[0001] 本发明属于灯具智能控制技术领域，特别是一种智能照明调光控制系统及方法。

[0002] 国内港区的作业生产均采用24h全天候作业模式，规模庞大的LED灯是保证码头堆场夜间安全作业的重要设施，而港口照明消耗的电能约为港区全部能耗的10％左右，能耗较大。现有港区照明控制方式多为“时控+接触器”的方式，该控制方式只在事先规定好的时间点亮、熄灭。在夜晚不论有无船舶、机械、人员作业码头及堆场的LED灯都会通宵达旦地照明，浪费大量电力资源。在白天阴雨或沙尘暴、扬沙等特殊天气情况下需要临时照明时，照明系统却无法即时启动。采用这种传统的控制方式会出现白天需要照明时无法启动和夜间无照明需求的地方无法关闭的情况，不能合理、有效地使用照明设备，由此造成极大的浪费。不能使设备处于最佳的使用及维护状态。为了解决该问题，申请号为201810112934.2的专利“一种照明装置的智能调光控制方法”公开了通过预先设定时间，自动打开和关闭照明装置，也可以根据设定时间逐渐调暗照或调亮明装置的照明控制方法。但是该方法缺乏灵活性，预设的时间一旦设置好后，如果没有及时更新，可能会因为外部环境的变化而变得不合适。例如，如果天气突然转阴导致光线不足，而预设的时间尚未到达，那么客户就无法享受到足够的照明。该方法无法适应动态环境，此方法依赖于固定的时间表来控制照明，但它没有考虑到实际环境中光照条件的变化。例如，在白天的时候，即使到了预设的开启时间，如果现场光线已经足够明亮，则不需要额外的照明。该方法缺乏个性化设置，现场作业环境对于照明的需求可能有所不同，固定的调光方案可能无法满足所有人的作业需求。

[0060] 为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

[0061] 在一个实施例中，结合图1，提供了一种智能照明调光控制系统，所述系统包括中央控制服务器、智能灯具控制器、单灯控制器和传感器节点；

[0062] 所述中央控制服务器部署于网路平台端，用于监测智能灯具设备运行、远程控制智能灯具的亮度、智能灯具故障推送、故障及功耗统计，以及协调智能灯具控制器的运行；

[0063] 所述智能灯具控制器，作为中心节点，用于接收并解析所述中央控制服务器发送的指令，并将解析后的信息下发至各智能灯具，还用于整合智能灯具的工作状态信息(实时状态、功率、故障等信息)并上传至所述中央控制服务器；

[0064] 所述单灯控制器，作为边缘控制节点，装配在智能灯具上，用于接收所述智能灯具控制器发送的控制指令调节智能灯具工作，还用于统计智能灯具工作信息；

[0065] 所述传感器节点，作为边缘感知节点，用于采集环境信息数据，并将数据发送给所述智能灯具控制器。

[0066] 这里，本方法按功能分为中心节点及边缘节点两个层次。该系统的每个层次均由一定数量的控制器组成，边缘节点的信息通过无线通信技术汇聚到中心节点进行处理。中心节点从边缘感知节点获取环境光照强度、GPS位置信息、运动检测等，根据环信息模糊推理，决策出具体的控灯指令。中心节点对边缘控制节点进行控制，实现自适应照明控制的功能。

[0067] 进一步地，在其中一个实施例中，所述中央控制服务器通过4G技术实现与所述智能灯具控制器的通讯；所述智能灯具控制器通过物联网技术(LoRa、485、PLC)从智能灯具获取灯具的状态和能耗信息，以及完成控制智能灯具状态的动作。中央控制服务器总体功能模块包括：照明控制、分组设置、预案设置、故障设置、统计、资产管理、系统管理；系统顶部功能(用户个人信息、修改密码、登出)。中央控制服务器总体功能框图见图2。

[0068] 优选地，在一些实施例中，中央控制服务器采用B/S架构，用Spring MVC+Mybatis模式进行开发，软件架构见图4。可实现港区内大型照明灯具进行智能化管理和控制。具备自适应调光、实时状态显示、大数据能源统计、设备资产管理、智能控制等功能，系统具备强安全性、高可用性、低延迟性、高稳定性等特点，满足企业智能化管理照明设备需求的同时，又能显著节约能耗降低企业运行成本。

