论文部分内容阅读
摘 要：
本课题深入分析和研究了基于模糊控制算法的节能路灯控制系统。探讨了节能路灯节能控制系统的方法，介绍了该装置的工作原理、系统设计。系统使用了时间控制，光学、声学控制以及手动控制相结合，针对路灯端电压大小的控制进行了系统设计。对照明进行了系统的分析，在控制运行方面，对路面数据进行模糊化处理，以便于合理的找到控制电压值。运用Matlab/Simulink对整个系统进行仿真研究，仿真表明系统地的可行性。
关键词：路灯， 模糊控制， 节能， 智能控制
0 前言
几年来各国所作的相关研究表明，良好的道路照明可减少约30%的夜间交通事故。另外城市电力供应的日趋紧张，对城市公共照明节电尤其是道路照明节电提出了要求。城市公共照明（主要是道路照明和景观照明）在我国照明耗电中占大約30%的比例，所以城市道路照明的节电潜力很大。本系统针对路灯控制上诉问题采用模糊控制算法，对路面数据进行模糊化处理，要达到最佳控制效果。
1 系统的硬件组成及设计
通过传感器实时检测到的噪声和光照信号，经过转换输出电压信号，通过调节可变电器
二次绕组，从而路灯端电压的调节，实现路灯节能控制。
首先，通过采集光线信号，智能控制器断定，是否需要开启路灯照明系统，如开启，则功率单元控制完成路灯的软启动。当路灯打开后，路面的声学传感器，采集路行人流量和面车流量发出的声学信号，智能控制器发出调控信息，控制路灯输出电压的大小，如果行人的流量和实时车辆较少，即路灯的亮度不需要太亮，系统就会自行降低输出电压；如果行人的流量和实时车辆较大，需要路灯比较亮，系统根据需求自动升高路灯的输出电压。
系统分为上位机和下位机，上位机主要由键盘、日历时钟芯片以及人机交互设备组成，控制器CPU选择P89LPC938；下位机主要控制晶闸管同步触发，通过单片机89S52控制电路。上下位机都是距离非常的近单片机通讯，都在相同的设备箱里，因此我们直接使用TTL电平进行串行口通讯。
2 节能系统软件总体设计
从智能路灯系统功能考虑，划分软件系统模块成几部分，有主程序、过零检测子程序、键盘扫描处理子程序、误差模糊处理子程序、电压采集程序、日期/时钟子程序、调压输出子程序、LCD子程序、串口通讯子程序等。
3 模糊控制系统算法
模糊控制算法的输出量为该道路的路灯亮度L。假设模糊控制路灯之间交通车辆与行人状况的论域为[0，12]，将其分为5个模糊集合：很亮、亮、中等、暗、很暗。
模糊控制规则设计：根据经验总结出来的控制规则由25条模糊条件规则如表1所示。其中当道路车辆与行人密集度P和道路空旷度E相当时，根据经验定义输出灯光亮度为暗。
应用max-min合成运算，将Pi，Ej和R代入式（4）求出Lij 。以模糊控制重心法去模糊化，得到输出控制量L的清晰值。由于系统输入输出量均为离散值，所以清晰化后输入输出量对应于一个控制表。表1给出部分模糊控制输出表。
交通状况检测方案采用两个光电开关[2]，加4个接近开关由两个对射式光电开关来判断是否有车辆或行人经过，由4个接近开关E、F、G、H来判断是否是车辆和行人同时经过，在正常情况下，没有车辆或行人（即无挡光时）时输入的是500Hz方波，有车辆或行人时（即有挡光时）输入为高电平，所以对于是否为1的判断是每隔1.2ms检测一次，连续3次，如果都为1，则认为有挡光动作的发生。如果都为0，则视为没有挡光发生。
4 结束语
随着近年来城市现代化程度不断加快，道路照明系统耗能不断加大，对现有路灯系统进行改进，已成为国内外的热点问题之一。路灯节能控制系统为城市解决了这一问题，它的研制有效的实现照明设备节能降耗的目的。系统使用模糊控制算法，设计了一套智能控制路灯的节能方案。通过系统构建与方案设计、系统硬件设计、软件设计以及控制策略，本文证明所设计的路灯节能控制系统的可行性。
参考文献：
[1] 邹常茂，韩庆军.国内智能照明节电器设备的现状与技术特性.节能与环保，2003（12）：
52-53.
[2] 李铁楠.城市道路照明设计.光源与照明，2006（2）：116-117.
[3] 陈宇勤城市路灯节电技术的现状和发展.云南电力技术，2006（6）：42.
[4] 秦荣茂.浅谈城市路灯的控制技术.电气知识，2004（3）：26.
[5] 袁佑新，王距兰，彭万权等.基于可变电抗的高压软启动器研究.电力自动化设备，2007（11）：33～34.
[6] 袁佑新，刘苏敏，费 杰，王亚兰，周 海. 基于模糊控制的智能路灯节能系统设计.中国水运，2007.
[7] 刘苏敏，智能路灯节能控制系统研究.武汉理工大学论文，2011.
