专利名称：分布式照明节点控制系统及其控制方法
技术领域：
本发明属电力控制设备技术领域，涉及一种分布式照明节点控制系统及其控制方法。
背景技术：
现有的照明节点控制系统为了实现节能效果，其通常采用以下几种控制类型第一种，通过定时控制，此种方案通过不同时段要求控制路灯的照明度，当道路处 于交通较为繁忙时段，调节路灯处于正常工作状态，而当处于深夜阶段，由于道路车辆较稀 少，为了达到节能目的，将路灯照明度降低至一半，此种方案是通过定时对路灯进行自动控 制，虽然能取得一定节能效果，但是当道路上完全没有车辆时，此种方案也存在浪费电能的 缺陷。第二种，通过数量控制，此种方案与第一种方案也较为类似，也是通过对路灯进行 定时控制，所不同的是路灯的照明度不变，而是对路灯的点亮数量进行控制，其在不影响夜 晚正常照明的前提下，逐步减少点亮路灯数量。然而此种方案也是存在浪费电能的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种更为节能、有效保证车辆行 驶时的照明度的分布式照明节点控制系统；本发明的目的在于提供了该分布式照明节点控制系统的控制方法。为实现上述目的，本发明的技术方案为一种分布式照明节点控制系统，其包括 至少一个照明节点，每一照明节点包括光源及为其提供电能的电源模块，其中，还包括传感 器、通信模块、功率输出模块及中央控制单元；该传感器用于检测范围r内的车辆信号，并将检查结果发送至中央控制单元，中 央控制单元用于控制功率输出模块及光源的工作状态，通信模块用于发送或接收范围R内 的广播信息，通信模块接收广播信息后传至中央控制单元以控制功率输出模块及光源的工 作状态；当其中一照明节点A的传感器检测到范围r内有车辆信号时，将触发信号发送至 其中央控制单元，中央控制单元通过功率输出模块控制光源进入照明工作状态，并通过通 信模块发送广播信息，沿车辆前进方向并且在通信距离R内的其他照明节点M的通信模块 接收到该广播信息后，控制相应的光源进入照明工作状态；当该照明节点A的传感器检测不到范围r内有车辆信号时，在预设延时后中央控 制单元控制光源进入待命状态。本方案中，当道路闲置，即无车辆通过时，照明节点处于待命状态，当道路在使用， 即有车辆通过时，照明节点恢复工作状态，从而获得最佳的节能效果。比起现有技术的节能 方案，本发明更为灵活，更为节能。而且与单独具备传感器的照明节点不同，其利用通信模 块将通信距离R内的照明节点也同时点亮，从而有效保证了车辆行驶的照明度，确保车辆行驶的安全。各个节点通过设定通信协议构成通讯链路，使每个照明节点都拥有节点编号或 地址。本方案将照明节点系统统一成一个整体，能方便快捷地对各个节点进行有效定位。具体地，该传感器为接收车辆车灯信号的光传感器，或者为接收车辆的车载无线 发射器发射的触发信号的无线电接收器。由于传感器使用长时间后会出现老化，为了保证检测的准确性，该中央控制单元 包括灵敏度自动调节模块，其用于调节传感器的触发阈值大小。具体地，相邻照明节点间的通信模块通过无线电或电力线载波实现通信。具体地，该光源为白炽灯、卤钨灯、LED灯或气体放电灯。为了实现系统管理，若干个照明节点组成一个照明片区，且每个照明片区均设有 能与远程控制中心通信的片节点，且片节点与远程控制中心通过GSM通信，实现对各个照 明节点的远程控制，这样一来，就能对整个城市道路上的照明系统进行统一管理与控制，提高了管理效率。