CN202634837U - 一种智能道路照明***中区域回路控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种智能道路照明控制***中的区域回路控制器。所述区域回路控制器与PC机和现场节点控制器组成一种实时感知外界环境变化和照明***服务主体，可以远程提供高照明质量的道路照明控制***。区域回路控制器连接PC机和现场节点控制器，是智能照明控制***的中枢，区域回路控制器与现场节点控制器构成主从式结构，解析并实现PC机的控制策略和管理信息查询。如图所示，所述区域回路控制器包括电源模块，控制核，时钟模块，人机交互模块，控制模式选择，***设置模块，诊断接口，通信模块，交通信息采集模块，外部信息采集模块，显示模块接口。该区域回路控制器与现场节点控制器及PC机构成了高效照明，智能化控制，节能降耗，按需照明为一体的新型应用***。

Description

一种智能道路照明***中区域回路控制器

技术领域

本实用新型涉及一种智能道路照明***中区域回路控制器。

背景技术

在道路照明领域，控制策略上目前国内大部分城市的道路照明管理***仍在沿用简单的定时控制方式。这些***普遍存在着难以反馈路灯运行状态信息、难以进行远程控制等局限，基本没有节电效果。

现有的道路照明回路控制器其输入、输出通道少，人机交互功能差。公开号CN201230391Y专利《LED路灯分时段控制装置》，把一天24小时分为若干时间段，不同的时段产生不同宽度的脉冲，脉冲控制驱动电路点亮LED灯，优点在于引入LED路灯亮度多级控制和分时段概念，缺点在于缺乏对路段实时数据进行灵活控制。公开号CN102307414A专利《基于测定车流量的智能路灯***》提出一种测定车流量的智能路灯***，实现了道路照明中有车即亮、无车即熄的功能，该专利优点在于具有车辆感应效果，缺点是只能对路灯打开与关闭两种状态调节，只有在车行驶至该节点时，路灯才能亮起，增加了照明***的不安全因素。

所述区域回路控制器通过照度传感器，车辆监测器采集到现场亮度信息和车辆通过信号，主动感知信息后，通过一定的节能控制模型，实时调控网络化的照明光源，在满足照明质量的基础上进行节能控制，智能化控制，以节能降耗，按需照明为目的的新型应用***。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种智能道路照明***中区域回路控制器。

本实用新型提出的智能道路照明***中区域回路控制器，由电源模块1、控制核2、时钟模块3、人机交互模块4、控制模式选择5、***设置模块6、诊断接口7、通信模块8、交通信息采集模块9、外部信息采集模块10和显示模块接口11组成，控制核2分别与人机交互模块4、控制模式选择5和***设置模块6进行双向连接，控制核2的输入端分别与时钟模块3、交通信息采集模块9、外部信息采集模块10的输出端连接，控制核2的输出端分别连接显示模块接口11和诊断接口7的输出端连接，控制模式选择5与通信模块8进行双向连接，控制核2、时钟模块3、人机交互模块4、控制模式选择5、***设置模块6、诊断接口7、通信模块8和交通信息采集模块9、外部信息采集模块10和显示模块接口11分别连接电源模块1；其中：

电源模块1输出两档电源电压+5V和+3.3V，电源模块1的+5V输出端分别连接控制核2、时钟模块3、人机交互模块4、控制模式选择5、***设置模块6、诊断接口7、通信模块8和交通信息采集模块9和显示模块接口11的电源端，电源模块1的+3.3V输出端连接外部信息采集模块10的电源端；

车辆采样传感器模块9输出电平通过GPIO口送入控制核2中，外部信息采集模块10通过I²C总线连接至控制核2的I²C内置模块上；

控制模式选择5连接控制核2的UART0模块引脚，***设置模块6连接控制核2的UART1模块引脚；

控制核2的UART1使用内置定时器通过GPIO口产生PWM波，连接至人机交互模块4的PWM输入端；

控制模式选择5的TX和RX脚分别连到通信模块8的RX和TX脚，用于与RTU进行数据通信。

本实用新型中，所述交通信息采集模块9包括车辆采样传感器模块，所述车辆采样传感器模块上设有感应线圈，感应线圈上方采用红外线传感器或声纳传感器。

本实用新型中，所述外部信息采集模块10采用照度计。

本实用新型中，所述区域回路控制器用于智能道路照明***中，所述区域回路控制器的显示模块接口与PC机进行双向连接，区域回路控制器的诊断接口连接现场节点控制器，现场节点控制器为个数视具体情况而定，现场节点控制器之间进行双向连接；区域回路控制器与现场节点控制器采用主从式控制结构，由一个区域回路控制器控制一个路段的多个现场节点控制器，向现场节点控制器发送亮度信息和车辆通过信息查询帧，接收查询回应帧；向现场节点控制器发送亮度调整帧，从而对各路段的路灯照度实施控制；区域回路控制器与PC机相连，区域回路控制器用于是解析并实现控制策略和管理信息查询。

