智能交通照明系统，其特征是：安装在城镇公路或者城市中的所述的灯柱上的光传感器中的红外传感器分别设在灯柱的4-8个方向。