本發(fā)明涉及路燈照明智能控制技術(shù)的領(lǐng)域，特別涉及一種依托環(huán)境數(shù)據(jù)分時段模糊控制路燈的照明系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

隨著道路路燈的不斷增加，市政不斷對道路照明系統(tǒng)進行改善，以達到電能最大化的節(jié)約。節(jié)能控制技術(shù)應(yīng)用到城市路燈的照明系統(tǒng)中主要有兩部分，一部分是黃昏、黎明時的開關(guān)燈控制，另一部分是天黑時段的調(diào)光控制。

目前黃昏、黎明時段的開關(guān)燈控制方法主要有如下幾種:(1)手動控制：主要以人工手動操作來打開和關(guān)閉路燈。(2)定時控制：主要以時間為開關(guān)燈依據(jù)，由定時器控制完成，能在規(guī)定時刻開關(guān)燈。(3)光照度控制：在每個路燈配電柜外安裝光照度傳感器，通過檢測環(huán)境照度來控制路燈的開關(guān)狀態(tài)。(4)經(jīng)緯度控制：即根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)緯度計算日出日落時間。

由于上述幾種方法的控制策略單一，操作麻煩，遇到異常干擾容易對路燈進行頻繁誤操作，控制誤差大，而且無法考慮到天氣、季節(jié)、時間和地理位置等環(huán)境影響，不能做到按需開燈的目的，對交通安全沒有保障。

目前在夜間時段的調(diào)光控制方法主要有如下幾種：(1)全夜燈：我國大部分城市路燈都釆用全夜燈(路燈整夜都處于全亮狀態(tài))的控制方式，會造成電能的不必要浪費和降低燈具的使用壽命。(2)半夜燈：即在后半夜采取1/2(燈具亮一隔一)和1/3(燈具亮一隔二)亮燈控制模式，這種方法雖然節(jié)約了電能，但是會導(dǎo)致照度不均勻，影響了行車的舒適度，給交通安全帶來隱患，同時增加了施工的難度和成本。

路燈控制應(yīng)該在保證道路安全的基礎(chǔ)上，不同的時段、路段釆用不同的亮度進行智能照明控制，才能真正實現(xiàn)節(jié)能的目標。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對上述技術(shù)中出現(xiàn)的一些問題，提供了一種依托環(huán)境數(shù)據(jù)分時段模糊控制路燈的照明系統(tǒng)和方法。本系統(tǒng)不僅能依托環(huán)境數(shù)據(jù)實現(xiàn)路燈照明的分時段模糊控制，而且能夠?qū)崟r對各路燈的耗電量、燈桿傾斜、路面積水等情況進行檢測，當(dāng)檢測出路燈出現(xiàn)異常狀態(tài)時能自動報警并進行故障定位。

本發(fā)明還提供了一種依托環(huán)境數(shù)據(jù)分時段模糊控制路燈的照明方法。使用該方法實現(xiàn)上述系統(tǒng)的功能，將會非常的簡單、方便、可靠。

為實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種依托環(huán)境數(shù)據(jù)分時段模糊控制路燈的照明系統(tǒng)，包括單燈控制器、集中控制器和遠程監(jiān)管中心，遠程監(jiān)管中心與集中控制器之間采用GPRS無線網(wǎng)絡(luò)進行通信，集中控制器與單燈控制器以及單燈控制器之間采用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)進行通信；本系統(tǒng)不僅能依托環(huán)境數(shù)據(jù)實現(xiàn)路燈照明的分時段模糊控制，而且能夠?qū)崟r對各路燈的耗電量、燈桿傾斜、路面積水等情況進行檢測，當(dāng)檢測出路燈出現(xiàn)異常狀態(tài)時能自動報警并進行故障定位。

本發(fā)明所述單燈控制器包括車輛行人感應(yīng)模塊(1)、環(huán)境光照強度檢測模塊(2)、燈桿傾斜檢測模塊(3)、水位檢測模塊(4)、功率檢測模塊(5)、數(shù)據(jù)處理模塊(6)、調(diào)整亮度模塊(7)、路燈關(guān)斷模塊(8)、LED驅(qū)動電源(9)、LED路燈(10)、時鐘模塊(11)、網(wǎng)絡(luò)通信模塊(12)、數(shù)據(jù)存儲模塊(13)、ZigBee射頻模塊(14)、電源電路。所述的車輛行人感應(yīng)模塊(1)、環(huán)境光照強度檢測模塊(2)、燈桿傾斜檢測模塊(3)、水位檢測模塊(4)、功率檢測模塊(5)、調(diào)整亮度模塊(7)、路燈關(guān)斷模塊(8)、時鐘模塊(11)、數(shù)據(jù)存儲模塊(13)均通過I/O接口與數(shù)據(jù)處理模塊(6)連接，所述的數(shù)據(jù)處理模塊(6)通過UART串口與網(wǎng)絡(luò)通信模塊(12)連接，所述的網(wǎng)絡(luò)通信模塊(12)通過I/O接口與ZigBee射頻模塊(14)連接；調(diào)整亮度模塊(7)和路燈關(guān)斷模塊(8)連接LED驅(qū)動電源(9)，LED驅(qū)動電源(9)連接LED路燈(10)。主要功能包括：通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)接收來自管理中心下達的指令并完成相應(yīng)的操作，例如路燈的開關(guān)以及亮度調(diào)節(jié)等；同時將采集到的區(qū)域內(nèi)路燈電流、電壓、光照強度等狀態(tài)信息通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給集中控制器(管理中心)。

