智能天光自适应系统.pdf

本发明属于灯光节能技术领域，涉及一种智能天光自适应系统，包括装于控制器箱体内的电源模块、存储模块、软件控制模块、光敏模块、万年历模块、显示模块、输入模块和输出模块，通过智能天光自适应系统中的万年历技术和光敏控制技术，形成天光自适应技术，自适应天黑天亮时间，每天自动改变开灯、关灯时间，同时对于景观灯自动进行日常灯光和节日灯光控制，这样能很好解决路灯和景观灯浪费问题而且成本低，可靠性高。

1、  一种智能天光自适应系统，其中该系统包括装于控制器箱体(10)内的电源模块(1)、存储模块(2)、软件控制模块(3)、光敏模块(4)、万年历模块(5)、显示模块(6)、输入模块(7)和输出模块(8)，其中，所述电源模块(1)包括电压转换装置，可以将电压进行转换用于输出模块(8)，同时还可以将一部分转换的电压供软件控制模块(3)和其他模块使用；存储模块(2)用于存储控制程序和各种数据；软件控制模块(3)包括中央处理器CPU和电路控制板，用于对各个模块的控制、管理和时间数据的计算；光敏模块(4)设置在光敏箱(20)内，包括用于采集天光信号的光敏传感器(21)、用于清洁的电刷(22)和微型驱动电机(23)，光敏传感器(21)通过A/D转换器将采集的信号转换成数字信号。万年历模块(5)用于提供时间和日期信息；显示模块(6)可以通过显示屏(12)用于数据显示；输入模块(7)通过操作面板(11)的各个按键、串口和晶振进行数据设置、程序和指令的输入；输出模块(8)包括输出中继电路的继电器。

