[發明專利]基于CAN總線的隧道照明自適應控制方法及裝置

在審

• 申請號: 201710619969.0
• 申請日: 2017-07-26
• 公開（公告）號: CN107708247A
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 李良榮;王燦;李震;顧平;張正麗
• 申請（專利權）人: 貴州大學
• 主分類號: H05B33/08
• 分類號: H05B33/08;H05B37/02
• 代理公司: 貴陽中新專利商標事務所52100
• 代理人: 李亮,程新敏

技術領域

本發明涉及一種公路隧道智能照明技術領域，屬于基于CAN總 線的隧道照明自適應控制方法及裝置。

背景技術

隧道節能照明控制系統，是要在保障隧道行車安全的前提下節 能，前者要求系統可靠性高，后者要求實現“車近燈亮、車過燈滅， 依據隧道內外光照強度及車速自動調整相應路段照明燈的亮度”的按 需照明效果，這決定了系統必須具備極強的實時性，所以選擇合適的 控制算法及通信方式至關重要：①隧道節能照明要求，在車輛所在區 段的照明亮度要根據隧道口自然光亮度、隧道內車流狀況和該區段實 際照明亮度信息的變化來實時調整，所以，隧道節能照明控制系統具 有多輸入、非線性和實時性要求較高的特點，目前尚沒有準確適用的 數學模型可用；②常用的通信方式如RS-232、RS-485、PLC(Power Line Carrier Communication,電力載波通信)等有線通信，以及藍牙 (Bluetooth)、Wi-Fi(Wireless Fidelity)、ZigBee和IrDA(紅外數 據傳輸)等無線通信方式，都難于滿足隧道節能照明控制高“可靠性、 實時性”的技術要求。沒有可靠的總線信息傳輸技術和實時照明參數 的處理方法，隧道節能照明系統的智能控制就無從談起。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種基于CAN總線的隧道照明自適應 控制方法及裝置，它準確性高，可靠性和實時性好，自適應能力強， 在保證隧道內行車安全的前提下有效節能，克服隧道常明燈照明系統 的過度照明或照明不足問題，為駕駛員提供良好的行車環境，在提高 隧道行車的安全性的前提下有效節能，以克服現有技術的不足。

本發明的技術方案：基于CAN總線的隧道照明自適應控制方法， 在高速公路隧道中鋪設一組CAN總線，CAN總線上掛載上位機、隧 道口亮度檢測模塊、隧道區段實時亮度檢測模塊、通行車輛信息檢測 模塊和節點控制器；在每個節點控制器上都連接著LED燈組驅動器， 節點控制器依據隧道口亮度信息、車流量信息、車速信息、控制器所 處的區段和區段實時亮度信息作為調光參數，經過自適應調光算法處 理后生成LED燈組驅動器的控制信息，并由CAN總線傳輸控制信息。

所述的CAN總線傳輸控制信息：CAN總線要傳輸的信息都先經 過CAN應用層協議處理后傳輸；CAN總線將隧道口亮度檢測模塊獲 取的亮度信息傳輸給所有節點控制器；CAN總線還將各隧道區段通 行車輛信息檢測模塊獲取的車流量、車速和區段實時亮度檢測模塊獲 取的實時亮度信息傳輸給對應的節點控制器；上位機通過CAN總線 將應急控制信息傳輸到相應的節點控制器，節點控制器接收請求后將 相關信息反饋給上位機；CAN總線能根據節點控制器的請求在節點 間傳輸信息。

所述的自適應調光算法照明參數處理：節點控制器以隧道口亮度 信息、車流量、車速及節點控制器所處的隧道區段信息作為隧道內照 明亮度的調節參數，前期以上述調節參數作為單神經元輸入，并將輸 入與理論輸出亮度兩者作為神經元的訓練樣本對，對神經元進行訓 練，當實際輸出亮度與理論輸出亮度的差值在誤差允許范圍時，確定 此條件下的輸入連接權值，如此反復訓練，得到各種條件下的輸入連 接權值集，供后期工作階段使用；后期通過基于單神經元和PID的自 適應調光算法，實現隧道內的自適應調光，從而實現自適應調光。

單神經元處理參數：隧道口亮度、車流量、車速和隧道區段作為 調節參數為單神經元學習所需要的狀態變量，對應表示為x₁、x₂、x₃、 x₄，其輸出進入PID控制環節：

其中r(t)為單神經元輸出量，x_i、w_i分別為控制器照明參數輸入向 量和對應的連接權重向量，K為比例系數，||W||是歐幾里德范數，w_i/||W|| 是在其向量空間中進行單位化處理；

PID控制：單神經元輸出與區段實時亮度檢測模塊獲取的區段實 時亮度的差值，即系統誤差e(t)＝r(t)-l(t)，作為PID的輸入，輸出信 息是LED燈組驅動控制信號：

其中K_p、T_i、T_d分別是比例系數、積分和微分時間常數；