本發(fā)明所述集中控制器包括ZigBee組網(wǎng)模塊(15)、EEPROM存儲模塊(16)、ARM微控制器(17)、按鍵電路(18)、GPRS無線通訊模塊(19)、電源電路；其特征在于：所述的ARM微控制器(17)設(shè)置二個UART串口，二個UART串口分別連接ZigBee組網(wǎng)模塊(15)、GPRS無線通訊模塊(19)；此外ARM微控制器(17)和EEPROM存儲模塊(16)、按鍵電路(18)、電源電路均通過I/O接口連接。主要功能包括：接收和發(fā)送網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有的路燈控制信號、記錄的狀態(tài)數(shù)據(jù)、報警信號等，作為一個區(qū)域路燈的控制和管理單元，可以與區(qū)域內(nèi)的每一個單燈控制器實現(xiàn)通信，負責(zé)整片區(qū)域的統(tǒng)籌控制，上行通過GPRS網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)管理中心進行數(shù)據(jù)交互，下行則是通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)與各單燈控制器通信。

遠程監(jiān)管中心(22)作為整個路燈照明系統(tǒng)的控制和管理中心，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)與公網(wǎng)服務(wù)器(20)建立連接從而與各地的區(qū)域單燈控制器通信，實時反映各路段各個路燈運作情況，能夠顯示路燈的不同狀態(tài)(包括亮度、電壓、電流以及功率)信息，并將其存儲在MYSQL數(shù)據(jù)庫(21)中方便管理人員查閱，能夠遠程控制路燈的開關(guān)并且可以調(diào)節(jié)路燈的亮度，可以完成對數(shù)據(jù)記錄讀取、事件檢測以及對報警信息的應(yīng)答等操作。

其中，數(shù)據(jù)處理模塊(6)選用51系列單片機作為數(shù)據(jù)處理的核心處理器，主要用于采集區(qū)域內(nèi)路燈電流、電壓、環(huán)境光照強度、異常報警等狀態(tài)信息并將數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)通信模塊(12)，同時接收網(wǎng)絡(luò)通信模塊(12)發(fā)送的控制命令。網(wǎng)絡(luò)通信模塊(12)選用TI公司的CC2530芯片作為網(wǎng)絡(luò)通信的核心處理器，主要用于與數(shù)據(jù)處理模塊之間進行數(shù)據(jù)交互和ZigBee網(wǎng)絡(luò)通信。ZigBee射頻模塊(14)用于2.4GHz工作頻段無線射頻前端，通過其提供的功率放大器來增強無線發(fā)射功率和接收靈敏度。時鐘模塊(11)為系統(tǒng)提供一基準時鐘，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)字節(jié)以串行方式傳遞給數(shù)據(jù)處理模塊(12)作為時間基準，用于系統(tǒng)連續(xù)運行時間度量、報警時刻記錄和定時通斷控制。車輛行人感應(yīng)模塊(1)用于感應(yīng)傳感器前方有無移動物體來實現(xiàn)人或車的檢測。環(huán)境光照強度檢測模塊(2)通過數(shù)字輸出型光強度傳感器直接將采集的光照強度轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，方便供數(shù)據(jù)處理模塊(12)處理。燈桿傾斜檢測模塊(3)通過燈桿傾斜超過一定角度時電路的輸出電平變化來判斷燈桿是否傾斜。水位檢測模塊(4)通過實際水位超過預(yù)警水位線時電路的輸出電平變化來判斷路面積水情況。功率檢測模塊(5)用于測量線路電壓和電流有效值，實時檢測當(dāng)前路燈的能耗情況。路燈關(guān)斷模塊(8)通過數(shù)據(jù)處理模塊(12)的I/O口驅(qū)動光耦芯片的耦合狀態(tài)，進而通過三極管的導(dǎo)通截止來驅(qū)動繼電器的開斷，從而實現(xiàn)對路燈的開關(guān)操作。LED驅(qū)動電源(9)選用0/1-10V調(diào)光電源，接調(diào)整亮度模塊(7)后通過0～10V電壓變化可以改變電源的輸出電流，實現(xiàn)路燈亮度的調(diào)節(jié)。