另外，本发明还提供了一种分布式照明节点控制系统的控制方法，该控制系统包 括多个照明节点，每一照明节点包括光源及电源模块，其中，还包括传感器、通信模块、功率 输出模块及中央控制单元，所述控制方法包括如下步骤a、传感器检测道路范围r内是否有车辆信号，当其中一照明节点A的传感器检测 到有车辆信号时，传感器将触发信号发送至其中央控制单元，中央控制单元通过功率输出 模块控制光源进入照明工作状态；b、通过通信模块发送广播信息，沿车辆前进方向并且在通信距离R内的其他照明 节点M的通信模块接收到该广播信息后，控制相应的光源进入照明工作状态；C、车辆进入下一照明节点A+1的检测范围时，与步骤a同样，照明节点A+1控制光 源进入照明工作状态，并同时通过通信模块控制通信距离R内的其他照明节点M+1进入照 明工作状态；d、照明节点A的传感器检测不到范围r内有车辆信号时，在预设延时后中央控制 单元控制其光源进入待命状态；依次类推得到，车辆前方距离r+R的照明节点进入照明状态，而车辆后方的照明 节点延时一定时间后进入待命状态。进一步地，各个节点通过设定通信协议构成通讯链路，使每个照明节点都拥有节 点编号或地址，若干个照明节点组成一个照明片区，且每个照明片区均设有能与远程控制 中心通信的片节点；当某照明节点发生故障，若为通信故障，相邻照明节点监听不到该节点的广播，则 其上游照明节点将故障信息通过片节点反馈回远程控制中心，便能对故障进行定位；若故 障照明节点的通信模块正常，则将该照明节点的故障代码反馈回远程控制中心。本方案中，因为每个照明节点都是一个相对独立的单元，利用此种控制方法能有 效避免故障节点产生后出现盲点，或使某条道路的照明或节点通信出现瘫痪，并能有效快 捷地监测到故障节点的位置。进一步地，该中央控制单元包括用于调节传感器的灵敏度大小的灵敏度自动调节 模块；
某照明节点的传感器产生的触发电平时长与本照明节点从监听到上一节点的广 播信号到本照明节点触发电平前沿的时长的比值大小，确定本节点传感器灵敏度大小，当 比值小于一预定值时，灵敏度自动调节模块升高传感器的阈值，阈值即为灵敏度预设值；或者，当某一照明节点监听到下一照明节点先于本照明节点广播或下一照明节点 广播与本照明节点触发电平前沿时间间隔小于一预定值，确定本照明节点灵敏度小于一预 定值，灵敏度自动调节模块升高传感器的阈值。具体地，该光源为高压钠灯；为了满足现有路灯大都采用高压钠灯的要求，而针对 高压钠灯从启动到额定工作状态需花费较长时间的问题，为了达到快速调节的目的，本发 明在特定控制时间段，高压钠灯照明工作状态的功率为50% P，P为高压钠灯的额定功率， 其待命状态的功率为10%P至小于50%P之间。这样一来，在很短时间内即能实现对高压 钠灯节能的控制，使本发明更具实用性及使用的广泛性。为了在对高压钠灯进行调光控制时，能确保灯不熄灭，高压钠灯从照明工作状态 至待命状态以阶段式的变化进行调节，且变化率小于或等于10% i/s，且每一阶段的变化 量小于或等于30% i，i为稳定工作状态的电流。为了更进一步对照明节点进行智能控制，当传感器检测到车辆信号时，其输出触 发信号设为高电平，脉冲信号的占空比代表车流密度信息，当占空比为1时，道路繁忙，光 源以全功率工作；当占空比为0时，无车辆行驶，光源以10% P的最低功耗待命；当占空比 大于0小于1时，光源工作在预设功耗的待命状态。这样一来，该系统能智能识别当前的路 况，使其能自动控制其节能调节程度。由于光源启动具有一定延时性，为了保证车辆行驶到某一照明节点时，光源已经 满足照度要求，在车辆即将达到时，预先启动光源，本发明中，采用如下的控制方法，在当 车流足够稀少，光源以10 % P功率待命状态；当有车辆经过，受触发照明节点在触发脉冲前 沿广播一条指令信息，下游节点接收到指令解码，脱离待命状态转入恢复状态，功率控制模 块输出的功率提高；当触发电平撤销后，照明节点光源重新返回待命状态。进一步地，当照明节点对光源进行降功率调节出现连续发生一定次数灭灯，中央 控制单元将调高最低待命状态的功率，并记录该参数设置；当能维持不灭灯的最低待命状 态功率大于某一设定值时，判定为灯泡老化，照明节点发送故障信息至远程控制中心。