专利名称：基于照度自动采集的道路光学测试系统及其方法
技术领域：
本发明涉及一种基于照度自动采集的道路光学测试系统及其方法，尤其涉及以交直流电源供电的内外置控制器驱动的道路和街道照明的LED路灯的道路光学测试系统及 其方法，属于半导体道路照明灯具的检测领域。
背景技术：
随着大功率LED光源的光效不断提高，及LED驱动技术的不断成熟，大功率LED路 灯在道路中的运用越来越多。而大功率LED路灯的运用，对其路面照度、照度均勻度及其一 系列的指标测试提出了更高的要求；另外，近来在LED应用技术和灯具设计上的提高为自 动道路光学检测系统提供了巨大的机会。由于在这些基础技术上的蓬勃发展，如今的LED 光学测试系统能够进行更高分辨率和更高精度的检测，并且检测效率更高。目前已经广泛 用于工业，半导体和电子、金属器件制造、精密仪器、器件和装配等等。随着机会的到来，也 带来了巨大的挑战。尽管LED照明测试技术近年来有了一些长足的发展和提高，但是较为 完整的一套检测系统目前来看仍然是个空缺。尽管人们一直在描述近年来所有的突出改 进，但只是适用于单个灯具光学测试的局限，没有针对若干个灯具在相互有影响的情况下 测试，在此种条件和环境下，降低了测试精度和数据的稳定性，解决这个问题的方法就是要 克服这种情况，模拟全部的真实环境，减小人为、设备变换造成的影响。因此，道路光学测试 系统及其方法研究是当前灯具研发机构必须考虑的重要技术方向。目前道路照明项目的实施和验收标准主要是依据CJ45-2006《城市道路照明设计 标准》，其中的测试的项目及标准是严格要求的，目前路灯照度数据主要是通过道路现场直 接测试获得。现场测试需要前期标测试点，因每次测试点、测试人员、测试仪器、测试方法不 同，导致所测试数据有偏差。现场测试需要测试很多点的照度值，而且，灯杆高度和灯杆间 距都固定不变，现阶段的测试方法不仅耗时耗力，且准确度不高，在光学测试系统中，重要 的变量包括精确的位置控制和更快收敛特性。在这样的环境下，所有这些因素都能用来完 成更快并更精确的点对点移位，是比较困难的问题。

发明内容
鉴于上述现有技术存在的不足以及迫切的要求，本发明的目的是提出一种基于照 度自动采集的道路光学测试系统及其方法，为LED道路照明灯具的研发提供有效的测试保 障和光学指标参考。本发明的目的，将通过以下技术方案得以实现基于照度自动采集的道路光学测试系统，布设于测试用道路区段内，其特征在于 包括设在远程路灯控制端的主控系统及两个以上设在测试用道路区段内测试点上的测试 终端，主控系统与各测试终端通过通信网络信号连接，其中所述用于收集并分析终端数据、 发送指令的主控系统包括信号线路相连的主单片机、主通信模块、液晶屏及控制输入单元； 所述用于现场光照度侦测、采集和传输的各测试终端分别包括照度探测器、子单片机、存储器、模数采样单元、地址编码器及与主通信模块相对应的子通信模块。进一步地，前述基于照度自动采集的道路光学测试系统，其中各测试用道路区段 配置有安装高度、间距可调的路灯灯具，其配置结构包括沿路面单侧配置、双侧对称或非对 称配置和两侧以上配置。更进一步地，前述基于照度自动采集的道路光学测试系统，其中该测试用道路区 段设有道路延伸方向的滑轨，所配置的路灯灯具沿滑轨受控移动及定位。而且，该路灯灯具 包括灯杆及灯头，且灯杆纵向设有导轨，灯头沿导轨受控移动及定位。本发明的另一个目的，其实现的技术方案是基于照度自动采集的道路光学测试方法，架构并作用于测试用道路区段，其特征 在于包括步骤I、主控系统通过主通信模块采用主控方式发送命令数据，传送至每一个测 试终端，所发送的命令数据中包含地址编码；II、各测试终端通过照度探测器采集模拟信号 的照度数据，并通过模数采样单元定周期或定频率地对照度数据进行数字信号转换；III、 将测得的数字信号照度数据回传至主控系统，并由主单片机根据测试用道路区段条件对数 据进行处理运算、分析，测得路灯的光学技术指标。