其中，ARM微控制器(17)選用ST公司的STM32F103芯片，基于ARM Cortex-M3內(nèi)核，作為集中控制器的中央處理器。ZigBee組網(wǎng)模塊(15)用于協(xié)調(diào)建立網(wǎng)絡(luò)和管理網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點。GPRS無線通訊模塊(19)選用華為公司的MG301模塊，支持短信和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，用于與遠程控制中心進行TCP/IP連接，實現(xiàn)對路燈的遠距離監(jiān)控管理。按鍵電路(18)設(shè)置了箱門報警、定時控制以及光強控制等按鈕，并為每個按鈕配備了狀態(tài)指示燈，從而能夠?qū)崿F(xiàn)多種控制方式的設(shè)置和切換。EEPROM存儲模塊(16)用于數(shù)據(jù)記錄，能將數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時間同時記錄。

一種依托環(huán)境數(shù)據(jù)分時段模糊控制路燈的照明方法，采用上述系統(tǒng)進行操作，其特征在于，將黎明與黃昏時段的環(huán)境照度、天黑后半夜時段的車輛行人情況影響因素分類考慮，在黎明與黃昏時段采取環(huán)境照度模糊控制方法，在天黑后半夜時段采取車流量模糊控制方法。通過分時段采取不同模糊控制方法來改善系統(tǒng)的控制精度以滿足照明質(zhì)量和節(jié)電效果的雙重需求。

系統(tǒng)采用兩個雙輸入單輸出結(jié)構(gòu)的模糊控制器在不同時間段交替對路燈進行控制，其分別是對應(yīng)黃昏和黎明時段的模糊控制器FC₁和對應(yīng)天黑后半夜時段的模糊控制器FC₂。其工作原理是：系統(tǒng)提供一基準時鐘，根據(jù)不同季節(jié)日升日落時間的不同，對兩個模糊控制器開啟和關(guān)閉的時間點進行調(diào)整。日出到日落前后一小時期間開啟模糊控制器FC₁，根據(jù)環(huán)境照度值和環(huán)境照度變化率信息按時作出開關(guān)燈決策和調(diào)光控制；凌晨零點到日出前一小時期間開啟模糊控制器FC₂，根據(jù)LED路燈當(dāng)前輸出功率和路面行人、車輛情況信息自動調(diào)整路燈亮度級別進行多級調(diào)光控制；其他時間不開啟兩個模糊控制器，減少系統(tǒng)的吞吐量。

其中，環(huán)境照度模糊控制方法，依托于模糊控制器FC₁，包括如下步驟：

(1)采集信號：系統(tǒng)在黎明到黃昏時段，用環(huán)境光照強度檢測模塊讀取環(huán)境照度值，并利用多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)剔除疏失誤差，通過采樣計算得到環(huán)境照度變化率。

(2)模糊量化：把獲得的環(huán)境照度值和環(huán)境照度變化率作為模糊控制的輸入量，利用隸屬函數(shù)模糊量化以獲得兩個對應(yīng)的模糊輸入量。

(3)模糊推理：對上述獲得的兩個模糊輸入量根據(jù)模糊控制規(guī)則進行模糊推理，以獲得對應(yīng)的模糊輸出量。

(4)模糊決策：對上述的模糊輸出量進行模糊決策獲得模糊控制輸出量，根據(jù)模糊控制輸出量轉(zhuǎn)換而來的實際路燈控制量來控制路燈的開關(guān)燈和調(diào)光。

車流量模糊控制方法，依托于模糊控制器FC₂，包括如下步驟：

(1)采集信號：系統(tǒng)在天黑后半夜時段，通過車輛行人感應(yīng)模塊獲取路面行人、車輛情況信息，以及通過功率檢測模塊獲取路燈的當(dāng)前輸出功率。

(2)模糊量化：把獲得的路面行人、車輛情況信息和路燈當(dāng)前輸出功率作為模糊控制的輸入量，利用隸屬函數(shù)模糊量化以獲得兩個對應(yīng)的模糊輸入量。

(3)模糊推理：對上述獲得的兩個模糊輸入量根據(jù)模糊控制規(guī)則進行模糊推理，以獲得對應(yīng)的模糊輸出量。

(4)模糊決策：對上述的模糊輸出量進行模糊判決獲得模糊控制輸出量，根據(jù)模糊控制輸出量轉(zhuǎn)換而來的實際路燈控制量來控制路燈的亮度等級。

優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，模糊推理類型采用Mamdani型，模糊決策方法釆用重心法。