冯平，男，1962，北京人， 研究生，副教授，研究方向：控制理论与控制工程，通讯地址：广西柳州市东环路广西科技大学电气学院
邮编545006
电话13407865175
本课题深入分析和研究了基于模糊控制算法的节能路灯控制系统。探讨了节能路灯节能控制系统的方法，介绍了该装置的工作原理、系统设计。系统使用了时间控制，光学、声学控制以及手动控制相结合，针对路灯端电压大小的控制进行了系统设计。对照明进行了系统的分析，在控制运行方面，对路面数据进行模糊化处理，以便于合理的找到控制电压值。运用Matlab/Simulink对整个系统进行仿真研究，仿真表明系统地的可行性。
关键词：路灯， 模糊控制， 节能， 智能控制
0 前言
几年来各国所作的相关研究表明，良好的道路照明可减少约30%的夜间交通事故。另外城市电力供应的日趋紧张，对城市公共照明节电尤其是道路照明节电提出了要求。城市公共照明（主要是道路照明和景观照明）在我国照明耗电中占大約30%的比例，所以城市道路照明的节电潜力很大。本系统针对路灯控制上诉问题采用模糊控制算法，对路面数据进行模糊化处理，要达到最佳控制效果。
1 系统的硬件组成及设计
通过传感器实时检测到的噪声和光照信号，经过转换输出电压信号，通过调节可变电器
二次绕组，从而路灯端电压的调节，实现路灯节能控制。
首先，通过采集光线信号，智能控制器断定，是否需要开启路灯照明系统，如开启，则功率单元控制完成路灯的软启动。当路灯打开后，路面的声学传感器，采集路行人流量和面车流量发出的声学信号，智能控制器发出调控信息，控制路灯输出电压的大小，如果行人的流量和实时车辆较少，即路灯的亮度不需要太亮，系统就会自行降低输出电压；如果行人的流量和实时车辆较大，需要路灯比较亮，系统根据需求自动升高路灯的输出电压。
系统分为上位机和下位机，上位机主要由键盘、日历时钟芯片以及人机交互设备组成，控制器CPU选择P89LPC938；下位机主要控制晶闸管同步触发，通过单片机89S52控制电路。上下位机都是距离非常的近单片机通讯，都在相同的设备箱里，因此我们直接使用TTL电平进行串行口通讯。
2 节能系统软件总体设计
从智能路灯系统功能考虑，划分软件系统模块成几部分，有主程序、过零检测子程序、键盘扫描处理子程序、误差模糊处理子程序、电压采集程序、日期/时钟子程序、调压输出子程序、LCD子程序、串口通讯子程序等。
3 模糊控制系统算法
模糊控制算法的输出量为该道路的路灯亮度L。假设模糊控制路灯之间交通车辆与行人状况的论域为[0，12]，将其分为5个模糊集合：很亮、亮、中等、暗、很暗。
模糊控制规则设计：根据经验总结出来的控制规则由25条模糊条件规则如表1所示。其中当道路车辆与行人密集度P和道路空旷度E相当时，根据经验定义输出灯光亮度为暗。
应用max-min合成运算，将Pi，Ej和R代入式（4）求出Lij 。以模糊控制重心法去模糊化，得到输出控制量L的清晰值。由于系统输入输出量均为离散值，所以清晰化后输入输出量对应于一个控制表。表1给出部分模糊控制输出表。
交通状况检测方案采用两个光电开关[2]，加4个接近开关由两个对射式光电开关来判断是否有车辆或行人经过，由4个接近开关E、F、G、H来判断是否是车辆和行人同时经过，在正常情况下，没有车辆或行人（即无挡光时）时输入的是500Hz方波，有车辆或行人时（即有挡光时）输入为高电平，所以对于是否为1的判断是每隔1.2ms检测一次，连续3次，如果都为1，则认为有挡光动作的发生。如果都为0，则视为没有挡光发生。
4 结束语
随着近年来城市现代化程度不断加快，道路照明系统耗能不断加大，对现有路灯系统进行改进，已成为国内外的热点问题之一。路灯节能控制系统为城市解决了这一问题，它的研制有效的实现照明设备节能降耗的目的。系统使用模糊控制算法，设计了一套智能控制路灯的节能方案。通过系统构建与方案设计、系统硬件设计、软件设计以及控制策略，本文证明所设计的路灯节能控制系统的可行性。
参考文献：
[1] 邹常茂，韩庆军.国内智能照明节电器设备的现状与技术特性.节能与环保，2003（12）：
52-53.
[2] 李铁楠.城市道路照明设计.光源与照明，2006（2）：116-117.
[3] 陈宇勤城市路灯节电技术的现状和发展.云南电力技术，2006（6）：42.
[4] 秦荣茂.浅谈城市路灯的控制技术.电气知识，2004（3）：26.
[5] 袁佑新，王距兰，彭万权等.基于可变电抗的高压软启动器研究.电力自动化设备，2007（11）：33～34.
[6] 袁佑新，刘苏敏，费 杰，王亚兰，周 海. 基于模糊控制的智能路灯节能系统设计.中国水运，2007.
[7] 刘苏敏，智能路灯节能控制系统研究.武汉理工大学论文，2011.
冯平，男，1962，北京人， 研究生，副教授，研究方向：控制理论与控制工程，通讯地址：广西柳州市东环路广西科技大学电气学院
邮编545006
电话13407865175