地下停车场自组网式LED照明与引导系统设计

2015-03-25代永辉俞宝福

科技传播 2015年15期

关键词：车位停车场灯具

包寅，代永辉，俞宝福

1.绍兴市柯桥区柯桥中学，浙江绍兴 312065 2.杭州冠啸电子科技有限公司，浙江杭州 310027 3.绍兴市为信电子科技有限公司，浙江绍兴 312066

地下停车场自组网式LED照明与引导系统设计

包寅1，代永辉2，俞宝福3

1.绍兴市柯桥区柯桥中学，浙江绍兴 312065 2.杭州冠啸电子科技有限公司，浙江杭州 310027 3.绍兴市为信电子科技有限公司，浙江绍兴 312066

本文旨在研究开发一种针对停车场应用的节能灯具，可具备车位路径规划自动引导方法，该方法以遗产算法为基本思想，重点解决了多车并发竞争问题，并以LED灯具为单位实现自动引导。该系统对于实现公共地下停车场的节能与智能化管理具有很好的推广应用价值。

地下停车场；LED照明；引导系统；ZIGBEE；DALI系统

1 地下停车场照明系统现状

近年来，随着高层建筑的发展与汽车数量与日俱增，地下停车场成为建筑必备，其缺乏自然光源、需长时间照明的特点，使其照明用电占其运营能耗的80%以上，其昼夜不间断照明的特殊性所带来的电能极大的消耗引起市政管理部门、能源管理部门及照明行业的高度关注。如何降低或减少“无效照明”能耗成为地下停车场节电的关键，代表着照明光源第四次革命的LED照明技术在地下停车场的应用是当前LED照明技术最佳最科学的应用领域之一。

2 系统总体设计方案

本系统旨在研究开发一种针对停车场应用的节能灯具，可具备车位路径规划自动引导方法，该方法以遗产算法为基本思想，重点解决了多车并发竞争问题，并以LED灯具为单位实现自动引导。

系统主要包括中心服务器、车辆检测模块、车位检测模块，系统框图如图1所示。图2为系统模拟实际场景的示意图。

1）车辆检测模块是由内置有车辆检测感应式传感器和DALI调光模块的车道灯组成，安装在车道上方，为车辆行驶过程提供充足照明，同时将车辆和人员活动的感应信息通过DALI总线传递给中心服务器，并接受中心服务器的控制指令，以高亮的方式做行车引导，与其它车道灯共享感应信息，实现区域照明。

2）车位检测模块是由内置有车位状态感应器和ZIGBEE无线通信模块的车位灯组成，安装在车位上方，为车辆停车时提供充足照明，同时可作为空车位状态和引导指示。

3）当无人车活动时，车道灯自动进入低功耗的休眠模式，功率约为2W，满足监控需要，当有车辆经过且为目标空车位时，灯具进入慢闪烁状态，引导行车至该车位，而当车辆驶入该车位时，功率约为8W，为停车提供充足照明。

4）中心服务器收集区域感应信息，通过嵌入的软件系统给出最佳的照明解决方案，并通过控制车道灯和车位灯的方式，为行车路径引导计算最佳路径。

3 系统设计关键技术

3.1 基于遗传算法的车辆引导最优路径选择算法设计

车辆引导系统中最关键的问题，就是如何选择车辆到空闲车位的最优路径。本系统最优路径选择算法将采用遗传算法。

首先通过图论的构图方法，结合停车场结构信息和有效泊车位信息，把停车场抽象为权值有向图，如图3所示，其中圆圈代表有效停车位节点，线条代表路径，线条上的数值代表距离等信息。采用非0-1串的自然编码方式为每个节点和路径进行编码，生成每个节点对应的编码“染色体”信息。采用适度函数为不同节点的染色体划分族群，根据轮转选择法选择局部最优和最坏路径，最后根据交叉操作计算出从起点到最近的空泊车位的最优路径。

3.2 基于嵌入式系统的控制软件设计

通过接收车辆检测的信息，中心服务器向车位检测设备发送相应指令获取停车场车位状态信息，如果获取的所有车位信息存在有效车位（空车位）时，系统将基于停车场的建模运用遗传算法计算出最短路径的车位，并通过DALI系统控制LED灯工作并规划出车辆的引导路径引导车辆到达指定的停车位，当车位检测设备检测到车位信息发生改变时，向服务器发送已改变的车位信息，服务器接收后储存该位信息并控制LED灯逐渐变暗直至熄灭，同时点亮车位到停车场人员出口处的LED灯引导人员离开停车场，最后慢慢熄灭LED灯。

停车场往往有多个入口，各入口同时进入车辆而车位不足即多车并发竞争的现象，将难以避免，如图4所示。本系统将对入口事先分配优先级，结合最优路径算法，并为优先级低的车辆引导到最近出口重点解决多车并发竞争问题。

简言之，控制系统实现了车辆引导功能、车位信息采集、LED灯亮度控制、数据库管理等功能。

3.3 基于Zigbee的组网

本系统采用Zigbee实现单点对多点的传输，采用蜂窝型网状网络结构。整个网络由一个中心节点及若干个终端节点和中继路由构成，中心服务器的Zigbee必须为中心节点，车辆检测设备和车位检测设备设为终端节点，中心服务器的Zigbee负责接收所有中继路由和终端的信息，并以广播的方式向所有中继路由和终端节点发送信息。当有些设备距离中心服务器较远时，可放置几个设置为中继路由的Zigbee模块用于扩展传输距离以确保终端能够接收服务器发送的信息。

3.4 基于DALI协议的LED控制

本系统采用DALI协议控制所有LED灯具。LED灯配有符合DALI协议的调光模块，该模块用于接收中心服务器发送的指令实现相应的功能。中心服务器可发送DALI协议中的对应指令来实现对LED灯的寻址、调光、分组、预设场景以及状态查询。中心服务器亦可根据某一LED灯的地址对其发送相应指令对该LED灯进行独立控制。

4 系统特点

总体而言，本系统具有以下特点。

1）构建了由带雷达探测传感器的LED灯具、带超声波传感器的车位探测终端、停车路径规划引导软件与带双网关的停车场中心服务控制器组成的地下停车场照明与引导系统，中心服务控制器采用DALI协议实现多个LED灯具的自动调光，实现LED灯具系统的自组网，并采用ZIGBEE无线通讯方式实现对多个探测终端的数据采集，LED灯具与车位探测终端数量与地址信息均可组态设置，系统具有很好的扩展性。

2）研究开发了一种可自动检测车辆出入库状态的LED灯具，该灯具集成雷达探测传感器，并内置有DALI调光驱动电路，可根据中心服务控制器的调节指令实现LED亮度的自动调节。

3）研究开发了一种针对停车场车位路径规划自动引导方法，该方法以遗产算法为基本思想，重点解决了多车并发竞争问题，并以LED灯具为单位实现自动引导。