进一步地，照明节点控制系统具有以下控制模式强制模式、自动模式与维修模 式；当照明节点接收到强制指令，便进入强制模式，光源以额定功率状态照明；当照明 节点以自动模式作为默认的正常照明模式，光源以动态自动调节的方式照明；当照明节点 接收到维修模式指令，便进入维修模式，与照明节点通信对其进行检测维修。与现有技术相比，本发明具有如下优势1、采用近距离通信接力的通讯方式，因此造价低、可靠性高、辐射污染低；2、可直接替换原有的镇流器和启动器，可不作任何线路改动，不增加施工成本；3、可自我调节修正，具有高的系统可靠性，确保系统稳定可靠，维修率低；4、每一个照明节点都能独立工作，也可成片成群自动协同工作，也可集中受控工 作，具有很强的抗干扰能力、纠错能力，同时具有极大的灵活性，因此对旧有工程进行节能 升级改造可积木式逐步进行而不需大量的资金预算，避免大的财政预算压力。
图1是本发明分布式照明节点控制系统的原理框图；图2是本发明分布式照明节点控制系统的运用原理图；图3是高压钠灯的恢复特性曲线图；图3中，①为10% P的恢复曲线、②为20% P的恢复曲线、③为30% P的恢复曲 线、④为50% P的恢复曲线、⑤为冷启动曲线、a为10% P的照度值、b为20% P的照度值、 c为30% P的照度值、d为50% P的照度值、e为100% P的照度值。图4是以电流为控制参量的特性曲线图；图5是代表车流密度信息的脉冲信号图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。如图1所示，本发明公开了一种分布式照明节点控制系统，其包括多个照明节点， 每一照明节点包括光源及为其提供电能的电源模块，其中，还包括传感器、通信模块、功率 输出模块及中央控制单元；该传感器用于检测范围r内的车辆信号，并将检查结果发送至 中央控制单元，中央控制单元用于控制功率输出模块及光源的工作状态，通信模块用于发 送或接收范围R内的广播信息，通信模块接收广播信息后传至中央控制单元以控制功率输 出模块及光源的工作状态。若干个照明节点组成一个照明片区，且每个照明片区均设有能 与远程控制中心通信的片节点。这项技术使用分布式控制方案，每一盏路灯就是一个照明节点，每个照明节点都 是一个相对独立而又相互联系的个体，能独立判断道路的使用情况而进入相应的工作状 态，并且能与相邻的节点通信联系，每个照明片区有个片节点，能与远程控制中心通信，实 施远程监控。1、系统原理如图2所示，照明节点的传感器的检测范围为r，通信模块的通信距离为R。车辆 沿道路行驶方向行驶到达0点位置时，触发其前方距离为r处的节点A，A判断有车辆接近 或经过。节点中央控制单元控制功率输出模块进入照明工作状态，并通过通信模块广播一 条指令信息。在通信距离范围内的所有节点均接收到广播信息而进入照明工作状态(但它 们不广播信息)，于是AM范围内的所有路灯均点亮。设相邻节点的距离(即路灯的间距) 为1，当车辆继续向前行驶1时，节点B被触发，B同样广播一条指令信息，M的下一个节点 M被点亮。随着车辆的前进，前方的节点不断被点亮，并且总是保持前方r+R范围内的路灯 是点亮的。当车辆离开后，节点传感器没有接收到触发信号，通信模块也没有接收到节点广 播信号，适当的延时后中央控制单元使节点进入待命状态，路灯关闭或以更低功耗工作。我 们看到的是车辆行驶到0点时Μ，M间的路灯是点亮的，提供足够的照度，随着车辆的前行 M之后的路灯不断被点亮，M，之前的路灯不断被熄灭(或变暗)。2、系统的容错纠错和故障节点的定位使用适当的通信协议，使每个照明节点都拥有节点编号或地址，这些节点就构成 通讯链路，并可寻址定位每一个节点。