[0069] 进一步地，在其中一个实施例中，所述边缘感知节点包括光照度采集传感器、GPS、运动检测传感器和第一故障检测模块，所述第一故障检测模块，用于实时监测边缘感知节点是否出现故障并进行报警提示；所述边缘感知节点通过LoRa/485模块将所述光照度采集传感器、GPS、运动检测传感器采集到的信息发送到所述中心节点；

[0070] 结合图5，所述边缘感知节点实现：

[0071] 对硬件和操作系统进行初始化；

[0072] 初始化光照度采集传感器、GPS、运动检测传感器和LoRa/485模块；

[0073] LoRa/485模块初始化成功后，创建边缘感知节点和中心节点的通信线程，该通信线程根据中心节点发出的请求，被动上报所处区域的环境光照强度、GPS位置信息、运动检测信息。

[0074] 这里，边缘感知节点使用LoRa/485调制技术，在保证传输距离的前提下，具有明显的抗干扰和低功耗的特点。边缘感知节点的硬件结构见图6。

[0075] 这里，边缘感知节点通过传感器采集作业现场信息，使用物联网技术(LoRa、485、PLC)将采集的信息上报到中心节点。中心节点根据当前的作业现场信息，经过模糊处理、知识库推理，可以决策出具体的控灯动作。当需要对灯具进行控制时，中心节点通过物联网技术(LoRa、485、PLC)将控制指令下发到边缘控制节点。边缘控制节点根据接收的指令完成对灯具亮度的调节，实现照明系统远程调光的功能。

[0076] 进一步地，在其中一个实施例中，为了保证照明系统的整体可靠性，采用多节点作业现场信息反馈机制与中心控制器备用机制相结合的方法。具体地：

[0077] (1)多点部署边缘感知节点；

[0078] 避免因为单个节点故障而导致照明系统出现异常。

[0079] (2)所述中心节点包括中心控制器和备用中心控制器，所述备用中心控制器实时监测所述中心控制器发送的心跳信息，在中心控制器故障时，将主动取代中心控制器完成对智能灯具的控制，且在接收到中心控制器的心跳之后，将自动让出照明调光控制系统的控制权；

[0080] 通过部署备用中心控制器，避免因中心控制器故障导致整个照明系统宕机。

[0081] 通过以上两种策略相融合，显著提升了照明系统整体的稳定性，保证了照明系统在极端条件下正常工作。为了降低港口区域之间差异性对节能率的影响，该系统使用了离散的环境照度控制算法。该算法通过对不同区域设置不同的光照度阈值，进一步提升了照明系统整体的节能率。

[0082] 进一步地，在其中一个实施例中，所述中心节点还包括第二故障检测模块，用于实时监测智能灯具的工作状态。

[0083] 进一步地，在其中一个实施例中，所述中心节点提供人机交互界面，用于实现对智能灯具的远程控制及参数设置，还用于显示智能灯具构成的照明系统的工作信息(如能耗信息等)。

[0084] 进一步地，在其中一个实施例中，所述中心节点包括屏幕交互线程、智能控制线程及备用根节点通信线程三个线程，分别实现人机交互、灯具控制及系统状态监控；

[0085] 在智能控制线程中，中心节点将采集到的环境光照强度、GPS位置信息、运动检测信息和时间信息融合分析，决策出对边缘控制节点的控制量，并通过LoRa/485/PLC模块将控制指令发送到相关的边缘控制节点；

[0086] 在屏幕交互线程中，中心节点根据从屏幕读取到的控制命令执行具体的任务，实现人机交互；

[0087] 在备用根节点通信线程中，中心节点不断发送心跳信息给备用中心控制器，备用中心控制器在超过预设时长没有收到心跳数据的条件下，将判定中心控制器为故障，并主动接替中心控制器完成照明控制工作，且备用中心控制器在接收到中心控制器的心跳后，将自动让出照明调光控制系统的控制权。

[0088] 这里，结合图7，中心节点首先对RT‑Thread操作系统进行初始化，其次对串口屏幕及LoRa/485/PLC通信等模块进行初始化。在对LoRa/485/PLC设备成功初始化的基础上，系统将创建三个线程，分别是屏幕交互线程、智能控制线程及备用根节点通信线程。中心控制节点软件的三个线程分别实现了人机交互、灯具控制及系统状态监控等功能。此外，系统运行过程出现问题时，将及时提示错误信息到屏幕。