優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，所述環(huán)境照度值和環(huán)境照度變化率的模糊語言變量分別為：{DA(暗)，DM(較亮)，DB(亮)}及{NB(負大)，NS(負小)，O(零)，PS(正小)，PB(正大)}；所述路面行人、車輛情況信息和路燈當(dāng)前輸出功率的模糊語言變量分別為：{E(有運動的人或車輛)，N(無運動的人或車輛)}及{PH(過亮)，PB(適中)，PM(微暗)，PL(過暗)}；所述模糊控制器FC₁的輸出量的模糊語言變量為：{S₁₀(關(guān)燈)，N(空操作)，S₀₁(開燈且以輸出功率為50％工作)，S₁₂(路燈輸出功率從50％變?yōu)?00％工作)，S₀₂(開燈且輸出功率為100％工作)}；所述模糊控制器FC₂的輸出量的模糊語言變量為：{YH(大)，YB(中)，YM(微中)，YL(小)}。

優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，所述環(huán)境照度值的隸屬函數(shù)釆用Sigmoid型和鐘型，所述環(huán)境照度變化率的隸屬函數(shù)釆用三角形和梯形；所述路面行人、車輛情況信息的隸屬函數(shù)釆用Sigmoid型，所述路燈當(dāng)前輸出功率的隸屬函數(shù)釆用三角形和梯形。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著技術(shù)進步：傳統(tǒng)的控制方法一般只考慮單個控制參數(shù)，照明質(zhì)量和節(jié)電效果不能達到最佳的平衡。路燈控制系統(tǒng)是一個時變、多變量、非線性、多干擾的復(fù)雜系統(tǒng)，環(huán)境照度具有易變性，會隨著天氣、季節(jié)、時間和地理位置的不同而不同，而且還會受到亮光干擾、遮蔽干擾等的影響，夜間路面行人、車輛情況信息更是具有多變性，無法精確地作出決策行為。因此本發(fā)明所述照明系統(tǒng)將黃昏與黎明、夜間時段的影響因素分類考慮，通過加入模糊決策智能算法，使系統(tǒng)能根據(jù)傳感器采集到的環(huán)境信息作出合理的照明策略。在黎明黃昏時刻能夠針對不同天氣、季節(jié)靈活地控制路燈的開關(guān)狀態(tài)以及亮度調(diào)節(jié)，在夜間后半夜時段有行人車輛經(jīng)過時保證道路的正常照明，在沒有行人車輛時自動降低路燈亮度。通過分時段采取不同控制方法實現(xiàn)了靈活、有效的路燈智能化控制，提高了系統(tǒng)的可靠性，保證了道路的通行安全，在滿足行人車輛照明需求的前提下，盡可能的節(jié)約了能源。而且本發(fā)明還具備完善的故障報警系統(tǒng)，能夠?qū)β窡舾黜梾?shù)進行實時檢測，一旦有路燈出現(xiàn)異常狀態(tài)時系統(tǒng)便會自動報警，維護人員可以依據(jù)報警信息及時對故障進行處理，進行及時、高效的應(yīng)急搶修，使得城市照明設(shè)施在不受人為干預(yù)的情況下可以在各種突發(fā)狀況下做自主應(yīng)急響應(yīng)。因此本發(fā)明具有實用性強、生產(chǎn)成本低、智能化程度高的特點，對于提高城市路燈管理水平和效率方面具有非常重要的意義和社會應(yīng)用價值。

附圖說明

圖1為根據(jù)本發(fā)明的依托環(huán)境數(shù)據(jù)分時段模糊控制路燈的照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2為根據(jù)本發(fā)明的單燈控制器的ZigBee網(wǎng)絡(luò)通信流程圖。

圖3位根據(jù)本發(fā)明的單燈控制器的信息處理及控制流程圖。

圖4位根據(jù)本發(fā)明的集中控制器的主程序流程圖。

圖5為根據(jù)本發(fā)明的依托環(huán)境數(shù)據(jù)分時段模糊控制路燈的照明方法的結(jié)構(gòu)框圖。

圖6為根據(jù)本發(fā)明的二維模糊控制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。

圖7為根據(jù)本發(fā)明的路燈輸出功率變化S的模糊規(guī)則表。

圖8為根據(jù)本發(fā)明的路燈亮度等級變化Y的模糊規(guī)則表。

在圖中，人感應(yīng)模塊(1)、環(huán)境光照強度檢測模塊(2)、燈桿傾斜檢測模塊(3)、水位檢測模塊(4)、功率檢測模塊(5)、數(shù)據(jù)處理模塊(6)、調(diào)整亮度模塊(7)、路燈關(guān)斷模塊(8)、LED驅(qū)動電源(9)、LED路燈(10)、時鐘模塊(11)、網(wǎng)絡(luò)通信模塊(12)、數(shù)據(jù)存儲模塊(13)、ZigBee射頻模塊(14)、ZigBee組網(wǎng)模塊(15)、EEPROM存儲模塊(16)、ARM微控制器(17)、按鍵電路(18)、GPRS無線通訊模塊(19)，公網(wǎng)服務(wù)器(20)，MYSQL數(shù)據(jù)庫(21)、遠程監(jiān)控中心(22)。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的保護范圍并不受具體實施方式的限制。