2、  根据权利要求1所述的智能天光自适应系统，其特征在于：所述光敏传感器(21)可以设置为三个，分别置于各自的单元内。

3、  根据权利要求1或2所述的智能天光自适应系统，其特征在于：所述光敏模块(4)还包括一测温装置。

4、  根据权利要求3所述的智能天光自适应系统，其特征在于：所述输出模块(8)设有三路继电器输出，3路继电器备用输出。

5、  根据权利要求4所述的智能天光自适应系统，其特征在于：所述软件控制模块(3)还设有一远程数据接口。

6、  根据权利要求4所述的智能天光自适应系统，其特征在于：所述软件控制模块(3)内还设有自检系统。

7、  根据权利要求4所述的智能天光自适应系统，其特征在于：所述输入模块(7)的时间设置为永久记忆。

8、  根据权利要求4所述的智能天光自适应系统，其特征在于：所述智能天光自适应系统中还具有强闭系统。

9、  根据权利要求4所述的智能天光自适应系统，其特征在于：所述智能天光自适应系统中还具有时间查询系统。

10、  根据权利要求1-9任一所述的智能天光自适应系统，其特征在于：所述控制器箱体可以安装在路灯或景观灯配电柜中。

智能天光自适应系统
技术领域
本发明属于灯光节能技术领域，主要涉及一种应用于路灯或景观灯的智能天光自适应系统。
背景技术
随着经济发展，将灯光用于照明和景观美化在各大中小城市越来越普遍，然而，由于对灯光开关时间的控制不当，造成的能源浪费也是人们一直需待解决的问题。目前，人们已经提出了一些解决的办法，例如：通过光敏技术来控制灯光的开闭时间，但由于光敏元件长期裸露在外，蒙上灰尘，会使光敏度下降，同时，背景灯光有可能使光敏控制误操作。还有通过无线电遥控路灯和景观灯开、关时间，可自动控制，也可人工干预，这是一个有效的解决路灯和景观灯浪费的方案。缺点是如城市大，无线发射功率大，会造成无线电磁干扰，成本昂贵，同时，由于没有应用光敏技术，需要有人值守以应对天气变化情况。
在现有的文件中有些披露了部分智能控制的装置，比如在中国文献CN2215790Y中涉及到了一种智能日照模拟时控开关装置，但是该专利采取的是简易的不成熟的中央控制装置，模块并不成熟，虽然能够简单模拟良好天气天黑天亮的变化，但无法进行状态调整，经常导致时间控制的紊乱，而且无法模拟恶劣天气天黑天亮的变化。在另外的国内外的文件中也有相关的技术，但是都不能从根本上到达智能控制的目的。
因此，由于上述现有技术的种种缺陷，至今依然没有一种方法能够有效地控制灯光能源的浪费。
发明内容
本发明的目的就是为了提供一种智能天光自适应系统，使之既能让灯光最大限度的发挥照明和城市夜景美化的作用，又能有效地控制不必要的能源浪费，且自动化程度高，无需人值守。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种智能天光自适应系统，包括装于控制器箱体内的电源模块、存储模块、软件控制模块、光敏模块、万年历模块、显示模块、输入模块和输出模块，其中，所述电源模块包括电压转换装置，可以将电压进行转换以用于输出模块，同时还可以将一部分转换的电压供软件控制模块和其他模块使用；存储模块用于存储控制程序和各种数据；软件控制模块包括中央处理器(CPU)和电路控制板，用于对各个模块的控制、管理和时间数据的计算；光敏模块设置在光敏箱内，包括用于采集天光信号的光敏传感器、用于清洁的电刷和微型驱动电机；万年历模块用于提供时间和日期信息；显示模块用于数据显示；输入模块通过操作面板、串口和晶振用于数据的输入；输出模块包括输出中继电路的继电器。
本发明采用的是天光自适应技术，克服了万年历技术和光敏技术的缺点，结合他们的优点而成，其中万年历技术是以春分秋分白天黑夜等长，冬至夏至白天最短最长为基础，每天天黑时间延长或缩短约1分钟，来模拟天黑时间，获得一计算基准线.光敏技术是利用其光敏感来模拟每天天气变化，因光敏感技术存在背景光误判，因此，我们给一限定值譬如15分钟(各地不一样)，对光敏感技术进行标定，15分钟是指光敏采样时间与计算基准线当天计算时间的差异，如果到当天计算开灯时间，没有收到采样信号，而且判断光敏系统工作正常，会延时15分钟，仍然没有，视为超过15分钟，则灯光开灯，如果判断光敏系统工作异常，则以当天计算的时间做为开灯时间。本发明采用了改进的光敏感技术，采用3个光敏管进行冗余判断，增加可靠性，同时采用电刷进行灰尘清刷并且增加了节日判断功能，适合所有室外灯光控制，尤其是大型景观灯，需要进行节日和日常分开控制，以便于节能。