正常使用时，照明节点是顺序广播指令的，当某节点发生故障，如果是通信故障，相邻节点监听不到它的广播，其上游节点将故障信息通过片节 点反馈回控制中心，便可对故障进行定位。如果故障节点的控制和通信模块正常，就可以将 本节点的故障代码反馈回控制中心。因为每个节点都是一个相对独立的单元，所以故障节 点并不会影响其它节点的照明，只有当连续的节点通讯模块故障超出通讯半径范围，才会 阻断后续节点的通讯链路。但后续节点仍然能够执行道路照明功能。3、传感器类型的选择传感器可使用光传感器或无线电接收器。使用光传感器检测汽车前照灯的光照，传感器可安装在灯杆上的适当位置，当汽 车灯光照射到传感器时，便产生触发电平。积尘等污染会使传感器灵敏度降低甚至失效，因 此传感器需要应用防尘防污设计，并且要有用于调节传感器的灵敏度大小的灵敏度自动调 节模块。当车辆在道路上行驶时，顺序触发照明节点，照明节点顺序广播信号。某照明节点 的传感器产生的触发电平时长与本照明节点从监听到上一节点的广播信号到本照明节点 触发电平前沿的时长的比值大小，确定本节点传感器灵敏度大小，当比值小于一预定值时， 灵敏度自动调节模块升高传感器的阈值，阈值即为灵敏度预设值；或者，当某一照明节点监听到下一照明节点先于本照明节点广播或下一照明节点 广播与本照明节点触发电平前沿时间间隔小于一预定值，确定本照明节点灵敏度小于一预 定值，灵敏度自动调节模块升高传感器的阈值。当使用无线电接收器，车辆配置车载无线发射器发射触发信号。4、通信形式的选择通信模块可选择无线电通信或电力线载波通信，各个相邻照明节点的通信模块之 间形成一接力式通讯方式，某一照明节点的信息指令通过接力传递的方式传递到片节点， 最终传至远程控制中心，反之，远程控制中心的信息指令也是通过片节点，然后再通过通信 模块的接力传递，传至目标节点。5、光源的选择本控制系统能容易地应用于白炽灯、卤钨灯、LED灯等迅速启动的光源。气体放电 灯由于其不同的启动特性，其应用也有别于其他类型的光源。由于目前高压钠灯在道路照 明中大量应用，因此我们以高压钠灯的应用为例进行说明。高压钠灯有以下工作特性1、启动时间长。冷灯启动达到稳定需要数分钟时间。 2、灯的工作状态不能迅速变化，几伏特的瞬间灯电压跳变(向下)便会使灯熄灭。3、灯的 启动关闭对其寿命影响很大，频繁的启闭大大地缩短灯泡的使用寿命。对高压钠灯进行节 能调光控制时必须解决以上三个问题，我们采取这样的方案1、在使用过程中不对灯进行 断电节能，而是控制灯进入相应的低功耗工作状态，这样灯便一直处于激活状态，使其能迅 速切换到正常工作状态，解决其冷启动时间长的问题。2、使灯提前切换状态，在车辆到达本 节点前便恢复到适合的照度要求。这样便能解决灯的工作缓变问题。3、在使用过程中，灯 泡一直工作在不同的能耗状态而不是启闭状态，因此不会对其寿命产生大的影响。我们对不同品牌不同功率的高压钠灯的工作特性进行了大量深入的研究，得出它 的以下一些特性一 )恢复特性
我们将高压钠灯从低功耗状态恢复到额定工作状态的特性称为恢复特性，它揭示 在对高压钠灯进行调光控制时如何能够确保道路有足够的合乎标准要求的照度。图3是某 品牌400W高压钠灯的恢复特性曲线。10%P表示为额定功耗(标称)的10%的功耗值，余 同。100% P为标称功耗值。我们的实验数据表明，所测试的灯泡的实际功率(在额定电源 电压下)均远高于标称功率。高压钠灯的恢复特性由图3可知，高压钠灯的恢复时间远少于冷灯的启动时间。在现行的节电控制 方案中，半夜灯方案是常采取的一种节电方案，它是在后半夜降低电源电压使灯功耗降低 50%。表1是以50%功耗下的照度为指标参数，测试不同品牌不同标称功率的灯泡，它们在 更低的不同的功耗下恢复到相当于50%功耗时所获得的照度的时间，我们称为恢复时间
表1、高压钠灯恢复时间
