一種led路燈智能控制器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種LED路燈智能控制器，包括電源、光敏傳感器、取樣電路、信號調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、微處理器、驅(qū)動器、LED路燈電源和LED路燈；所述光敏傳感器、取樣電路、信號調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、微處理器構(gòu)成自然光照測量系統(tǒng)，所述微處理器、驅(qū)動器、LED路燈電源和LED路燈構(gòu)成LED路燈驅(qū)動系統(tǒng)。本實用新型與已有技術(shù)相比有以下優(yōu)點：能根據(jù)黃昏時分自然光照強度特征，自動調(diào)節(jié)LED路燈光照強度，充分利用自然光，在保證整體光照強度（即LED路燈光照與自然光照之和）不變的前提下，降低了LED路燈的能耗。
【專利說明】
-種LED路燈智能控制器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型屬于路燈，具體設(shè)及一種L邸路燈控制器。 技術(shù)背景
[0002] 目前，L抓路燈在道路照明、城市亮化工程等領(lǐng)域中獲得了廣泛應(yīng)用，其控制方式 大多為分為人工控制或定時控制兩類。運兩種控制方式簡單，但存在明顯缺陷:不能根據(jù)天 氣情況或外界自然光情況自動調(diào)節(jié)Lm)路燈的光照強度，從而造成電能浪費。為解決運個問 題，許多學者和工程師進行了大量的研究工作，試圖降低LED路燈的能耗。陳曉艷等利用 GPRS和ZigBee設(shè)計了一種L抓路燈智能監(jiān)控系統(tǒng)r基于GPRS與Zi濁ee的L抓路燈智能控制 系統(tǒng)設(shè)計"，陳曉艷、高偉、秦歡，《電子測量技術(shù)》，2013年10月），李蓮等利用模糊控制方法 設(shè)計了 Lm)路燈=級節(jié)能控制方法(全功率、半功率、全關(guān)閉）（"基于模糊控制的Lm)路燈控 制系統(tǒng)的理論研究"，李蓮、李立，《照明工程學報》，2012年4月），劉春玲等利用Lm)驅(qū)動忍片 HV9910設(shè)計了 LED路燈自適應(yīng)調(diào)光電路TLrn)路燈自適應(yīng)調(diào)光無線控制器"，劉春玲、王道 乾、崔文沖，《迂寧工程技術(shù)大學學報》（自然科學版），2015年1月）。運些方法能在一定程度 上降低L邸能耗，但是控制方式過于簡單，節(jié)能效果有待進一步提高。 【實用新型內(nèi)容】
[0003] 本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種L抓路燈控制器，能根據(jù) 黃昏時分自然光照強度緩慢變?nèi)醯奶卣?，自適應(yīng)地控制Lm)路燈光照逐漸變強，補償整體光 照強度，保持整體光照強度不變，充分利用自然光，W達到節(jié)能的目的。
[0004] 本實用新型的目的通過下述技術(shù)方案予W實現(xiàn)：
[0005] 本實用新型提供的Lm)路燈控制器，包括電源、光敏傳感器、取樣電路、信號調(diào)理電 路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、微處理器、驅(qū)動器、L邸路燈電源和Lm)路燈;所述光敏傳感器、取樣電路、 信號調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、微處理器構(gòu)成自然光照測量系統(tǒng)，所述微處理器、驅(qū)動器、 L抓路燈電源和L抓路燈構(gòu)成L抓路燈驅(qū)動系統(tǒng);光敏傳感器用于檢測外界自然光的光照強 度，由取樣電路將自然光的光照強度轉(zhuǎn)換為取樣電壓;取樣電壓輸入到信號調(diào)理電路放大 處理后傳輸至模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳輸至微處理器，獲得自然 光照強度的數(shù)字信息;微處理器根據(jù)自然光照強度的數(shù)字信息產(chǎn)生不同脈寬的脈寬調(diào)制信 號，并將此PWM信號傳輸?shù)津?qū)動器；由驅(qū)動器控制一個周期內(nèi)L邸電源有效輸出的時間長短， 從而控制LED電源的電流輸出大小；通過LED電源的電流輸出大小，調(diào)節(jié)LED路燈的發(fā)光強 度。
[0006] 本實用新型與已有技術(shù)相比有W下優(yōu)點：能根據(jù)黃昏時分自然光照強度特征，自 動調(diào)節(jié)L邸路燈光照強度，充分利用自然光，在保證整體光照強度(即Lm)路燈光照與自然光 照之和)不變的前提下，降低了 L邸路燈的能耗。