本实用新型中，区域回路控制器与现场节点控制器采用总线环方式控制结构，在跨路段连接处，为保证照明效果的连续性，区域回路控制器之间传递交通信息和道路照明控制信息，实施路段间的路灯联控。区域回路控制器负责采集道路路段政策数据、天气、光照时间、光照度等外部数据以及车辆位置、车流量、车速等实时交通信息数据。

本实用新型中，所述PC机与区域回路控制器15的通讯采用RS232总线、GSM、GPRS或自定义协议中任一种。

本实用新型中，所述区域回路控制器15与现场节点控制器采用RS485总线通讯，通讯协议遵从MODBUS通讯协议。

本实用新型中，区域回路控制器与现场节点控制器构成主从式结构，采用MODBUS协议进行通信，通信介质采用双绞线，物理层采用RS485总线。485总线传输距离长，具有良好的抗干扰能力。现场节点控制器作为现场控制节点，对被控路段的路灯亮度进行PWM输出控制，同时还具有采集车辆信息和环境照度信息的功能。而现场控制节点在非感知模式下必须收到区域回路控制器发送的亮度调整命令才能进行改变路灯亮度。区域回路控制器负责对回路内各个现场节点控制器采集信息进行更新，当接收到PC机的信息请求时，将所需信息进行整合并上传给PC机，同时区域回路控制器可以按照PC机指定的控制策略对回路内指定的现场控制节点发送亮度调整命令。与传统***不同之处在于，在现场节点控制器以结构体的形式将路灯亮度设定等级信息存储在寄存器对象内，将车辆通过信息存储在离散输入对象内，还存储了感知开关量。PC机可向区域回路控制器请求回路内所有或部分节点的车辆通过情况，也可查询路灯亮度设定等级，如果设定值与查询结果不符，可及时判断出现场控制节点中亮度设定故障。

本实用新型中，区域回路控制器根据主要实现功能分为三类：信息采集部分，调光部分和通讯部分。信息采集部分包括车辆采样传感器模块（感应线圈、上方采用红外线传感器或声纳传感器），当车辆通过现场节点时，现场节点能实时感应到车辆通过信息，并将转换电平通过GPIO口送入控制核2中。调光部分使用定时器输出PWM波，通过多级PWM调光芯片进行电流控制。通讯部分采用两路独立总线，LTU与RTU间通过485通讯模块通讯，区域回路控制器与PC机之间的通讯采用232通讯模块，在232通讯模块上还外置GSM/GPRS模块扩展了无线通讯功能。***从通用性和交互性的角度考虑，保留了显示模块接口以及扩展功能GPIO接口。

    本实用新型中，区域回路控制器软件***的第三步会询问是否采用感应模式,如果是，则节点在采集到有车辆通过时自动调整该路段路灯亮度为高亮。利用单点控制可实现多样化的控制，PC机监控部分发送控制命令使区域回路控制器进行基于自定义模式、维护模式、紧急模式、节假日模式、正常模式的运行。通过模式组合与切换，结合控制策略，可实现多种控制效果。

传统道路照明***中路灯统一开关，统一亮度变化，这使得路灯的控制不具有智能性，本实用新型的智能道路照明***中区域回路控制器，通过照度传感器，车辆监测器采集到现场亮度信息和车辆通过信号，进行车辆方向和行驶速度的判断机制，实时调控网络化的照明光源，预先将行驶前方路段的路灯进行亮度控制，在大大减少能源消耗同时，又能确保车辆安全行驶的需求。该区域回路控制器与现场节点控制器及PC机构成了高效照明，智能化控制，节能降耗，按需照明为一体的新型应用***。

附图说明

图1是本实用新型中区域回路控制器与现场节点控制器和PC机的通信连接图。

图2是本实用新型中区域回路控制器的***构成图。

图3是本实用新型中区域回路控制器的电源模块1的电路图。

图4是本实用新型中区域回路控制器中人机交互模块4的具体实施例——PWM调光模块的电路图。

图5（a）是区域回路控制器中的控制模式5的具体实施例——232通讯模块电路图，（b）是区域回路控制器中***设置模块6的具体实施例——485通讯模块电路图。

图6是本实用新型区域回路控制器中交通信息采集模块9的具体实施例——车辆传感器采样电路。

图7是本实用新型区域回路控制器中外部信息采集模块10的具体实施例——照度采样模块的电路图。

图8是区域回路控制器的智能控制模块的软件设计流程图。

图中标号：1为电源模块，2为控制核，3为时钟模块，4为人机交互模块，5为控制模式选择，6为***设置模块，7为诊断接口，8为通信模块，9为交通信息采集模块，10为外部信息采集模块，11为显示模块接口，12为5V电源调整模块，13为3.3V电源调整模块，14为PC机，15为区域回路控制器，16为现场节点控制器。