實施例一：參見圖1，本發(fā)明所述的一種依托環(huán)境數(shù)據(jù)分時段模糊控制路燈的照明系統(tǒng)。它包括單燈控制器、集中控制器和遠程監(jiān)管中心。本系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的傳輸是基于兩種不同的無線通信方式(短距離的ZigBee通信模式和遠距離的GPRS通信模式)。ZigBee網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)各路燈的單燈控制器與集中控制器之間的通信，GPRS網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)集中控制器與遠程監(jiān)管中心(22)之間的通信。當(dāng)遠程監(jiān)管中心(22)需要查看路燈狀態(tài)信息時，由路燈單燈控制器的傳感器模塊負責(zé)實時采集路燈狀態(tài)信息，并通過ZigBee射頻模塊(14)上傳給集中控制器的ZigBee組網(wǎng)模塊(15)。集中控制器對管轄區(qū)域內(nèi)所有路燈控制終端傳感節(jié)點的數(shù)據(jù)進行匯總?cè)诤?，利用GPRS無線通訊模塊(19)把數(shù)據(jù)上傳給公網(wǎng)服務(wù)器(20)，公網(wǎng)服務(wù)器(20)再把數(shù)據(jù)傳送到遠程監(jiān)管中心(22)，遠程監(jiān)管中心(22)可以將數(shù)據(jù)存儲到MYSQL數(shù)據(jù)庫(21)中，方便管理人員查閱。遠程監(jiān)管中心(22)自動完成最終的數(shù)據(jù)分析、匯總以及顯示。同時遠程監(jiān)管中心(22)也可以通過管理系統(tǒng)界面遠程控制轄域內(nèi)每盞路燈的關(guān)斷及輸出功率。

實施例二：參見圖2和圖3，所述的單燈控制器完成的主要工作是：加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)、讀/寫路燈數(shù)據(jù)、收發(fā)并處理ZigBee網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)及命令、根據(jù)收到的命令對路燈進行操作。單燈控制器的網(wǎng)絡(luò)通信模塊(12)負責(zé)單燈節(jié)點的通信組網(wǎng)，主要是對中斷進行相應(yīng)的處理，處理的中斷有兩類：一類是ZigBee網(wǎng)絡(luò)中斷，還有一類是串口中斷。網(wǎng)絡(luò)通信模塊(12)啟動初始化工作完成以后，需要等待加入網(wǎng)絡(luò)，加入網(wǎng)絡(luò)后等待中斷的產(chǎn)生，接收到中斷以后進行中斷處理程序，根據(jù)不同中斷執(zhí)行不同操作。ZigBee網(wǎng)絡(luò)中斷用于接收集中控制器下發(fā)的路燈控制信號(路燈開關(guān)和調(diào)光指令)，并將其發(fā)送到數(shù)據(jù)處理模塊(6)；串口中斷用于接收數(shù)據(jù)處理模塊(6)發(fā)送過來的單燈數(shù)據(jù)(如路燈狀態(tài)、環(huán)境信息和故障報警信息)并將其通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)上傳到集中控制器。數(shù)據(jù)處理模塊(6)負責(zé)單燈節(jié)點的信息處理及控制，主要處理三種類型的中斷：一類是串口中斷，一類是定時器中斷，還有一類是檢測模塊產(chǎn)生的硬件中斷(如水位報警信號、燈桿傾斜報警信號和車輛行人感應(yīng)信號等)。串口中斷產(chǎn)生時，接收網(wǎng)絡(luò)通信模塊(12)發(fā)送過來的路燈操作指令進行LED路燈(10)的開關(guān)燈以及調(diào)光操作。定時器中斷產(chǎn)生時，首先讀取路燈的電壓電流以及環(huán)境照度值等參數(shù)，并主動將參數(shù)通過串口發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)通信模塊(12)。產(chǎn)生硬件中斷時，首先判斷其中斷類型，并讀取當(dāng)前的系統(tǒng)時鐘，根據(jù)中斷類型的不同將報警參數(shù)連同當(dāng)前時間一起上傳給網(wǎng)絡(luò)通信模塊(12)。