与现有技术相比较，本发明智能天光自适应系统的优势在于其较强天光自适应能力。利用万年历技术充分融合光敏控制技术，形成天光自适应技术，自适应天黑天亮时间，每天自动改变开灯、关灯时间。同时对于景观灯自动进行日常灯光和节日灯光控制，这样能很好解决路灯和景观灯浪费问题而且成本低，可靠性高。
附图说明
参照相应附图，结合优选实施方式，本发明的其他目的、细节、特征和优势将变得更为清楚，所述实施例仅为例示性介绍并无限制的意图，其中：
图1是本发明智能天光自适应系统模块组成图；
图2是本发明的系统原理图；
图3是本发明的机箱外形图；
图4是本发明的光敏箱外形图；
图5是本发明的光敏箱剖面图；
图6是本发明的操作面板按键示意图；
图7是本发明的灯光控制原理图。
具体实施方式
参照图1至图6的本发明的一优选实施例，可看出智能天光自适应系统，包括装于控制器箱体10内的电源模块1、存储模块2、软件控制模块3、光敏模块4、万年历模块5、显示模块6、输入模块7和输出模块8，其中，所述电源模块1包括电压转换装置，可以将从接线柱14输入220v市电变压成9v直流电压用于输出模块8，同时还可以将一部分9v电压转换成5v和3.5v电压，供软件控制模块3和其他模块使用；存储模块2用于存储控制程序和各种数据；软件控制模块3包括中央处理器(CPU)和电路控制板，用于对各个模块的控制、管理和时间数据的计算；光敏模块4设置在光敏箱20内，包括用于采集天光信号的光敏传感器21、用于清洁的电刷22和微型驱动电机23，光敏信号从接口13与控制箱体连接，之后通过A/D转换器将模拟信号转换成数字信号；万年历模块5用于提供时间和日期信息；显示模块6可以通过液晶显示屏12用于数据显示；输入模块7通过操作面板11的各个按键、串口和晶振进行数据的设置、程序和指令的输入，其晶振可提供计数脉冲；输出模块8包括输出中继电路的继电器，路灯或景观日常用灯输出接线柱15，一般节日灯光输出接线柱16，重大节日输出接线柱17与景观灯分组接线柱18、19。
为了更进一步使工作更稳定，本发明采用了三个光敏传感器，进行冗余判断，以延长传感器寿命及提高可靠性。三个采样时间置于三个单元，如三个采样信号都有效，取任一单元时间参入计算。如三个中只有两个采样信号有效，表明另一个传感器已坏，将所属单元置0表示弃用。同样原理，如两个中只有一个发出有效信号，则没有发出有效信号的一个也置0弃用。这样可有效延长光敏传感器使用寿命。如果最后一个光敏传感器超过20天没有发出有效信号(连续20天天气不好极为少见，即使梅雨季节，中间也会出现一两天好天气)，也置0弃用，暂时以计算基准线来控制灯光，等待维护。
同时，由于电刷22用于清刷光敏传感器灰尘，其寿命对产品可靠性影响很大，可以从两个方面设计延长其寿命：其一，减少电刷22不必要的操作次数。将电刷22设定为每天只定时清刷一次，每次电刷22工作时间一分钟。其二，安装一测温装置，通过测温对环境温度进行判断，如环境温度低于-5℃，则电刷22停止工作，以防结冰损坏电刷。而结冰对光敏传感器影响是很小的。
本申请的智能天光自适应系统的具体装置既可以安装在路灯配电柜内，同时还可安装于各种景观照明灯配电柜内，对于大型景观照明工程，一些灯具专为重大节日(五一、十一、元旦等)重大活动而设，这些灯只有在该种情况下启用；一些灯专为一般节假日而设，另一些如庭院路灯为常开，作用如同路灯。针对上述情况，输出模块8设有3路继电器输出和3路继电器备用输出，3路输出分别接重大节日灯、普通节假日灯、路灯或日常景观灯，3路备用输出用于景观灯分组控制或路灯均衡负载容量，并设置各自相应的控制程序。同时，本申请还可以对特定日子进行临时设置，如大型运动会、大型国际会议、城市纪念日等，需要临时调整开启灯光开闭时间，或亮化工程，可以按照重大节日处理，可以通过输入模块7设置特定日子或日期。
本申请软件控制模块3上还可设有远程数据接口，以便进行集中或远程控制。
