CN112601317A - 一种隧道照明的智能控制*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道照明的智能控制***，其用于对隧道内的无级调光照明设备进行亮度控制，该***包括数据采集***、无线通信***以及电力载波***，数据采集***与无线通信***之间以及无线通信系与电力载波***之间单向通讯连接，并输出决策信号；数据采集***包括多普勒移动物体检测模块、TMR磁阻检测模块以及光照强度检测模块，并通过控制器与无线通信***通讯连接；无线通信***为Zigbee无线通信***；电力载波***使用簇树状网络进行通信，电力载波***通过分析决策信号，控制DAC引脚输出对应的模拟电压，模拟电压通过I/V变换电路转换后输出不同的控制电流来控制对应的照明设备亮度。本发明智能化程度高，控制效果好。
Description
技术领域
本发明涉及隧道工程配套设备制造技术领域，具体涉及一种隧道照明的智能控制***。
背景技术
在高速公路的建设中，隧道的安全合理性建设，占据很大比重，由于其环境相对封闭，空间狭小的问题，导致隧道内外光照强度值有很大的差距，而隧道照明是公路隧道行车安全的基本保障，在公路隧道建设和监控***中占有重要地位。隧道照明***又是公路隧道内高能耗***，对电能的消耗巨大，用电成本在公路隧道运营成本中占有很大比重。因此，对隧道照明节能技术的研究具有非常重要的现实意义和广阔的应用前景。
另外，人的眼睛对光照强度的感知有一个循序渐进的过程，当亮度突变超过了一定的量之后，人眼就会产生炫光效果，当车辆经过时这种炫光感将严重影响司机的正常视线，不利于通行安全。当隧道外部亮度大于隧道内部时，司机经过隧道时会产生“黑洞现象”，这是由于光线突变产生的，在这种情况下，司机很难立即分辨出隧道内部的情况，容易产生驾驶疲劳。当隧道内部亮度过高时，就会产生所谓的“白洞现象”，在这种情况下，司机走进隧道很容易出现眩光现象，严重时将导致人们晕眩，对人们的眼睛也有比较大的危害。这两种现象都不是我们需要的，我们需要的是一个相对稳定舒适的通行环境，使司机通过隧道时与在外界有一样的视觉享受，这就需要引入智能控制实现隧道内部光强的按需控制，这不同于传统意义上的预定亮度设置，它应该具有实时响应性、节能性，照明环境的质量直接影响了通行安全，不合理固化的照明设施不但严重浪费了电能，而且存在较大的安全隐患。
在隧道照明的亮度设计中，历史上存在明显的分水岭，在自动化程度发展不高，计算机技术不够成熟时大多数需要照明的隧道均采用人工控制方式，这种控制方式在当时通电困难的情况下适合当时的现状，但是在如今这个计算机技术高速发展的时代，这种落后的控制方式已经明显不能满足人们的需求了，这种情况下，隧道智能照明控制***应运而生，智能控制分为两种方式，分别为分级调光控制和无极调光控制。
在分级控制中，模拟隧道外部的几种光强情况，基本实现了隧道内部亮度的按需控制，是智能化的初步体现。但是现有技术中的这种控制方式感知方式单一，容错率低，隧道照明始终保持LED灯统一的亮度，这样的做法大大降低了LED灯的使用寿命，也是对电能极大的浪费；智能化程度低，不便于维护，同时不能很好的消除眩光现象，也不能达到很好的节能效果，对于较长的隧道环境，安全隐患就慢慢突显出来了。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种隧道照明的智能控制***，对隧道照明***进行智能控制，在车流量较少或没有车辆经过时降低LED灯的亮度，同时，结合洞外光照强度，调节洞内照明所需亮度，以实现电能的最大利用率，减少资源的浪费，以解决上述技术背景中的缺陷。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种隧道照明的智能控制***，用于对隧道内的无级调光照明设备进行亮度控制，其包括数据采集***、无线通信***以及电力载波***，数据采集***与无线通信***之间以及无线通信系与电力载波***之间单向通讯连接，并输出决策信号；
所述数据采集***包括设置于隧道洞外的多普勒移动物体检测模块、TMR磁阻检测模块以及光照强度检测模块，多普勒移动物体检测模块与TMR磁阻检测模块用于收集隧道来车的速度信息以及车辆的数量，光照强度检测模块用于检测洞外的光照强度信息；多普勒移动物体检测模块、TMR磁阻检测模块与光照强度检测模块连接控制器，并通过控制器与所述无线通信***通讯连接；
所述无线通信***为Zigbee无线通信***，包括若干Zigbee节点，不同的Zigbee节点之间能进行相互通讯和比较，并进行数据传输、矫正以及错误数据的剔除；