具体实施方式

为了能够清楚地理解本实用新型专利的技术内容，特详细说明。

实施例1：如图1所示，本实用新型的区域回路控制器15与PC机14和现场节点控制器16构成基于感知的智能道路照明节能控制***。其中PC机14监控中心与区域回路控制器15的通讯可以采用有线方式RS232总线，或者无线方式GSM/GPRS，PC机14与区域回路控制器之间采用自定义协议。区域回路控制器15与多个现场节点控制器16采用RS485总线通讯，通讯协议遵从MODBUS通讯协议。

区域回路控制器15与现场控制节点之间的MODBUS通讯由区域回路控制器发起，分为MODBUS查询与调整两类。

区域回路控制器MODBUS查询帧格式由访问节点号，功能码，起始地址，字节数，校验码组成。现场控制节点查询回应帧格式由现场控制节点号，功能码，字节数，数据值，校验码组成，其中功能码02表示查询车辆通过信息，04表示查询亮度等级信息。例如区域回路控制器向485总线发送“01 02 00 00 00 01 B9 CA”，则01号现场控制节点回应“01 02 01 00 A1 88”表示01号节点无车辆通过，“01 02 01 01 60 48”表示01号节点有车辆通过。区域回路控制器向485总线发送“01 04 02 00 01 78 F0”查询01号节点亮度等级信息，01号现场控制节点回应 “01 04 02 00 01 78 F0”表示1号节点低等亮度，若为“01 04 02 00 02 38 F1”表示高等亮度，“01 04 02 00 00 B9 30”表示关闭。

区域回路控制器MODBUS调整帧格式由访问节点号，功能码，起始地址，数据值，校验码组成。现场控制节点调整回应帧格式相同。功能码06表示亮度等级调整，05表示感知开关调整。例如区域回路控制器向485总线发送“01 06 00 00 00 02 08 0B”修改01号现场控制节点亮度等级高亮，若01号现场控制节点回应“01 06 00 00 00 02 08 0B”表示亮度等级修改成功。

区域回路控制器与PC机之间的通讯由PC机发起。帧格式由PC端地址，区域回路控制器地址，功能码，数据域，校验域组成，帧长度为8个字节。功能码0x1000表示车辆信息查询，0x2000表示亮度等级查询，0x0011表示进入全高亮模式，0x0021表示进入全低亮模式，0x0041表示进入全关闭模式，0x0031表示进入选择性高亮模式，0x0051表示进入选择性低亮模式，0x0061表示进入选择性关闭模式，0x0101表示进入智能感知模式。

例如PC机发送车辆信息查询命令“AA 55 10 00 01 55 D1 72”后，由数据域判断查询节点数，每2个bit表示一个需查询的现场控制节点，0x0155H表示查询1~5现场控制节点。区域回路控制器依次向被选择的现场控制节点发送MODBUS车辆信息查询帧，得到各回复帧后将信息整合，向PC机返回回应帧，在回应帧中将功能码加0x8000以示区别，数据域为0x0001H表示现场控制节点1有车辆通过，没有被查询的现场控制节点默认返回00B。PC机发送亮度等级查询命令时与之类似，除功能码不同外，区别在于回应帧数据域，每2个bit表示相应的现场控制节点路灯亮度，00B表示关，01B表示低亮，02表示高亮。例如：0x0155H表示现场控制节点1~5为低亮，0x0001H表示现场控制节点1为低亮。没有被查询的现场控制节点默认返回00B。

PC机发送选择性高亮模式命令“AA 55 10 00 01 55 D1 72”，数据域每1位表示一个现场控制节点，1表示改变，0表示不改变。0x0155表示将回路内1,3,5节点调节路灯亮度为高亮,其它节点亮度保持不变。区域回路控制器与被选的现场控制节点间进行MODBUS亮度调整帧交互，再向PC端发送回应帧，表示操作成功。