权利要求
1.一种分布式照明节点控制系统，其包括至少一个照明节点，每一照明节点包括光源 及为其提供电能的电源模块，其特征在于，还包括传感器、通信模块、功率输出模块及中央 控制单元；该传感器用于检测范围r内的车辆信号，并将检查结果发送至中央控制单元，中央控 制单元用于控制功率输出模块及光源的工作状态，通信模块用于发送或接收范围R内的广 播信息，通信模块接收广播信息后传至中央控制单元以控制功率输出模块及光源的工作状 态；当其中一照明节点A的传感器检测到范围r内有车辆信号时，将触发信号发送至其中 央控制单元，中央控制单元通过功率输出模块控制光源进入照明工作状态，并通过通信模 块发送广播信息，沿车辆前进方向并且在通信距离R内的其他照明节点M的通信模块接收 到该广播信息后，控制相应的光源进入照明工作状态；当该照明节点A的传感器检测不到范围r内有车辆信号时，在预设延时后中央控制单 元控制光源进入待命状态。
2.根据权利要求1所述的分布式照明节点控制系统，其特征在于，各个节点通过设定 通信协议构成通讯链路，使每个照明节点都拥有节点编号或地址。
3.根据权利要求1所述的分布式照明节点控制系统，其特征在于，该传感器为接收车 辆车灯信号的光传感器或接收车辆的车载无线发射器发射的触发信号的无线电接收器。
4.根据权利要求1所述的分布式照明节点控制系统，其特征在于，该中央控制单元包 括灵敏度自动调节模块，其用于调节传感器的触发阈值大小。
5.根据权利要求1所述的分布式照明节点控制系统，其特征在于，相邻照明节点间的 通信模块通过无线电或电力线载波实现通信。
6.根据权利要求1所述的分布式照明节点控制系统，其特征在于，该光源为白炽灯、卤 钨灯、LED灯或气体放电灯。
7.根据权利要求1至6任一项所述的分布式照明节点控制系统，其特征在于，若干个照 明节点组成一个照明片区，且每个照明片区均设有能与远程控制中心通信的片节点，且片 节点与远程控制中心通过GSM通信，实现对各个照明节点的远程控制。
8.一种分布式照明节点控制系统的控制方法，该控制系统包括多个照明节点，每一照 明节点包括光源及电源模块，其特征在于，还包括传感器、通信模块、功率输出模块及中央 控制单元，所述控制方法包括如下步骤a、传感器检测道路范围r内是否有车辆信号，当其中一照明节点A的传感器检测到有 车辆信号时，传感器将触发信号发送至其中央控制单元，中央控制单元通过功率输出模块 控制光源进入照明工作状态；b、通过通信模块发送广播信息，沿车辆前进方向并且在通信距离R内的其他照明节点 M的通信模块接收到该广播信息后，控制相应的光源进入照明工作状态；C、车辆进入下一照明节点A+1的检测范围时，与步骤a同样，照明节点A+1控制光源进 入照明工作状态，并同时通过通信模块控制通信距离R内的其他照明节点M+1进入照明工 作状态；d、照明节点A的传感器检测不到范围r内有车辆信号时，在预设延时后中央控制单元 控制其光源进入待命状态；依次类推得到，车辆前方距离r+R的照明节点进入照明状态，而车辆后方的照明节点 延时一定时间后进入待命状态。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，各个节点通过设定通信协议构成通 讯链路，使每个照明节点都拥有节点编号或地址，若干个照明节点组成一个照明片区，且每 个照明片区均设有能与远程控制中心通信的片节点；当某照明节点发生故障，若为通信故障，相邻照明节点监听不到该节点的广播，则其上 游照明节点将故障信息通过片节点反馈回远程控制中心，便能对故障进行定位；若故障照 明节点的通信模块正常，则将该照明节点的故障代码反馈回远程控制中心。