进一步地，前述基于照度自动采集的道路光学测试方法，其中步骤I后在子单片 机控制下，各终端设备的子通信模块收到主控的命令数据后，通过地址编码器分析数据识 别上级主控系统并匹配自身的地址编码，在识别、匹配均符合的情况下执行步骤II的运 作。进一步地，前述基于照度自动采集的道路光学测试方法，其中该测试用道路区段 配置有安装高度、间距可调的路灯灯具，所述路灯灯具及其灯头在主控系统的主单片机驱 动下分别沿滑轨和导轨移动、定位。进一步地，前述基于照度自动采集的道路光学测试方法，其中该主控系统包含基 于液晶屏的显示终端，所述显示终端设于远程信息中心，步骤III所得的路灯光学技术指 标以文件或图表方式发布于显示终端。应用本发明基于照度自动采集的道路光学测试系统及其方法，其优点为该道路光学测试系统将计算机控制与通信有机结合，通过设于本地测试区上的多 个测试终端与远程主控系统分别采集、分析道路照度并显现，有效排除了人为手工测试所 带来的测量不确定度，提高了测量的准确度；同时该系统也节省了在测量不同灯具安装高 度和不同灯杆间距时所带来的重复安装时间和人工成本，使测量效率得以大幅提高。此外， 数据存储和显示装置的引入，同时也提高了该系统的调用管理性和实用直观性。以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式
作进一步的详述，以使本发明 技术方案更易于理解、掌握。


图1为本发明道路光学测试系统的原理框图；图2a和图2b分别为本发明主控系统和测试终端的组成结构框图；图3a至图3c分别为对应于不同道路情况的测试点布局方法示意图。
具体实施方式
本发明基于照度自动采集的设计初衷，提出了一种道路光学测试系统及其方法， 主要由主控系统1和多个测试终端2构建组成。主控系统1包括一个主单片机、键盘、软件、 液晶显示屏、主通信模块，测试终端2由照度探测器、子单片机、模数采样单元、地址编码单 元、相应的子通信模块等组成。该主控系统1主要安置在路灯控制端，负责收集从机数据， 分析数据，发送指令；而该测试终端2则直接安装到每个测试点上，负责现场的数据采集和 传输，执行主控系统1的指令，一台主控系统可以按地址编码控制多个测试系统终端。该主控系统通过网络信号线的串行通信方式对测试终端进行监控。主控系统采用主控方式发送命令数据，测试终端收到通信包后进行数据分析一是识别主控系统是否是 自己的上级主控系统，二是识别测试终端地址是否是自己的地址，只有在全部确认无误后 测试终端才执行命令和相应的操作。测试终端直接监控地面照度的状态，通过信号线接收电路接收来自主控系统的指 令，并执行相应的操作；完成对路面照度的采样处理，并由子单片机根据数据分析判断地面 光照度的分布状态是否正常。如果分布状态异常，执行相应的操作，并把数据发送给主控系 统，再通过一些正确的操作调整测试位置，得出正确的数据输出。以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。如图1、图2a和图2b所示，所述基于照度自动采集的道路光学测试系统由主控系 统1和二个以上的测试终端2组成。主控系统1包括一个土单片机3、键盘4、存储器5、液 晶显示屏6、土通信模块7，测试系统终端2由照度探测器9、子单片机9、模数采样单元10、 地址编码单元11、相应的子通信模块12等组成。其中该主控系统1主要是在路灯控制端 安置，负责收集从机数据，分析数据，发送指令；该测试终端2则直接安装到每个测试点上， 负责现场的数据采集和传输，执行主控系统1的指令，一台主控系统1可以控制多个测试终 端2。