實施例三：參見圖4，所述的集中控制器通過ZigBee組網(wǎng)模塊(15)收集管轄區(qū)域各個單燈控制器的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到GPRS無線通訊模塊(19)，所以集中控制器相當(dāng)于是照明系統(tǒng)中的網(wǎng)關(guān)。集中控制器接收到遠程監(jiān)管中心(22)下發(fā)的控制命令后通過協(xié)議將指令進行轉(zhuǎn)換，并通過串口發(fā)往ZigBee組網(wǎng)模塊(15)，同時集中控制器接收ZigBee組網(wǎng)模塊(15)傳送的數(shù)據(jù)并將收到的數(shù)據(jù)按照協(xié)議進行封裝，通過GPRS無線通訊模塊(19)發(fā)送到公網(wǎng)服務(wù)器(20)，并記錄時間。另外，集中器設(shè)計了按鍵電路(18)，可對系統(tǒng)進行配置來改變路燈的控制方式以及更新系統(tǒng)時間。ARM微控制器(17)初始化工作完成后，開始執(zhí)行主循環(huán)程序，首先判斷是否需要進行系統(tǒng)配置，如果需要配置則通過按鍵對控制方式等進行配置，并將配置后的狀態(tài)信息存入EEPROM存儲模塊(16)中。然后等待串口中斷，采用串口通信與ZigBee組網(wǎng)模塊(15)、GPRS無線通訊模塊(19)進行通信，需要將串口中斷分為GPRS網(wǎng)絡(luò)中斷和ZigBee網(wǎng)絡(luò)中斷。中斷來自GPRS無線通訊模塊(19)時，首先判斷是否需要對集中控制器進行操作，需要的話修改集中控制器的對應(yīng)參數(shù)，并返回確認信號，不需要修改集中控制器的話，判斷是否需要將數(shù)據(jù)發(fā)送到ZigBee組網(wǎng)模塊(15)中，如果需要則將收到的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送到ZigBee組網(wǎng)模塊(15)，然后通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)较鄳?yīng)的單燈控制器，否則操作失敗丟棄數(shù)據(jù)，返回失敗信息到GPRS無線通訊模塊(19)，傳回公網(wǎng)服務(wù)器(20)。中斷來自于ZigBee組網(wǎng)模塊(15)時，判斷是否需要上傳數(shù)據(jù)，是的話讀取系統(tǒng)RTC時鐘，將該數(shù)據(jù)和當(dāng)前的時間存入EEPROM存儲模塊(16)中，并發(fā)送給GPRS無線通訊模塊(19)，否則丟棄。

實施例四：參見圖5，本發(fā)明所述的一種依托環(huán)境數(shù)據(jù)分時段模糊控制路燈的照明方法，采用實施例1所述的一種依托環(huán)境數(shù)據(jù)分時段模糊控制路燈的照明系統(tǒng)進行操作。由于環(huán)境照度具有易變性、難以捉摸的特性，如果用環(huán)境照度單一量來控制路燈的開啟與關(guān)閉，會導(dǎo)致路燈頻繁開關(guān)，而且在天氣異常變化的情況下，比如陰雨天氣，實際的天黑時間將比正常情況提前，天亮?xí)r間將會推遲；路面行人、車輛情況信息更是具有多變性。因此將黎明與黃昏時段的環(huán)境照度、天黑后半夜時段的車輛行人情況影響因素分類考慮，在黎明與黃昏時段采用環(huán)境照度模糊控制方法，在天黑后半夜時段采取車流量模糊控制方法。通過分時段采取不同模糊控制方法來改善系統(tǒng)的控制精度以滿足照明質(zhì)量和節(jié)電效果的雙重需求。

本系統(tǒng)采用兩個雙輸入單輸出結(jié)構(gòu)的模糊控制器在不同時間段交替對路燈進行控制，其分別是對應(yīng)黃昏和黎明時的模糊控制器FC₁和對應(yīng)天黑后半夜時段的模糊控制器FC₂。其工作原理是：系統(tǒng)提供一基準時鐘，根據(jù)不同季節(jié)日升日落時間的不同，對兩個模糊控制器開啟和關(guān)閉的時間點進行調(diào)整。日出到日落前后一小時期間開啟模糊控制器FC₁，根據(jù)環(huán)境照度值和環(huán)境照度變化率信息按時作出開關(guān)燈決策和調(diào)光控制；凌晨零點到日出前一小時期間開啟模糊控制器FC₂，根據(jù)LED路燈當(dāng)前輸出功率和路面行人、車輛情況信息自動調(diào)整路燈亮度級別進行多級調(diào)光控制；其他時間不開啟兩個模糊控制器，減少系統(tǒng)的吞吐量。

實施例五：參見圖5和圖6，所述環(huán)境照度模糊控制方法依托于模糊控制器FC₁，包括如下步驟：

(1)采集信號：環(huán)境光照強度檢測模塊工作的時間段為日出到日落前后一小時，設(shè)置為每30秒讀取一次環(huán)境光照強度檢測模塊的測量值，通過理論計算將其轉(zhuǎn)換為照度值。預(yù)先在某路段設(shè)置n個光照度測試點，將所有測試點某一時刻的照度值通過數(shù)據(jù)融合技術(shù)中的分布圖法來剔除疏失誤差，然后用算術(shù)平均值法求得的平均值作為某一時刻的環(huán)境照度值，并通過采樣計算得到該時刻的環(huán)境照度變化率。