10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，该中央控制单元包括用于调节传感 器的灵敏度大小的灵敏度自动调节模块；某照明节点的传感器产生的触发电平时长与本照明节点从监听到上一节点的广播信 号到本照明节点触发电平前沿的时长的比值大小，确定本节点传感器灵敏度大小，当比值 小于一预定值时，灵敏度自动调节模块升高传感器的阈值，阈值即为灵敏度预设值；或者，当某一照明节点监听到下一照明节点先于本照明节点广播，灵敏度自动调节模 块升高传感器的阈值；或者，下一照明节点广播与本照明节点触发电平前沿时间间隔小于一预定值，确定本 照明节点灵敏度小于一预定值，灵敏度自动调节模块升高传感器的阈值。
11.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，该光源为高压钠灯；在预定期间内， 高压钠灯照明工作状态的功率为50% P，P为高压钠灯的额定功率，其待命状态的功率为 10% P至小于50% P之间。
12.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，高压钠灯从照明工作状态至待命 状态以阶段式的变化进行调节，且变化率小于或等于10% i/s，且每一阶段的变化量小于 或等于30% i，i为稳定工作状态的电流。
13.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，当传感器检测到车辆信号时，其输 出触发信号设为高电平，脉冲信号的占空比代表车流密度信息，当占空比为1时，道路繁 忙，光源以全功率工作；当占空比为0时，无车辆行驶，光源以10% P的最低功耗待命；当占 空比大于0小于1时，光源工作在预设功耗的待命状态。
14.根据权利要求13所述的控制方法，其特征在于，当车流足够稀少，光源以10%P功 率待命状态；当有车辆经过，受触发照明节点在触发脉冲前沿广播一条指令信息，下游节点 接收到指令解码，脱离待命状态转入恢复状态，功率控制模块输出的功率提高；当触发电平 撤销后，照明节点光源重新返回待命状态。
15.根据权利要求13所述的控制方法，其特征在于，当照明节点对光源进行降功率调 节出现连续发生一定次数灭灯，中央控制单元将调高最低待命状态的功率，并记录该参数 设置；当能维持不灭灯的最低待命状态功率大于某一设定值时，判定为灯泡老化，照明节点 发送故障信息至远程控制中心。
16.根据权利要求11至15任一项所述的控制方法，其特征在于，照明节点控制系统具 有以下控制模式强制模式、自动模式与维修模式；当照明节点接收到强制指令，便进入强制模式，光源以额定功率状态照明；当照明节点以自动模式作为默认的正常照明模式，光源以动态自动调节的方式照明；当照明节点接收到维修模式指令，便进入维修模式，与照明节点通信对其进行检测维修。
全文摘要
本发明涉及一种分布式照明节点控制系统及其控制方法，该系统包括至少一个照明节点，每一照明节点包括光源及为其提供电能的电源模块，其还包括传感器、通信模块、功率输出模块及中央控制单元；该传感器用于检测范围r内的车辆信号，并将检查结果发送至中央控制单元，中央控制单元用于控制功率输出模块及光源的工作状态，通信模块用于发送或接收范围R内的广播信息，通信模块接收广播信息后传至中央控制单元以控制功率输出模块及光源的工作状态。本发明更为灵活，更为节能。而且与单独具备传感器的照明节点不同，其利用通信模块将通信距离R内的照明节点也同时点亮，从而有效保证了车辆行驶的照明度，确保车辆行驶的安全。
文档编号H05B41/36GK102056374SQ20101051059
公开日2011年5月11日 申请日期2010年10月15日 优先权日2010年10月15日
发明者江志清, 温携勇, 黄富杰 申请人:江志清, 温携勇, 黄富杰