[0089] 优选地，在一些实施例中，所述中心节点硬件控制器主板由ARM核心板及接口板组成。接口板上留有LoRa模块、4G模块、GPS模块、以太网、USB、串口、开关量、电源模块等安装接口。主控板提供与其它硬件板的逻辑控制与数据交互接口，用于与其他设备通讯。主控板各功能模块相对独立，主控板原理框图如图8所示。

[0090] 进一步地，在其中一个实施例中，所述边缘控制节点是灯具控制的主体，具有响应控灯指令及统计灯具能耗等功能。结合图9，其软件实现包括：

[0091] 初始化用于Flash读写的Fal库；

[0092] 从Flash中读取设备信息参数，包括LoRa/485/PLC的节点地址等信息；

[0093] 初始化用于控制智能灯具亮度的接口；

[0094] 初始化看门狗；

[0095] 创建灯具状态监测线程；

[0096] 创建能耗和故障检测线程；

[0097] 创建控制器终端通讯线程；

[0098] 在主循环里周期性喂狗。

[0099] 优选地，在一些实施例中，结合图10，所述边缘控制节点包括通讯模块、能耗监测模块、继电器开闭模块、调光模块、电源模块和控制模块；

[0100] 所述电源模块包括AC/DC电源模块和DC/DC电源模块；其中所述AC/DC电源模块，用于为所述继电器开闭模块和调光模块提供12V工作电压；所述DC/DC电源模块，用于为通讯模块、能耗监测模块、控制模块提供3V3工作电压；

[0101] AC220V电源输入电压经过能耗监测模块，所述能耗监测模块采集单相交流电参数(包括电压、电流、有功功率、功率因数、频率等多个电参量)，并通过串口发送至所述主控模块；

[0102] 所述主控模块，用于分析智能灯具和边缘控制节点的状态信息，并通过所述通讯模块发送至中心节点；

[0103] 边缘控制节点通过所述通讯模块接收中心节点输出的控灯指令，并通过串口或SPI接口将该控灯指令控灯发送至所述主控模块；

[0104] 所述主控模块输出PWM信号，控制所述调光模块实现0‑10V/PWM调光，并通过控制所述继电器开闭模块实现智能灯具的开闭。

[0105] 在一个实施例中，提供了了一种基于所述智能照明调光控制系统的控制方法，所述方法包括：

[0106] 所述中心节点从所述边缘感知节点获取环境信息；

[0107] 根据环境信息进行模糊推理，决策出具体的控灯指令；

[0108] 所述中心节点通过物联网技术将所述控灯指令发送到所述边缘控制节点；

[0109] 所述边缘控制节点根据接收的指令完成对智能灯具亮度的调节，实现远程自适应照明控制。

[0110] 关于每一步的具体限定可以参见上文中对智能照明调光控制系统的限定，在此不再赘述。

[0111] 本发明基于物联网和4G通讯技术，整合云计算和可视化技术，采用离散区域控制算法。实现了港口照明灯具从智能管理平台‑智能控制器‑智能LED灯具的智能闭环控制，具体如下：

[0112] 1.采用智能LED灯具替换传统的高压钠灯灯工业用灯具，能耗降低约30％；

[0113] 2.将光照度采集传感器、GPS、运动检测传感器和灯具控制器进行整合，实现根据实际作业情况自适应调节智能LED灯具状态；

[0114] 3.采用物联网和4G通讯技术，实现智能灯具控制器与中央控制服务器实时数据交互，控制器将灯具的状态信息收集并发送到中央控制服务器，中央控制服务器将数据计算整理后，通过数据可视化技术反馈给用户。

[0115] 港口采用本方法的照明系统实际运行后，将根据每天的光照强度、GPS位置信息、运动检测自动调节场区内照明灯具的亮度等级，实现自适应的调光控制。为了计算照明系统的平均节能率，对照明系统运行七天的能耗数据进行了采集。采集的实际能耗和理论能耗如图3所示。得出平均节能率为29.3％，表明照明控制系统具有明显的节能效果。

[0116] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。