PC机发送工作模式命令“AA 55 01 01 FF FF 45 91”，区域回路控制器进入车辆智能感知模式。在该模式下，区域回路控制器先开启各现场控制节点的智能感知开关，并将现场控制节点亮度恢复成全低亮。回路内所有节点的路灯随车辆信息的情况进行调节，区域回路控制器不断轮询现场控制节点，发现连续两点有车辆通过，则判断车辆方向，区域回路控制器控制车辆通过节点和下一节点选择性高亮，行驶过的节点低亮。若改变方向，沿反方向调整路灯亮度。

图2是本实用新型中LTU内部结构图。本实用新型中LTU装置包括电源模块1、控制核2、时钟模块3、人机交互模块4、控制模式选择5、***设置模块6、诊断接口7、通信模块8、交通信息采集模块9、外部信息采集模块10和显示模块接口11。其中：控制核2采用AVR公司8位单片机mega128，时钟模块3采用实时时钟芯片DS1302，控制模式选择5采用232通信模块，***设置模块6采用485通信模块，诊断接口7采用JTAG调试接口，通信模块8采用GPRS/GSM通信模块，交通信息采集模块9采用车辆采样传感器模块，路面下铺设感应线圈和接收转换装置组成，外部信息采集模块10采用照度计采集照度，提供网络接口采集地理位置、政策信息等数据。

    (1)电源模块1输出两档电源电压+5V和+3.3V，+5V输出端连接单片机mega128，实时时钟芯片DS1302，人机交互模块4，232通信模块，485通信模块，JTAG调试接口，GPRS/GSM模块，车辆采样传感器模块，显示模块接口11的电源端。+3.3V输出端连接外部信息采集模块10的电源端；

(2)车辆采样传感器模块9输出电平通过GPIO口送入单片机mega128中，外部信息采集模块10通过I²C总线连接至单片机mega128的I²C内置模块上；

(3)控制模式选择5连接控制核2即单片机mega128的UART0模块引脚上，***设置模块6连接控制核2的UART1模块引脚上；

(4)单片机mega128的UART1使用内置定时器通过GPIO口产生PWM波，连接至人机交互模块4的PWM输入端；

(5)控制模式选择5的TX和RX脚连到通信模块8的RX和TX脚，用于与RTU进行数据通信。

图3为本实用新型中区域回路控制器的电源模块1的电路图，电源模块电路中采用外部变压器提供9V直流电，由5V电源调整模块12经LM7805稳压管稳压到5V直流电压VCC5；由3.3V电源调整模块13通过SPX1117-3.3开关电源调节器得到3.3V直流电压VCC3.3。

图4是本实用新型中区域回路控制器中人机交互模块4的具体实施例——PWM调光模块的电路图。该模块主要采用MBI1804模块，VDD端接5V直流电源；D1为LED光源，正接于电源和MBI1804的OUT1端；R1与R2并联接到R-EXT端，另一端接地，调整R1和R2的大小可设定MBI1804的最大输出电流，理论可调范围为40~240mA；~OE端口支持PWM连续调光，调光范围0%~100%，经微控制器的PWM输出端输出占空比为30%、 50%、80%和100%的方波可使路灯呈现高、中、低，关闭四档亮度。

图5（a）是本实用新型中区域回路控制器中的控制模式5的具体实施例——232通讯模块的电路图。该232电平转换模块15采用MAX232，将控制核2（如Mega128单片机）UART引脚输入输出的TTL电平转换成232电平。

图5（b）是本实用新型中区域回路控制器中***设置模块6的具体实施例——485总线接口。该模块采用MAX485，允许一段总线上最多有32个节点，控制核2（如Mega128单片机）的信号到MAX485的RC0端，DE0为收发使能，信号再由485A，485B输出，R20为匹配电阻，R7接在电源和485A间，R8接在地和485B间，R7和R8可保持正常工作时AB线电压差高于0.2V，总线空闲时始终为逻辑“0”。

图6是本实用新型区域回路控制器中交通信息采集模块9的具体实施例——车辆传感器采样电路。在传感器Car_sensor和采样端口CAR_DIG之间添加了一个光耦TLP521，可以起到抑制噪声，防止误操作的作用，TLP521导通时的反应时间仅有几微秒，发光侧1mA以上的电流就可以使光耦导通，TLP521每个端口都用大电阻接到地，减少干扰。正常状态下无车辆通过，Car_sensor2端的电平被拉低，光耦不导通，采样端口CAR_DIG的电平在下拉电阻的作用被拉低，输出低电平“0”；车辆通过时传感器导通，sensor2端的电平被拉高，导通电流在5mA左右，三极管侧相应导通，采样端口CAR_DIG的电平被拉高输出“1”，车辆通过后，传感器断开，光耦1端的电平恢复为“0”。