[0007] 下面結(jié)合附圖詳細說明本實用新型的技術(shù)方案。
【附圖說明】
[000引圖1是本實用新型的L邸路燈控制器電路原理框圖。
[0009] 圖2是L邸路燈光照強度控制原理框圖。
[0010] 圖3為光照測量逆模型構(gòu)建的流程圖。
[0011] 圖4為光照測量模型構(gòu)建的流程圖。
【具體實施方式】：
[0012] 見圖1、圖2,本實用新型提供的L邸路燈控制器，包括電源、光敏傳感器、取樣電路、 信號調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、微處理器、驅(qū)動器、L抓路燈電源和L抓路燈;所述光敏傳感 器、取樣電路、信號調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、微處理器構(gòu)成自然光照測量系統(tǒng)，所述微處理 器、驅(qū)動器、L抓路燈電源和L抓路燈構(gòu)成L抓路燈驅(qū)動系統(tǒng);光敏傳感器用于檢測外界自然 光的光照強度，通過導線將光敏傳感器與取樣電路的取樣電阻并聯(lián)，由取樣電路將自然光 的光照強度轉(zhuǎn)換為取樣電壓;將取樣電壓輸入到信號調(diào)理電路放大處理后，傳輸至模數(shù)轉(zhuǎn) 換電路，將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，傳輸至微處理器，獲得自然光光照強度的數(shù)字信 息；利用存儲在微處理器中的LED路燈光強自動控制程序，根據(jù)外界自然光的光照強度信 息，產(chǎn)生不同脈寬的脈寬調(diào)制信號(PWM信號），通過微處理器的I/O輸出引腳，輸出PWM信號； 并將此PWM信號傳輸?shù)津?qū)動器，控制一個周期內(nèi)Lm)電源有效輸出的時間長短，從而控制LED 電源的電流輸出大小;L邸電源直接接在L邸路燈上，通過L抓電源的電流輸出大小，調(diào)節(jié)LED 路燈的發(fā)光強度。
[0013] 本實施例中，光敏傳感器采用光敏電阻，微處理器采用高性能單片機STM32F103， 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路采用STM32F103內(nèi)部的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，L抓路燈驅(qū)動器采用現(xiàn)有的專用驅(qū)動忍 片。
[0014] 本實用新型的原理方法如下：
[0015] -、利用自然光照測量系統(tǒng)完成自然環(huán)境光照強度測量，獲得自然光照強度：
[0016] 利用光照測量系統(tǒng)、光照強度儀等，采集黃昏時分（17:00-19:00)不同光照強度 Ixi下的自然光照強度和采樣電壓Ui,采樣間隔為1分鐘，獲得光照測量模型與光照測量逆 模型建模的數(shù)據(jù)樣本Qxi, Ui);
[0017] 二、求出設(shè)定的整體光照強度（即前一時刻的補償后光照強度)與自然光照強度之 差：
[001引利用MA化AB軟件和數(shù)據(jù)樣本Qxi, Ui),采樣最小二乘法(神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法等數(shù)值計 算方法），構(gòu)建光照測量模型lx = fi = g(u)并實現(xiàn)光照測量系統(tǒng)的非線性誤差補償，同時構(gòu) 建光照測量逆模型U = f2 = f (IX)，利用采集的數(shù)據(jù)樣本對光照測量逆模型進行訓練，獲得 光照測量逆模型的參數(shù);利用采集的數(shù)據(jù)樣本對光照測量模型進行訓練，獲得光照測量模 型的參數(shù)，并完成輸入(U)與輸出（Ix)之間非線性誤差補償，步驟如下(參見圖3、圖4): [0019] 1)根據(jù)數(shù)據(jù)樣本Qxi, Ui)的變化趨勢，實驗發(fā)現(xiàn)，5次多項式函數(shù)逼近數(shù)據(jù)樣本變 化趨勢的效果最佳，即 W Ix = f 1 = ao+aiu+a2u2+a3u3+a4u4+a5u5 和U = f 2 = bo+bilx+b2lx2+b3lx3 +b4lx4+b日Ix5為核函數(shù)，分別逼近光照測量模型和光照測量逆模型，其中，曰日，…，a日，bo,…，bs 分別為光照測量模型和光照測量逆模型的系數(shù)；
[0020] 2)利用MAl^AB軟件和數(shù)據(jù)樣本（lxi，ui)，采樣最小二乘法，求解系數(shù)日日，…，曰5， bo，...，b5,分別為：日5 = -20.6191，日4=183.4261，日3 = -378.1520，日2 = 349.4903，日1 =- 51 .9688, a〇 = 4.3549, b5 = 0.00000000000006，b4 = -0.00000000015 297, b3 = 0.00000014177281，b2 = -0.00006323866030，bi = 0.01513490628348,bo = 0.08326819589297.即，
