地下停車場自組網(wǎng)式LED照明與引導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計

包 寅，代永輝，俞寶福

1.紹興市柯橋區(qū)柯橋中學(xué)，浙江紹興 312065 2.杭州冠嘯電子科技有限公司，浙江杭州 310027 3.紹興市為信電子科技有限公司，浙江紹興 312066

地下停車場自組網(wǎng)式LED照明與引導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計

包 寅1，代永輝2，俞寶福3

1.紹興市柯橋區(qū)柯橋中學(xué)，浙江紹興 312065 2.杭州冠嘯電子科技有限公司，浙江杭州 310027 3.紹興市為信電子科技有限公司，浙江紹興 312066

本文旨在研究開發(fā)一種針對停車場應(yīng)用的節(jié)能燈具，可具備車位路徑規(guī)劃自動引導(dǎo)方法，該方法以遺產(chǎn)算法為基本思想，重點解決了多車并發(fā)競爭問題，并以LED燈具為單位實現(xiàn)自動引導(dǎo)。該系統(tǒng)對于實現(xiàn)公共地下停車場的節(jié)能與智能化管理具有很好的推廣應(yīng)用價值。

地下停車場；LED照明；引導(dǎo)系統(tǒng)；ZIGBEE；DALI系統(tǒng)

1 地下停車場照明系統(tǒng)現(xiàn)狀

近年來，隨著高層建筑的發(fā)展與汽車數(shù)量與日俱增，地下停車場成為建筑必備，其缺乏自然光源、需長時間照明的特點，使其照明用電占其運營能耗的80%以上，其晝夜不間斷照明的特殊性所帶來的電能極大的消耗引起市政管理部門、能源管理部門及照明行業(yè)的高度關(guān)注。如何降低或減少“無效照明”能耗成為地下停車場節(jié)電的關(guān)鍵，代表著照明光源第四次革命的LED照明技術(shù)在地下停車場的應(yīng)用是當(dāng)前LED照明技術(shù)最佳最科學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域之一。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計方案

本系統(tǒng)旨在研究開發(fā)一種針對停車場應(yīng)用的節(jié)能燈具，可具備車位路徑規(guī)劃自動引導(dǎo)方法，該方法以遺產(chǎn)算法為基本思想，重點解決了多車并發(fā)競爭問題，并以LED燈具為單位實現(xiàn)自動引導(dǎo)。

系統(tǒng)主要包括中心服務(wù)器、車輛檢測模塊、車位檢測模塊，系統(tǒng)框圖如圖1所示。圖2為系統(tǒng)模擬實際場景的示意圖。

1）車輛檢測模塊是由內(nèi)置有車輛檢測感應(yīng)式傳感器和DALI調(diào)光模塊的車道燈組成，安裝在車道上方，為車輛行駛過程提供充足照明，同時將車輛和人員活動的感應(yīng)信息通過DALI總線傳遞給中心服務(wù)器，并接受中心服務(wù)器的控制指令，以高亮的方式做行車引導(dǎo)，與其它車道燈共享感應(yīng)信息，實現(xiàn)區(qū)域照明。

2）車位檢測模塊是由內(nèi)置有車位狀態(tài)感應(yīng)器和ZIGBEE無線通信模塊的車位燈組成，安裝在車位上方，為車輛停車時提供充足照明，同時可作為空車位狀態(tài)和引導(dǎo)指示。

3）當(dāng)無人車活動時，車道燈自動進(jìn)入低功耗的休眠模式，功率約為2W，滿足監(jiān)控需要，當(dāng)有車輛經(jīng)過且為目標(biāo)空車位時，燈具進(jìn)入慢閃爍狀態(tài)，引導(dǎo)行車至該車位，而當(dāng)車輛駛?cè)朐撥囄粫r，功率約為8W，為停車提供充足照明。

4）中心服務(wù)器收集區(qū)域感應(yīng)信息，通過嵌入的軟件系統(tǒng)給出最佳的照明解決方案，并通過控制車道燈和車位燈的方式，為行車路徑引導(dǎo)計算最佳路徑。

3 系統(tǒng)設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)

3.1 基于遺傳算法的車輛引導(dǎo)最優(yōu)路徑選擇算法設(shè)計

車輛引導(dǎo)系統(tǒng)中最關(guān)鍵的問題，就是如何選擇車輛到空閑車位的最優(yōu)路徑。本系統(tǒng)最優(yōu)路徑選擇算法將采用遺傳算法。

首先通過圖論的構(gòu)圖方法，結(jié)合停車場結(jié)構(gòu)信息和有效泊車位信息，把停車場抽象為權(quán)值有向圖，如圖3所示，其中圓圈代表有效停車位節(jié)點，線條代表路徑，線條上的數(shù)值代表距離等信息。采用非0-1串的自然編碼方式為每個節(jié)點和路徑進(jìn)行編碼，生成每個節(jié)點對應(yīng)的編碼“染色體”信息。采用適度函數(shù)為不同節(jié)點的染色體劃分族群，根據(jù)輪轉(zhuǎn)選擇法選擇局部最優(yōu)和最壞路徑，最后根據(jù)交叉操作計算出從起點到最近的空泊車位的最優(yōu)路徑。

3.2 基于嵌入式系統(tǒng)的控制軟件設(shè)計

通過接收車輛檢測的信息，中心服務(wù)器向車位檢測設(shè)備發(fā)送相應(yīng)指令獲取停車場車位狀態(tài)信息，如果獲取的所有車位信息存在有效車位（空車位）時，系統(tǒng)將基于停車場的建模運用遺傳算法計算出最短路徑的車位，并通過DALI系統(tǒng)控制LED燈工作并規(guī)劃出車輛的引導(dǎo)路徑引導(dǎo)車輛到達(dá)指定的停車位，當(dāng)車位檢測設(shè)備檢測到車位信息發(fā)生改變時，向服務(wù)器發(fā)送已改變的車位信息，服務(wù)器接收后儲存該位信息并控制LED燈逐漸變暗直至熄滅，同時點亮車位到停車場人員出口處的LED燈引導(dǎo)人員離開停車場，最后慢慢熄滅LED燈。