設(shè)：l(k)為當(dāng)前時刻的環(huán)境照度值，l(k-1)為上一時刻的環(huán)境照度值，lc為照度變化率，T為采樣周期，照度變化率lc的計算公式為：

lc＝[l(k)-l(k-1)]/T，T＝30秒

(2)模糊量化：把獲得的環(huán)境照度值l和環(huán)境照度變化率lc作為模糊控制的輸入量，利用隸屬函數(shù)模糊量化以獲得兩個對應(yīng)的模糊輸入量。

根據(jù)人體視覺感知和相關(guān)標準，黃昏時環(huán)境超度不足30lx(lx為光照度的單位)時，啟用LED照明，并以50％的功率工作。不足15lx時，LED照明以100％功率工作。黎明時環(huán)境照度達到20lx時，關(guān)閉路燈。于是在環(huán)境照度值l的模糊論域l＝{l|0≤l≤30}上定義模糊語言變量：{DA(暗)，DM(較亮)，DB(亮)}。考慮到黎明與黃昏時段的環(huán)境照度變化的緩慢性和對稱性，環(huán)境照度值l的隸屬函數(shù)釆用Sigmoid型和鐘型。設(shè)其得到的模糊輸入量為L。

根據(jù)實驗測量，黎明和黃昏的時候，環(huán)境照度變化率小于0.5lx/s。于在環(huán)境照度變化率lc的模糊論域lc＝{lc|-0.5≤lc≤0.5}上定義模糊語言變量為：{NB(負大)，NS(負小)，O(零)，PS(正小)，PB(正大)}，環(huán)境照度變化率lc的隸屬函數(shù)釆用三角形和梯形，這兩種函數(shù)算法簡單，處理速度快，精度上滿足了路燈控制的要求。設(shè)其得到的模糊輸入量為LC。

(3)模糊推理：對上述獲得的兩個模糊輸入量根據(jù)模糊控制規(guī)則進行模糊推理，以獲得對應(yīng)的模糊輸出量。

考慮到環(huán)境照度具有易變性和難以琢磨的特性和Mamdani模糊推理法適用于控制不易獲得精確數(shù)學(xué)模型和多變化的一類被控對象的特點，因此采用Mamdani模糊推理法建立其模糊規(guī)則。其雙輸入單輸出的模糊規(guī)則格式可寫成下列形式：

If L＝L_i and LC＝LC_j then S＝S_ij，(i＝1,2,3；j＝1,2,3,4,5)

“If”部分叫做模糊規(guī)則的前件，“then”部分叫做模糊規(guī)則的后件。將兩個輸入量經(jīng)模糊化后的隸屬函數(shù)作為模糊算子的輸入，把整個If部分的隸屬度作為模糊算子的輸出。通過模糊算子，完成了隸屬度值和每一個模糊規(guī)則中的前件的完全映射。再運用Mamdani模糊蘊含算子，通過前件來推斷出結(jié)論。

基于環(huán)境照度值l的模糊輸入量L及環(huán)境照度變化率lc的模糊輸入量LC的模糊規(guī)則表如圖7所示，模糊輸出量為路燈輸出功率變化，設(shè)其獲得的模糊輸出量為S。

(4)模糊決策：對上述的模糊輸出量S進行模糊決策獲得模糊控制輸出量，根據(jù)模糊控制輸出量轉(zhuǎn)換而來的實際路燈控制量來控制路燈的開關(guān)燈和調(diào)光。

其中，模糊決策方法采用重心法，此方法是比較合理和精確的方法。設(shè)對模糊輸出量S進行模糊決策得到的值為模糊控制輸出量s，s的模糊語言變量為：{S₁₀，N，S₀₁，S₁₂，S₀₂}，其模糊論域s＝{s|-1≤s≤1}。其中S₁₀表示關(guān)燈(功率變化范圍為-1～-0.3)，即輸出功率為30％～100％的任何值時，只要環(huán)境照度值從20lx到0lx時，輸出功率調(diào)到0；N表示空操作(功率變化范圍為-0.1～0.1)；S₀₁表示開燈，并以輸出功率為50％工作(功率變化范圍為0.35～0.45)；S₁₂表示輸出功率從50％變?yōu)?00％工作(功率變化范圍為0.55～0.65)；S₀₂表示開燈且輸出功率為100％工作(功率變化范圍為0.8～1)，輸出隸屬函數(shù)采用三角形。

