DE19608886A1 - Steuerung und Überwachung von Lichtquellen - Google Patents

Description

In allen Verkehrsbereichen werden Lichtquellen verwendet mit deren Hilfe der Verkehrsfluß gesteuert oder gesichert wird. Bekannte Beispiele sind die Lampen an Straßenverkehrsmitteln wie Blinklicht, Abblendlicht, Fernlicht oder Bremslicht. Auch in der Schiffahrt und der Luftfahrt existieren ähnliche Lichtquellen. In diesem Bereich dienen die Lichtquellen der eigenen Sicherheit. Im Falle von Lichtsignalanlagen an Straßenkreuzungen, Blinklichtern, beleuchteten Verkehrsinformationsschildern oder anderen Lichtquellen im Straßenbereich soll damit vorzugsweise der Verkehr gesteuert werden.

Die weitverbreitetsten Lichtquellen sind Glühlampen; Leuchtstoffröhren oder Halbleiterlichtquellen werden jedoch ebenfalls eingesetzt.

Die zunehmende Verkehrsdichte erfordert von all den oben genannten Anwendungen mit Lichtquellen eine verbesserte Überwachung und optimierte Lichtaussendung. Bei Lichtsignalanlagen und ähnlichen Signalgeräten des öffentlichen Verkehrs sind durch einschlägige Vorschriften Überwachungen zwingend. Diese Überwachungen beziehen sich vorzugsweise auf die Messung des durch die Lichtquelle fließenden Stromes der gegen einen Sollwert verglichen wird.

Bild 1 zeigt in vereinfachter Weise die Messung des Lampenstroms I_L für Gleichspannung und Bild 2 zeigt die Messung von I_L bei Wechselstromversorgung. Diese Verfahren haben generell den Nachteil, daß im Falle von Fehlströmen oder Alterungsvorgängen scheinbar immer die gleiche Lichtintensität der Lichtquelle registriert wird. Produktionsbedingte Unterschiede in der Lampenhelligkeit und im Lampenstrom müssen einzeln abgeglichen werden. Beim Auswechseln einer Lampe wäre dieser Abgleich vor Ort an der Lichtsignalanlage erforderlich.

Diesen Nachteil weist die in Bild 3 dargestellte Anordnung nicht auf. Sie mißt die tatsächlich abgestrahlte Lichtleistung. Diese Lichtleistung erfaßt aber nur einen Teil des visuellen Effekts den der Betrachter auf der Streufläche (Bild 4) beobachtet. Er erfaßt nicht die Verschlechterung des Kontrasts den einfallendes Sonnenlicht bewirkt.

Die meisten optischen Signalgeräte verwenden optische Mittel, wie Reflektoren, die das einfallende Sonnenlicht zu einem gewissen Anteil wieder zurücksenden. Der Photosensor kann nicht zwischen dem Licht der Lampe und dem reflektierten Sonnenlicht unterscheiden. Es ist durchaus möglich, daß das reflektierte Sonnen­ licht einen stärkeren Lichtstrom bewirkt als die Lichtquelle selbst. Damit wäre aber z. B. der Ausfall einer Lampe nicht erfaßbar.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung eine Anordnung zu beschreiben, das die oben genannten Nachteile nicht aufweist und außerdem zu einer Verbesserung in der Lampensteuerung verwendet werden kann. Es ist außerdem Aufgabe der Erfindung eine Anordnung und das zugehörige Verfahren zu beschreiben mit der die erfindungsgemäße Anordnung auf kontaktlosem Wege Statusmeldungen und Informationen nach außen überträgt, bzw. die Änderungsmitteilung von Parametern empfängt.

In Bild 4 ist die erfindungsgemäße Anordnung eines Signalgebers in seitlicher Ansicht und in Bild 5 in frontaler Ansicht dargestellt. In einem Lampengehäuse G (11) ist die Lampe L (12), ein Reflektor R (13) und die Schutzscheibe SS (14) in bekannter Weise enthalten. Der von der Lampe erzeugte Lichtstrom ⌀A (62) wird vom Reflektor (13) zurückgeworfen und an der Streufläche SF (15) diffus verteilt. Das einfallende Störlicht (Sonnenlicht) ⌀E (61) wird ebenfalls an der Streuscheibe SF (15) diffus reflektiert.