[0021] lx = fi = 4.3549-51.968如+349.4903u2-378.1520u3+183.4261u4-2〇 . 6191u 己，
[0022] u = f2 = 0.08326819589297+0.015134906283481x+-0.000063238660301x^+ 0.000000141772811x3-0.000000000152971x4+0.000000000000061x5;
[0023] 將光照測量逆模型的參數(shù)保存在微處理器中，為在線控制做準備；
[0024] 3)實際在線工作時，利用光照測量系統(tǒng)，獲得采樣電壓U，將采樣電壓U與參數(shù) 曰〇,…，a日代入函數(shù)fi(即光照測量模型），求得自然光照強度Ix;
[0025] 4)求出設(shè)定的整體光照強度（即前一時刻的補償后光照強度）與自然光照強度之 差 Alx;
[0026] S、W補償后光照強度與自然光照強度之差為輸入，利用光照測量逆模型，獲得 L邸路燈驅(qū)動器的控制量；
[0027] 1)光照強度之差A(yù) Ix為輸入，將A Ix與參數(shù)bo,…，bs代入函數(shù)f2(即光照測量逆模 型），獲得光照測量逆模型的輸出電壓U;
[0028] 2) W光照測量逆模型輸出電壓U為Lm)路燈驅(qū)動系統(tǒng)控制的輸入變量，通過微處理 器STM32F103的PWM功能，完成L邸路燈驅(qū)動系統(tǒng)的控制，其控制算法如下：
[0029]
(1 )
[0030] 式中，ZPWM(U)為L抓路燈驅(qū)動系統(tǒng)的控制量，Cmax為LED的最大控制量(在運里，Cmax 為STM32F103內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓，即Cmax = 2.5V)，Ln為當前的自然光照強度，La為啟 動LED自適應(yīng)控制的闊值;Lb為關(guān)閉LED自適應(yīng)控制的闊值。La、Lb的值可根據(jù)LED路燈應(yīng)用環(huán) 境與要求進行設(shè)置。在運里，La、Lb的值設(shè)置為La = O .化NAVE ,Lb = O . ILnave,其中，Lnave為16: 00-17:00時分的平均光照強度；
[0031] 四、L邸路燈驅(qū)動器在控制量的作用下，完成L邸路燈驅(qū)動、發(fā)光，此時L邸路燈的發(fā) 光量即可補償自然光。
【主權(quán)項】
1. 一種LED路燈智能控制器，其特征是包括電源、光敏傳感器、取樣電路、信號調(diào)理電 路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、微處理器、驅(qū)動器、LED路燈電源和LED路燈;所述光敏傳感器、取樣電路、 信號調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、微處理器構(gòu)成自然光照測量系統(tǒng)，所述微處理器、驅(qū)動器、 LED路燈電源和LED路燈構(gòu)成LED路燈驅(qū)動系統(tǒng);光敏傳感器用于檢測外界自然光的光照強 度，由取樣電路將自然光的光照強度轉(zhuǎn)換為取樣電壓;取樣電壓輸入到信號調(diào)理電路放大 處理后傳輸至模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳輸至微處理器，獲得自然 光照強度的數(shù)字信息;微處理器根據(jù)自然光照強度的數(shù)字信息產(chǎn)生不同脈寬的脈寬調(diào)制信 號，并將此PWM信號傳輸?shù)津?qū)動器；由驅(qū)動器控制一個周期內(nèi)LED電源有效輸出的時間長短， 從而控制LED電源的電流輸出大??；通過LED電源的電流輸出大小，調(diào)節(jié)LED路燈的發(fā)光強 度。
【文檔編號】H05B33/08GK205681663SQ201620639997
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月25日 公開號201620639997.X, CN 201620639997, CN 205681663 U, CN 205681663U, CN-U-205681663, CN201620639997, CN201620639997.X, CN205681663 U, CN205681663U
【發(fā)明人】林海軍, 賴小強, 蘭浩, 楊進寶, 彭可, 李仲陽, 楊艷華
【申請人】湖南師范大學