采用環(huán)境照度模糊控制方法實現(xiàn)的技術(shù)效果是：能夠針對不同天氣、季節(jié)、時間和地理位置利用模糊決策算法來靈活地控制路燈的開關(guān)狀態(tài)以及調(diào)光，有效防止亮光和遮蔽等干擾因素對系統(tǒng)的影響，使系統(tǒng)能作出合理的照明策略，保證行人、車輛的安全行駛。

實施例六：參見圖5和圖6，所述車流量模糊控制方法依托于模糊控制器FC₂，包括如下步驟：

(1)采集信號：在凌晨零點到日出前一小時期間內(nèi)，功率檢測模塊對路燈當(dāng)前輸出功率進行采集，車輛行人感應(yīng)模塊通過感應(yīng)傳感器前方有無移動物體來獲取路面行人、車輛情況信息。

設(shè)：c為路面行人、車輛情況信息，p為路燈當(dāng)前輸出功率。

(2)模糊量化：把獲得的路面行人、車輛情況信息c和路燈當(dāng)前輸出功率p作為模糊控制的輸入量，利用隸屬函數(shù)模糊量化以獲得兩個對應(yīng)的模糊輸入量。

由于車輛行人感應(yīng)模塊為開關(guān)量輸出，因此通過判斷其輸出電壓的高低即可檢測前方是否有行人或車輛，路面行人、車輛情況信息c的模糊語言變量為：{E：有運動的人或車輛(傳感器輸出電壓為高)，N：無運動的人或車輛(傳感器輸出電壓為低)}，其模糊論域c＝{c|c＝0||c＝1}，路面行人、車輛情況信息的隸屬函數(shù)釆用Sigmoid型，設(shè)其得到的模糊輸入量為C。

本方法主要研究快速路和主干道的照明，根據(jù)道路照明標準規(guī)范，這類道路夜晚平均照度應(yīng)為25lx，照度值在15～30lx之間均為正常照度范圍，照度值超過30lx為過亮狀態(tài)，照度值在5～15lx為微暗狀態(tài)，照度值低于5lx為過暗狀態(tài)。預(yù)先對LED路燈的輸出功率進行區(qū)間劃分與道路的照度值相對應(yīng)，燈桿高度設(shè)置為8～10米，路燈輸出功率為110～140W(W是功率的單位)所對應(yīng)的道路照度值為30～40lx，路燈輸出功率為70～110W所對應(yīng)的道路照度值為15～30lx，路燈輸出功率為40～70W所對應(yīng)的道路照度值為5～15lx，路燈輸出功率為0～40W所對應(yīng)的道路照度值為0～5lx，于是在路燈當(dāng)前輸出功率p的模糊論域p＝{p|0≤p≤140}上定義模糊語言變量：{PH(過亮)，PB(適中)，PM(微暗)，PL(過暗)}。路燈當(dāng)前輸出功率的隸屬函數(shù)釆用三角形和梯形，設(shè)其得到的模糊輸入量為P。

(3)模糊推理：對上述獲得的兩個模糊輸入量根據(jù)模糊控制規(guī)則進行模糊推理，以獲得對應(yīng)的模糊輸出量。

同樣采用Mamdani模糊推理法建立其模糊規(guī)則，基于路面行人、車輛情況信息c的模糊輸入量C及路燈當(dāng)前輸出功率p的模糊輸入量P的模糊規(guī)則表如圖8所示，模糊輸出量為路燈亮度等級變化，設(shè)其獲得的模糊輸出量為Y。

(4)模糊判決：對上述的模糊輸出量Y進行模糊決策獲得模糊控制輸出量，根據(jù)模糊控制輸出量轉(zhuǎn)換而來的實際路燈控制量來控制路燈的亮度等級。

其中，模糊決策方法同樣采用重心法，設(shè)對模糊輸出量Y進行模糊決策得到的值為模糊控制輸出量y，y的模糊語言變量為：{YH(大)，YB(中)，YM(微中)，YL(小)}，其模糊論域y＝{y|0≤y≤10}，分為11個亮度等級，輸出功率范圍是30％～100％線性調(diào)節(jié)。YH表示路燈調(diào)至8～10級(即路燈輸出功率為80％～100％)，YB表示路燈調(diào)至5～7級(即路燈輸出功率為50％～80％)，YM表示路燈調(diào)至2～4級(即路燈輸出功率為30％～50％)，YL表示路燈調(diào)至0～1級(即路燈輸出功率為0％～30％)，輸出隸屬函數(shù)采用三角形。

采用車流量模糊控制方法實現(xiàn)的技術(shù)效果是：實現(xiàn)車輛前行方向路燈保持全亮狀態(tài)，車輛經(jīng)過后的路燈再恢復(fù)至一個較暗的等級，使系統(tǒng)最終達到在滿足路燈照明需求的情況下節(jié)約電能的效果。

以上所述實施例是為了說明和例證的目的，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準。