Zur Erfassung des Lichtstroms ⌀A (62) sind Sensoren S11. . . S13 (21 . . . 23) in der Nähe der Schutzscheibe auf einem ringförmigen Sensorhalter SH (27) montiert. Die zur Erfassung des einfallenden Störlichts ⌀E erforderlichen Sensoren S21 . . . S23 (24 . . . 26) befinden sich ebenfalls auf dem Sensorhalter SH (27). Die Sensoren weisen eine derartige Richtcharakteristik auf, daß sie im wesentlichen nur das senkrecht auftreffende Licht in ein entsprechendes proportionales elektrisches Signal umwandeln. Für beide Lichtrichtungen werden mehrere Sensoren (in Bild 4 und Bild 5 jeweils 3 Stück) verwendet. Durch den Vergleich zugehöriger Sensoren läßt sich ein fehlerhafter Sensor feststellen. Um den Sensorhalter SH (27) ist eine flache Anschlußleitung AL (28) gelegt, die die Sensoren mit der Sensorauswerte- Schaltung SA (40) verbindet. Von der Sensorauswerte-Schaltung SA (40) wird das Steuersignal für die Lampensteuerung LS (50) erzeugt und außerdem digitale Statusmeldungen an die übergeordnete Lichtsignalgesamtsteuerung generiert. Bild 6 zeigt die wesentlichen Schaltungsteile der Sensorauswerte-Schaltung SA (40) und der Lampensteuerung LS (50). Die Mikroprozessorsteuerung (41) mit dem zugehörigen Programmspeicher (43) erfaßt und bewertet mit Hilfe des steuerbaren Signalschalters (44) über den AD-Wandler (42) die Sensorsignale. Die Bewertung erfolgt in zweckmäßiger Weise durch Vergleich der aktuellen Signalhöhen mit im Referenzspeicher (45) abgelegten Referenzwerten. Diese Referenzwerte können fest vorgegeben werden oder aber in einer Form von selbständigem Lernen beim Inbetriebnehmen einer neuen Lampe erfaßt und abgespeichert werden. Letzterer Vorgang eliminiert gleichzeitig auch Ungenauigkeiten in der Sensoranordnung. Die Sensorauswerte-Schaltung SA (40) vergleicht einfallendes Störlicht ⌀E (61) und Lampenlicht ⌀A (62) und verändert über die Lampensteuerung LS (50) den Lampenstrom und damit das Lampenlicht derart, daß auf der Streufläche SF (15) immer gleicher Kontrast entsteht, d. h. bei geringem Störlicht, z. B. während der Nacht, wird der Lampenstrom reduziert. Außerdem kann die Sensorauswerte-Schaltung einen Abfall des Lampenlichtstroms erkennen und noch vor dem endgültigen Defekt der Lampe eine entsprechende Statusmeldung an die Lichtsignalgesamt-Steuerung abgeben.

Eine Reduzierung des Aufwands in der Sensorauswerte-Schaltung SA (40) kann erzielt werden wenn Sensoren S1x, S2x verwendet werden, die eine Wechselspannung erzeugen deren Frequenz proportional zum einfallenden Lichtstrom ist. Dadurch kann zumindest der AID-Wandler (42) entfallen.

Eine Vereinfachung der Anschlußleitung AL (28) ist durch Sensoren mit integrierter Adress-Schaltung zu erreichen. Erst nach Auswahl durch die festgelegte, seriell übermittelte Adresse, schaltet der Sensor das Sensorsignal auf die gemeinsame Sensormeldeleitung. Dieses als Polling bekannte Verfahren benötigt nur wenige Leitungen.

Die von der Sensorauswerte-Schaltung gebildeten Statusmeldungen werden in der Regel der Lichtsignalgesamtsteuerung übermittelt. Es kann aber auch von Vorteil sein, Meldungen nach außen, z. B. an vorbeifahrende Fahrzeuge (Linienbusse) zu übermitteln oder Daten zu empfangen die die Sensorauswerte-Schaltung selbst betreffen oder die Parameter für die Lichtsignalgesamtsteuerung darstellen. Für diesen Fall werden auf dem Sensorhalter SH (27) zusätzliche Infrarotempfangs­ dioden IE (31) und Infrarotsendedioden IS (32) aufgebracht, mit deren Hilfe die Sensorauswerte-Schaltung SA in bidirektionaler Weise und mit Hilfe von moduliertem Infrarotlicht den Datentransfer mit sich im Kopplungsbereich des Lichtsignalgebers befindlichen äußeren Geräten durchführen kann.

Mit der beschriebenen Anordnung in den verschiedenen Ausgestaltungen können umfassende Verbesserungen beim Einsatz von Lichtsignalanlagen erzielt werden.

Der dem Störlicht angepaßte Lampenstrom führt zu einer besseren Erkennbarkeit der Lichtsignalgeber. Bei einfallendem Sonnenlicht wird wie bisher die volle Lampenleistung erbracht, bei geringerem oder fehlendem Sonnenlicht wird die Lampenleistung reduziert. Der Betrachter wird nicht geblendet. Auf diese Weise erfüllen die Lichtsignalanlagen ihre Aufgabe in qualifizierter Form, die Sicherheit nimmt zu. Die reduzierte Lampenleistung führt zu einer deutlich längeren Lebens­ dauer der Lampen. Diese Tatsache und die Früherkennung von bevorstehenden Lampenausfällen bei Abfall der Lampenleistung reduzieren den teueren Einsatz von Servicefahrzeugen.