所述电力载波***使用簇树状网络进行通信，通过不同级节点对传输信号进行增强处理，电力载波***通过分析决策信号，控制DAC引脚输出对应的模拟电压，模拟电压通过I/V变换电路转换后输出不同的控制电流来控制对应的照明设备亮度。
作为进一步限定，所述控制器为STM32系列单片机。
作为进一步限定，所述TMR磁阻检测模块的数据收集动作方式为：利用TMR捕获地磁场的变化信号，并利用内置滤波电路对TMR产生的微弱差分信号进行滤波处理，去除噪声干扰后再利用信号放大电路进行信号放大处理，放大倍数为1500~3000倍，然后再次进行滤波处理，去除噪音干扰即得到决策信号。
作为进一步限定，所述多普勒移动物体检测模块的数据收集动作方式为：利用微波多普勒传感器作为信号拾取单元，通过比较发射波与反射波的频率变化来判断有无移动物体，在探测到有移动物体接近时，通过隔直通交流信号处理，滤除静态信号，并将有效信号利用信号放大电路进行信号放大处理，放大后的信号为不规则的正弦信号，将该不规则的正弦信号通过滞回比较器进行处理后得到方波信号，即为决策信号。
作为进一步限定，所述Zigbee节点负责数据的无线传输，与上下层***均使用USART通信，波特率均为115200。
作为进一步限定，所述无线通信***中不同的Zigbee节点之间的数据传输优先级不同，不同的Zigbee节点中距离发射数据的Zigbee节点越近数据接收的优先级越高。
有益效果：本发明的一种隧道照明的智能控制***集信息采集、传输、控制于一体，以构建高速公路隧道照明智能控制***为目标，以实现隧道照明的智能化、节能化、通行安全化为宗旨，综合运用无线通信技术，多传感器信息处理技术，电力载波技术，对车辆通行信息与隧道外部亮度信息综合分析，并运用分析结果实现对隧道LED灯的无极调光控制，具有更高的准确率，更为智能的控制手段，能根据隧道不同路段调整隧道内照明***的调光需求，并采用电力载波的通信方式，配合zigbee组网的低功耗、短距离无线通信技术，方便安装部署、运维，减少噪声干扰和衰减的问题，以保证通信的稳定性，并提升***智能化水平，以达到节能环保的目的。
附图说明
图1为本发明的较佳实施例的***架构示意图。
图2为本发明的较佳实施例的数据采集***架构图。
图3为本发明的较佳实施例的TMR信号处理流程图。
图4为本发明的较佳实施例的多普勒模块信号处理流程图。
图5为本发明的较佳实施例的无线通信***的通信原理图。
图6为本发明的较佳实施例的电力载波控制图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参见图1的一种隧道照明的智能控制***的较佳实施例，***考虑隧道内外的亮度差和车流量，通过这两种因素来决定隧道照明质量，用于控制隧道内的照明单元，在本实施例中，隧道内的照明单元采用采用无级调光控制的LED灯具，隧道照明区分为入口段、过渡段、中间段、出口段四部分，不同隧道段的灯光根据需要调节发光功率。
隧道照明的智能控制***包括数据采集***、无线通信***以及电力载波***，其数据采集***包括部署在隧道洞外的多普勒移动物体检测模块与TMR磁阻检测模块，检测到车辆的数量、速度信息，光照强度检测模块检测洞外的光照强度信息，并将这些信息处理后发送给zigbee模块，zigbee模块再将数据转发给隧道内的照明控制器，照明控制器将外光照强度值，作为亮度调节指令，通过电力载波发送到照明端。这就使得隧道洞内的照明灯与洞外光照强度保持一致，而防止“黑洞现象”与“白洞现象”。
由于照明***通过无级调光模式使得所有照明灯亮度与洞外光照强度一致，而且越靠近洞口的照明灯需要调高的亮度越低，而不是传统的将所有照明灯功率调到一致。这就大大的节省了电能资源，达到了绿色环保，节约能源的目的。
在本实施例中，数据采集***作为整个控制***的决策信号的来源，直接决定了整个控制***的优劣，其架构如图2所示，其中对于车辆信息的采集只关心车辆的有无，而不必取考虑车型、车速，当多普勒移动物体检测模块、TMR磁阻检测模块检测到车辆到来信息时，经过信号处理电路，它们都会输出高电平信号，在本实施例中，控制器为STM32系列单片机，用于采集上述信号作出相应的操作处理；对于外界的光照强度信息则需要知道准确的光照度，以便控制LED灯的亮度调节。
其在利用TMR磁阻检测模块获取数据时，按照图3所示流程进行，先利用TMR捕获地磁场的变化信号，并利用内置滤波电路对TMR产生的微弱差分信号进行滤波处理，去除噪声干扰后再利用信号放大电路进行信号放大处理，放大倍数为2000倍，然后再次进行滤波处理，去除噪音干扰即得到决策信号。