图7是本实用新型中区域回路控制器中外部信息采集模块10的具体实施例——照度采样模块电路图。该模块使用BH1750传感器，其SCL，SDA信号线通过I2C总线与控制核2（如Mega128单片机）对应引脚连接，进行通讯。其中上拉电阻R17，R18影响I2C的通讯速率，阻值越大，所允许的速率就越小。R15，R16为匹配电阻，同样影响I2C的通讯速率。

图8为LTU控制***主架构程序流程图，通过该主架构来控制区域回路控制器进入到何种工作模式状态。主要流程叙述如下：

(1)开机自检和***初始化，主要检测区域回路控制器的硬件工作状态和区域回路控制器各组成模块初始化；

(2)***运行参数设置，主要用于设定***工作模式，网络数据服务器地址，数据源采样时间间隔，通信控制参数等；

(3)外部数据信息检测，用于采集外部网络数据，如政策数据、当前天气信息（冬季、夏季、阴天、雨天、晴天等）、道路信息（车道信息、LED路灯安装距离等）、交通信息（相邻LTU信息、工作日/休息日、历史交通流量等），并依据这些信息生成道路照明控制策略；

(4)若没有设定工作模式，转到(2)；

(5)依据设定的工作模式，转到自定义模式、维护模式、紧急模式、节假日模式和正常模式中的一种工作模式，开始执行指定工作模式中的程序任务；

(6)工作模式任务执行完毕后，如果需要停机，则退出***；

(7)如果不需要停机，只是需要***复位，则转到(1)；

(8)如果不需要***复位，则转到(3)。

Claims (6)

1.一种智能道路照明***中区域回路控制器，由电源模块(1)、控制核(2)、时钟模块(3)、人机交互模块(4)、控制模式选择(5)、***设置模块(6)、诊断接口(7)、通信模块(8)、交通信息采集模块(9)、外部信息采集模块(10)和显示模块接口(11)组成，其特征在于控制核(2)分别与人机交互模块(4)、控制模式选择(5)和***设置模块(6)进行双向连接，控制核(2)的输入端分别与时钟模块(3)、交通信息采集模块(9)、外部信息采集模块(10)的输出端连接，控制核(2)的输出端分别连接显示模块接口(11)和诊断接口(7)的输出端连接，控制模式选择(5)与通信模块(8)进行双向连接，控制核(2)、时钟模块(3)、人机交互模块(4)、控制模式选择(5)、***设置模块(6)、诊断接口(7)、通信模块(8)和交通信息采集模块(9)、外部信息采集模块(10)和显示模块接口(11)分别连接电源模块(1)；其中：

电源模块(1)输出两档电源电压+5V和+3.3V，电源模块(1)的+5V输出端分别连接控制核(2)、时钟模块(3)、人机交互模块(4)、控制模式选择(5)、***设置模块(6)、诊断接口(7)、通信模块(8)和交通信息采集模块(9)和显示模块接口(11)的电源端，电源模块(1)的+3.3V输出端连接外部信息采集模块(10)的电源端；

车辆采样传感器模块(9)输出电平通过GPIO口送入控制核(2)中，外部信息采集模块(10)通过I²C总线连接至控制核(2)的I²C内置模块上；

控制模式选择(5)连接控制核(2)的UART0模块引脚，***设置模块(6)连接控制核(2)的UART1模块引脚；

控制核(2)的UART1使用内置定时器通过GPIO口产生PWM波，连接至人机交互模块(4)的PWM输入端；

控制模式选择(5)的TX和RX脚分别连到通信模块(8)的RX和TX脚，用于与RTU进行数据通信。

2.根据权利要求1所述的智能道路照明***中区域回路控制器，其特征在于所述交通信息采集模块(9)包括车辆采样传感器模块，所述车辆采样传感器模块由感应线圈，或者红外线传感器或声纳传感器来采样车辆的通过信息。

3.根据权利要求1所述的智能道路照明***中区域回路控制器，其特征在于所述外部信息采集模块(10)采用照度计。

4.根据权利要求1所述的智能道路照明***中区域回路控制器，其特征在于所述区域回路控制器用于智能道路照明***中，所述区域回路控制器的显示模块接口与PC机进行双向连接，区域回路控制器的诊断接口连接现场节点控制器，现场节点控制器之间进行双向连接。

5.根据权利要求4所述的智能道路照明***中区域回路控制器，其特征在于所述PC机与区域回路控制器(15)的通讯采用RS232总线、GSM、GPRS或自定义协议中任一种。

6.根据权利要求4所述的智能道路照明***中区域回路控制器，其特征在于所述区域回路控制器(15)与现场节点控制器采用RS485总线通讯，通讯协议遵从MODBUS通讯协议。

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