Mittels der bidirektionalen Infrarot-Datenübertragung können verschiedene Aufgaben vorteilhaft gelöst werden. Mit Hilfe eines geeigneten Gerätes kann z. B. die Polizei die Anlagen auf kontaktlosen Wegen umstellen.

Die Städte verfügen häufig über ein Ortungssystem das Infrarot-Baken verwendet. Die Fahrzeuge sind mit Infrarotgeräten ausgestattet die beim Vorbeifahren auch mit den Lichtsignalanlagen korrespondieren könnten. Zum Beispiel können die Lichtsignalanlagen Statusmeldungen abgeben, die den Zustand der Lampe oder anderer Teile der Anlage betreffen und die beim Einfahren in den Betriebshof vom Fahrzeugspeicher ausgelesen und überprüft werden. Sind die Lichtsignalanlagen über Leitungen mit einem zentralen Rechner verbunden können in umgekehrter Weise Daten oder Informationen vom Rechner an das vorbeifahrende Fahrzeug übermittelt werden.

Claims (9)

1. Anordnung zur Steuerung und Überwachung von vorzugsweise im Verkehr eingesetzten Lichtsignalgebern, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der von der Lampe L (12) erzeugte Lichtstrom ⌀A (62) als auch der vom Störlicht ⌀E (61) bewirkte Lichtstrom durch zugehörige Sensoren voneinander unabhängig erfaßt werden und daß eine Sensorauswerte-Schaltung SA (40) die Signalhöhe der verschiedenen Sensoren auswertet und dann durch ein Steuersignal die Lampen­ steuerung LS (50) derart beeinflußt, daß der Kontrast auf der Streufläche SF (15) der Schutzscheibe SS (14) für den Betrachter optimiert wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1 mit einem zusätzlichen drahtlosen Datenanschluß nach Außen, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Sensorschalter SH (27) zusätzlich Infrarotsensoren IE (31) und Infrarotsendedioden IS (32) angebracht sind, die über die Anschlußleitung AL (28) mit der Sensorauswerte-Schaltung SA (40) verbunden sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 zur Umsetzung der Lichtströme in elektrische Signale, dadurch gekennzeichnet, daß pro Lichtstrom ⌀E bzw. ⌀A mehrere Photodioden verwendet werden die dem Lichtstrom proportionale Ströme erzeugen.

4. Anordnung nach Anspruch 1 zur Umsetzung des Lichtströme in elektrische Signale, dadurch gekennzeichnet, daß pro Lichtstrom ⌀E bzw. ⌀A mehrere Photosensoren verwendet werden, die dem Lichtstrom proportionale Wechselspannungen abgeben.

5. Anordnung nach Anspruch 1, 3 und 4 zur Auswertung der Sensorsignale, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mikroprozessorschaltung (41) mit Programmspeicher (43) verwendet wird, die die Werte (Amplitude, Strom, Frequenz) der Sensorsignale mit im Referenzspeicher (45) abgelegten Referenzwerten vergleicht und daraus den Wert der Steuerspannung für die Lampensteuerung LS (50) ermittelt und außerdem Statusmeldungen wie "Lampe schwach" oder "Lampe defekt" generiert, die an verschiedene übergeordnete Steuerungsteile weitergeleitet werden.

6. Anordnung nach Anspruch 5 zur Erkennung von defekten Sensoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte des Verhältnisses von Signalwert und zugehörigem Referenzwert von zusammengehörigen Sensoren gegeneinander verglichen werden und bei starker Abweichung der Ausfall eines Sensors erkannt wird, der dann nicht mehr zur Auswertung herangezogen wird und daß eine entsprechende Fehlermeldung abgesetzt wird.

7. Anordnung nach Anspruch 2 zur Infrarot-Datenübertragung dadurch gekennzeichnet, daß die technischen Parameter der Infrarotstrecke den Normen von Fahrzeugen im öffentlichen Personennahverkehr angepaßt sind und damit in vorhandene Verkehrsleitsysteme eingebunden werden können.

8. Anordnung nach Anspruch 2 zur Beeinflussung der Lichtsignalanlage, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe der Infrarot-Datenübertragung über die Signalauswerte-Schaltung SA (40) auch Daten von und zur Lichtsignalgesamt­ auswertung übermittelt werden.

9. Anordnung nach Anspruch 1 und 5 zur Auswertung der Sensorsignale, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte im Referenzspeicher automatisch bei der ersten Inbetriebnahme ermittelt und abgespeichert werden.