本申请软件控制模块3还可通过安装自检系统，对智能天光自适应系统进行自检，看是否工作正常。
本申请还可以将输入模块7中的时间设置为永久记忆，直到下一次修改，防止出现停电、掉电等情况下，不影响控制器正常计时。
本申请还具有强闭系统，当城市遇到限电或恶劣天气等异常情况时需要关闭灯光，拉闸很危险，可通过强闭功能人工操作实现。
本申请还可以通过安装查询系统，对当天开关灯时间各设置基准时间进行查询，以便验证开关灯时间准确与否。
所述智能天光自适应系统的操作面板11上设有21个按键，其中一个为备用健，如图5所示。“功能”键用于显示出各功能；“确认”键表示对操作认同或取消；“↑”“↓”“→”“←”4健显示内容上下左右移动；“0～9”数字健供时间设置用；“返回”键逐级返回或返回主菜单；“关灯”键，按下此键，智能天光自适应系统输出强制反电平触发信号，灯光闭，智能天光自适应系统处于失效状态，设此键目的是因节电或限电需要，停止灯光，属于人工强闭操控；“暂停”健可以中止设置；“删除”健用于删除设置中的错误操作。
作为智能天光自适应系统，其工作原理参见图7。下面以武汉地区路灯为例对灯光控制原理图进行说明，根据观察，武汉天黑时间(各地不一致)夏至在19:45左右，秋分在18:35左右，冬至在16:45左右，春分18:35左右。夏至与冬至相差3小时，如是天气良好的话，从夏至19:45，每天应减少一个固定时间约一分钟，到冬至达到16:45，之后每天增加约1分装，到夏至达到19:45，如此循环，其轨迹就是图7中计算基准线。
但自然界中阴天，雨雪天都会使天黑天亮时间发生变化，光敏传感器最能反映自然光实际变化情况，然而光敏传感器因蒙尘会使敏感度下降，及存在误判问题。用电刷定期擦刷光敏传感器可以解决蒙尘问题；对于误判问题，通过观察，我们发现，如以计算基准线为标准判定，异常天气带来的天黑天亮时间变化绝大多数不超过15分钟，因此我们设立限制线来解决背景光干扰误判问题。以15分钟(各地时间不一样)为限。光敏传感器给出信号时间与计算时间相比如不超过15分钟，用光敏传感器给出信号时间来控制灯光，如超过15分钟，则在计算时间基础上加或减15分钟，为当天的灯光控制时间。与计算基准线相差15分钟线就是图中的限制线，限制后的光敏传感器感应线为图中运行线。运行线基本反映一年天黑实际变化情况。
在智能天光自适应系统的控制器箱体内中已事先设置春分18:35，夏至19:45，秋分18:35，冬至16:45，限制时间15分钟等基准参数(不同地区可根据实际情况进行设置)。设D日为夏至与秋分之间某一天，计算机首先计算D日开灯基准时间。夏至秋分之间开灯时间变动的时间差T0：
T0＝(夏至开灯时间-秋分开灯时间)/夏至与秋分之间天数  (1)
D日开灯基准时间T1：
T1＝夏至开灯时间-T0×夏至与D日间天数                (2)
每天T1前半小时，CPU开始采样光敏信号，T1后经限制时间T3采样结束。采样10次为一组，三个光敏都采样到有效信号，则记录其采样时间T2，CPU比较T1与T2大小，如二者之差的绝对值小于限制时间T3分钟，则D日开灯时间T等于T2。如二者之差的绝对值大于T3分钟，则D日开灯时间T等于T1加或减T3分钟。D日实际开灯时间T用公式表示：
T＝T2     (|T1-T2|≤T3)            (3)
T＝T1+T3  (|T1-T2|＞T3，T1＜T2)    (4)
T＝T1-T3  (|T1-T2|＞T3，T1＞T2)    (5)
关灯时间同样处理。至于景观灯控制，景观灯开灯时间如同路灯，关灯时间一般是夜12点。
灯光开关灯时间确定之后，CPU发出一脉冲信号，经信号放大，到输出继电器。智能天光自适应系统中设3路继电器输出，一路控制路灯或日常景观灯，一路控制重大节日景观灯，一路控制普通节日景观灯。
控制器箱体可以安装在路灯或配电柜中，一路输出可控制一个交流接触器。
在本申请中，智能天光自适应系统中的所有器件选用至少是工业级，部分重要器件选军用级，选军用级器件光敏传感器、电机等。
虽然已结合具体实施例对本发明作了详细的描述，但是显而易见的是，这对此不构成任何限制，本领域的普通技术人员可根据所掌握的知识对所有技术等同物及它们组合进行替换，这些都落入本发明保护的范围之内。