该测试终端2直接监控地面照度的状态，通过信号线接收电路接收来自主控系统的指 令，并执行相应的操作；完成对路面照度的采样处理，并根据数据分析判断地面光照度的分 布状态是否正常。如果分布状态异常，执行相应的操作，并把数据发送给主控系统，再通过 一些正确的操作调整测试位置，得出正确的数据输出。其中，主控系统1通过网络信号线的串行通信方式对测试系统终端[2]进行监控。 一个通信数据包由8位数据组成，第1、第2位是主控系统标识，第3位是命令，第4、第5位 是测试系统终端地址，第6至第8位为数据。主控系统采用主控方式发送命令数据，测试终 端2收到通信包后进行数据分析一是识别主控系统1是否是自己的上级主控系统，二是识 别测试终端2地址是否是自己的地址，只有在全部确认无误后测试终端2才执行命令和相 应的操作。进一步地，该照度探测器8的工作原理是一种感应光线的强弱的传感器，在光敏 传感器中，当感应光强度不同，照度探测器8内的电阻值就会有变化，根据其电阻值的变化 值与参考值比较，得出其要输出的光学参数值。传感器内装有一个高精度的光电管，光电管 内有一块由“针式二极管”组成的小平板，当向光电管两端施加一个反向的固定电压时，任 何光源对它的冲击都将导致其释放出电子，结果当光照强度越高，光电管的电流也就越大， 电流通过一个电阻时，电阻两端的电压被转换成可被采集的数模转换器接受的0-5V电压 信号，然后把采集的数据以适当的形式结果保存下来。简单的说，探头内传感器感应路灯投 射在地面对应点上光的强度，以一定的方式被记录和处理，按照数学换算方法计算出数值。
如图3a至图3c所示，根据不同的使用场合，路灯灯具的配置有单侧配置，双侧对称或不对称配置和多侧配置等多种方式。该测试用道路区段设有道路延伸方向的滑轨，所 配置的路灯灯具沿滑轨受控移动及定位。而且，该路灯灯具包括灯杆及灯头，且灯杆纵向设 有导轨，灯头沿导轨受控移动及定位。本实施例路灯采取双侧对称配置形式；间距可自由设定，测试时可以依据路灯实 际使用的高度和安装间距调整灯具悬挂高度和灯杆间距，这大大提高了测试工作效率和减 轻工程安装工作量，可测试不同布局安装间距和高度的情况，测试点按照上述的布局方法 可分为单测布置、双测交错布置、双测对称布置。测试人员白天将所测灯具安装在灯杆上， 连接好电路，光敏探头探测环境光强度，当环境光强度低于设定值时，执行开灯程序。位于测试用道路区段两个路灯杆区域内标注固定测试点，在上图标测网格的中心 部位，每个测试点对应放置一个照度探测器8，同时设定一个测试终端，在标测网格内设置 若干个照度探测器8，将照度探测器8固定在网格交点中心，同时在地面上放置网线(通过 有线传输信号)，通过远程传输，终端接收每个测试点的照度测试值，同步显示并计算平均 照度，均勻性能等指标，这样不仅使工作效率大大提高，还确保测试的重复性和再现性，大 大提高了测试准确度。而且，该测试终端2周边的灯杆的安装高度和灯杆间距都是可调节 的，可方便地应用于不同安装高度和安装间距，适用于不同的类型道路，这对道路照明设计 阶段基础光学测试，具有非常重要的作用，该测试终端2可以作为企业内部设计验证或检 测机构的重要测试平台。基于照度自动采集的道路光学测试方法和步骤①数据采集，光敏传感器利用光敏电阻受光线强度影响而阻值发生变化的原理向 机器主机发送光线强度的模拟信号，数据采集可以设定采集周期和采集频率，主机接收后 将模拟信号转换成数字信号，保存在存储器中。②数据运算，对主机存储器中的数据进行处理运算，根据适用道路条件，按如下计 算计算方法得到的路面平均亮度、路面亮度总均勻度、路面纵向亮度均勻度、路面平均照 度、路面照度均勻度、阈值增量和环境比。③数据分析，由计算机软件记录的实测数据进行分析，系统能够有效采集测试点 的照度值，从而实现路灯的光学技术指标的模拟及实地测试。该系统能根据光线的不同情 况(即白天或黑夜)进行照度探测器[8]的自动开关控制，实现测试的要求。④数据发布，主控系统包含一个主单片机3、键盘4、液晶显示屏6及主通信模块 7，通过485接口传输信号，构建出“自动采集的道路光学测试系统终端”平台，借助这个平 台，管理人员在信息中心就可以将测试好的各种测试信息，通过网络传递到指定地点，通过 装设好的显示终端，以文件及图表方式显示出来。