停車場往往有多個入口，各入口同時進(jìn)入車輛而車位不足即多車并發(fā)競爭的現(xiàn)象，將難以避免，如圖4所示。本系統(tǒng)將對入口事先分配優(yōu)先級，結(jié)合最優(yōu)路徑算法，并為優(yōu)先級低的車輛引導(dǎo)到最近出口重點解決多車并發(fā)競爭問題。

簡言之，控制系統(tǒng)實現(xiàn)了車輛引導(dǎo)功能、車位信息采集、LED燈亮度控制、數(shù)據(jù)庫管理等功能。

3.3 基于Zigbee的組網(wǎng)

本系統(tǒng)采用Zigbee實現(xiàn)單點對多點的傳輸，采用蜂窩型網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。整個網(wǎng)絡(luò)由一個中心節(jié)點及若干個終端節(jié)點和中繼路由構(gòu)成，中心服務(wù)器的Zigbee必須為中心節(jié)點，車輛檢測設(shè)備和車位檢測設(shè)備設(shè)為終端節(jié)點，中心服務(wù)器的Zigbee負(fù)責(zé)接收所有中繼路由和終端的信息，并以廣播的方式向所有中繼路由和終端節(jié)點發(fā)送信息。當(dāng)有些設(shè)備距離中心服務(wù)器較遠(yuǎn)時，可放置幾個設(shè)置為中繼路由的Zigbee模塊用于擴(kuò)展傳輸距離以確保終端能夠接收服務(wù)器發(fā)送的信息。

3.4 基于DALI協(xié)議的LED控制

本系統(tǒng)采用DALI協(xié)議控制所有LED燈具。LED燈配有符合DALI協(xié)議的調(diào)光模塊，該模塊用于接收中心服務(wù)器發(fā)送的指令實現(xiàn)相應(yīng)的功能。中心服務(wù)器可發(fā)送DALI協(xié)議中的對應(yīng)指令來實現(xiàn)對LED燈的尋址、調(diào)光、分組、預(yù)設(shè)場景以及狀態(tài)查詢。中心服務(wù)器亦可根據(jù)某一LED燈的地址對其發(fā)送相應(yīng)指令對該LED燈進(jìn)行獨立控制。

4 系統(tǒng)特點

總體而言，本系統(tǒng)具有以下特點。

1）構(gòu)建了由帶雷達(dá)探測傳感器的LED燈具、帶超聲波傳感器的車位探測終端、停車路徑規(guī)劃引導(dǎo)軟件與帶雙網(wǎng)關(guān)的停車場中心服務(wù)控制器組成的地下停車場照明與引導(dǎo)系統(tǒng)，中心服務(wù)控制器采用DALI協(xié)議實現(xiàn)多個LED燈具的自動調(diào)光，實現(xiàn)LED燈具系統(tǒng)的自組網(wǎng)，并采用ZIGBEE無線通訊方式實現(xiàn)對多個探測終端的數(shù)據(jù)采集，LED燈具與車位探測終端數(shù)量與地址信息均可組態(tài)設(shè)置，系統(tǒng)具有很好的擴(kuò)展性。

2）研究開發(fā)了一種可自動檢測車輛出入庫狀態(tài)的LED燈具，該燈具集成雷達(dá)探測傳感器，并內(nèi)置有DALI調(diào)光驅(qū)動電路，可根據(jù)中心服務(wù)控制器的調(diào)節(jié)指令實現(xiàn)LED亮度的自動調(diào)節(jié)。

3）研究開發(fā)了一種針對停車場車位路徑規(guī)劃自動引導(dǎo)方法，該方法以遺產(chǎn)算法為基本思想，重點解決了多車并發(fā)競爭問題，并以LED燈具為單位實現(xiàn)自動引導(dǎo)。

5 結(jié)論

本系統(tǒng)把LED照明技術(shù)應(yīng)用到地下停車場領(lǐng)域，可實時根據(jù)檢測到的車輛出入庫狀態(tài)進(jìn)行LED照明系統(tǒng)亮度的自動調(diào)節(jié)，并完成車位的自動引導(dǎo)。該系統(tǒng)可實現(xiàn)最大限度的省電，有效解決地下停車場的節(jié)能難題，同時還可具有停車引導(dǎo)等人性化功能，其應(yīng)用前景是十分可觀的。

[1]張屹.既有建筑地下車庫照明節(jié)能減排的探討[J].照明工程學(xué)報，2013（4）.

[2]梁銓興.淺析地下車庫照明系統(tǒng)的設(shè)計[J].城市建設(shè)理論研究，2013（18）.

[3]王欣華，周斌.智能建筑中智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].城市建設(shè)理論研究，2015（15）.

[4]孟祥斌，毛紅艷，王德君.智能照明系統(tǒng)的設(shè)計[J].沈陽工程學(xué)院學(xué)報，2015（1）.

[5]姚國華.智能照明控制系統(tǒng)淺述[J].建材技術(shù)與應(yīng)用，2015（1）.

[6]程添，嚴(yán)錢軍.基于ZIGBEE無線網(wǎng)絡(luò)的隧道LED燈控制系統(tǒng)[J].機(jī)電工程，2013（6）.

TP39

A

1674-6708（2015）144-0088-02