其在利用多普勒移动物体检测模块获取数据时，按照图4所示流程进行，其利用微波多普勒传感器作为信号拾取单元，通过比较发射波与反射波的频率变化来判断有无移动物体，在探测到有移动物体接近时，通过隔直通交流信号处理，滤除静态信号，并将有效信号利用信号放大电路进行信号放大处理，放大后的信号为不规则的正弦信号，将该不规则的正弦信号通过滞回比较器进行处理后得到方波信号，即为决策信号。
而Zigbee无线通信***作为连接数据采集***与电力载波通信控制***的桥梁，在本发明中只负责数据的无线传输，不进行数据处理，与上下层***均使用USART通信，波特率均为115200。各节点的通信原理图如图5所示，以节点四为例，它会接受到节点1、节点2、节点3的传输信息，其中节点3的发送优先级最高，节点2次之，如果节点4由于某种原因没有收到节点3的数据，此时节点2将代替节点3的路由功能，保证通信网络畅通无阻。
在电力载波通信***中，使用簇树状网络进行通信，每一级节点都相当于一个路由器，对传输信号进行增强处理，避免了信号在输电线中的衰减问题，信号在输电线中的传输流程如图6所示，在隧道入口段第一个STM32模块接收来自Zigbee网络的传输信息，并把决策信号通过KQ330模块发送给输电线，转化为电力载波通信方式，以供下级STM32模块采集使用，同时模块本身根据决策信息，通过DAC引脚输出对应的模拟电压，通过I/V变换电路，输出4-20mA的控制电流，控制LED灯恒流驱动源输出对应的驱动电流。隧道照明区分为入口段、过渡段、中间段、出口段四部分，LED灯节点所处的节点位置不同，收到同样的决策信号所作出的处理也不同，对不同段的节点要进行不同的数据处理，以满足实际照明需求来进一步节省电能，同时延长灯具使用寿命，以求最终达到节能效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种隧道照明的智能控制***，用于对隧道内的无级调光照明设备进行亮度控制，其特征在于，包括数据采集***、无线通信***以及电力载波***，数据采集***与无线通信***之间以及无线通信系与电力载波***之间单向通讯连接，并输出决策信号；
所述数据采集***包括设置于隧道洞外的多普勒移动物体检测模块、TMR磁阻检测模块以及光照强度检测模块，多普勒移动物体检测模块与TMR磁阻检测模块用于收集隧道来车的速度信息以及车辆的数量，光照强度检测模块用于检测洞外的光照强度信息；多普勒移动物体检测模块、TMR磁阻检测模块与光照强度检测模块连接控制器，并通过控制器与所述无线通信***通讯连接；
所述无线通信***为Zigbee无线通信***，包括若干Zigbee节点，不同的Zigbee节点之间能进行相互通讯和比较，并进行数据传输、矫正以及错误数据的剔除；
所述电力载波***使用簇树状网络进行通信，通过不同级节点对传输信号进行增强处理，电力载波***通过分析决策信号，控制DAC引脚输出对应的模拟电压，模拟电压通过I/V变换电路转换后输出不同的控制电流来控制对应的照明设备亮度。
2.根据权利要求1所述的隧道照明的智能控制***，其特征在于，所述控制器为STM32系列单片机。
3.根据权利要求1所述的隧道照明的智能控制***，其特征在于，所述TMR磁阻检测模块的数据收集动作方式为：利用TMR捕获地磁场的变化信号，并利用内置滤波电路对TMR产生的微弱差分信号进行滤波处理，去除噪声干扰后再利用信号放大电路进行信号放大处理，放大倍数为1500~3000倍，然后再次进行滤波处理，去除噪音干扰即得到决策信号。
4.根据权利要求1所述的隧道照明的智能控制***，其特征在于，所述多普勒移动物体检测模块的数据收集动作方式为：利用微波多普勒传感器作为信号拾取单元，通过比较发射波与反射波的频率变化来判断有无移动物体，在探测到有移动物体接近时，通过隔直通交流信号处理，滤除静态信号，并将有效信号利用信号放大电路进行信号放大处理，放大后的信号为不规则的正弦信号，将该不规则的正弦信号通过滞回比较器进行处理后得到方波信号，即为决策信号。
5.根据权利要求1所述的隧道照明的智能控制***，其特征在于，所述Zigbee节点负责数据的无线传输，与上下层***均使用USART通信，波特率均为115200。
6.根据权利要求1所述的隧道照明的智能控制***，其特征在于，所述无线通信***中不同的Zigbee节点之间的数据传输优先级不同，不同的Zigbee节点中距离发射数据的Zigbee节点越近数据接收的优先级越高。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210402 |
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