权利要求
基于照度自动采集的道路光学测试系统，布设于测试用道路区段内，其特征在于包括设在远程路灯控制端的主控系统及两个以上设在测试用道路区段内测试点上的测试终端，主控系统与各测试终端通过通信网络信号连接，其中所述用于收集并分析终端数据、发送指令的主控系统包括信号线路相连的主单片机、主通信模块、液晶屏及控制输入单元；所述用于现场光照度侦测、采集和传输的各测试终端分别包括照度探测器、子单片机、存储器、模数采样单元、地址编码器及与主通信模块相对应的子通信模块。
2.根据权利要求1所述的基于照度自动采集的道路光学测试系统，其特征在于所述 测试用道路区段配置有安装高度、间距可调的路灯灯具，其配置结构包括沿路面单侧配置、 双侧对称或非对称配置和两侧以上配置。
3.根据权利要求2所述的基于照度自动采集的道路光学测试系统，其特征在于所述 测试用道路区段设有道路延伸方向的滑轨，所述配置的路灯灯具沿滑轨受控移动及定位。
4.根据权利要求2所述的基于照度自动采集的道路光学测试系统，其特征在于所述 路灯灯具包括灯杆及灯头，且灯杆纵向设有导轨，灯头沿导轨受控移动及定位。
5.权利要求1所述基于照度自动采集的道路光学测试方法，架构并作用于测试用道路 区段，其特征在于包括步骤I、主控系统通过主通信模块采用主控方式发送命令数据，传送至每一个测试终端，所 发送的命令数据中包含地址编码；II、各测试终端通过照度探测器采集模拟信号的照度数据，并通过模数采样单元定周 期或定频率地对照度数据进行数字信号转换；III、将测得的数字信号照度数据回传至主控系统，并由主单片机根据测试用道路区段 条件对数据进行处理运算、分析，测得路灯的光学技术指标。
6.根据权利要求5所述的基于照度自动采集的道路光学测试方法，其特征在于步骤 I后在子单片机控制下，各终端设备的子通信模块收到主控的命令数据后，通过地址编码器 分析数据识别上级主控系统并匹配自身的地址编码，在识别、匹配均符合的情况下执行步 骤II的运作。
7.根据权利要求5所述的基于照度自动采集的道路光学测试方法，其特征在于所述 测试用道路区段配置有安装高度、间距可调的路灯灯具，所述路灯灯具及其灯头在主控系 统的主单片机驱动下分别沿滑轨和导轨移动、定位。
8.根据权利要求5所示的基于照度自动采集的道路光学测试方法，其特征在于所述 主控系统包含基于液晶屏的显示终端，所述显示终端设于远程信息中心，步骤III所得的 路灯光学技术指标以文件或图表方式发布于显示终端。
全文摘要
本发明揭示了一种基于照度自动采集的道路光学测试系统，包括主控系统及两个以上与主控系统通信连接的测试终端，其中用于收集并分析终端数据、发送指令的主控系统包括信号线路相连的主单片机、主通信模块、液晶屏及控制输入单元；用于现场光照度侦测、采集和传输的各测试终端分别包括照度探测器、子单片机、存储器、模数采样单元、地址编码器及与主通信模块相对应的子通信模块。本发明道路光学测试系统有机结合了计算机控制与通信，通过多个测试终端分别采集、分析道路照度并由主控系统显现，排除了人为手工测试的不确定性，提高了测量的准确度；同时节省了在不同道路照明情况下进行测试所需的重复安装时间和人工成本，使测量效率得以大幅提高。
文档编号G01M11/02GK101846580SQ20101014252
公开日2010年9月29日 申请日期2010年3月31日 优先权日2010年3月31日
发明者孙建国, 翁明, 韩立成, 鲍康 申请人:南京汉德森科技股份有限公司