專利名稱：基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種路燈控制系統(tǒng)，尤其涉及一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的路燈節(jié)能控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近些年來，隨著我國經(jīng)濟迅速發(fā)展，能源效率低下、能源結(jié)構(gòu)陳舊已經(jīng)成為實現(xiàn)經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展所面臨的重要問題。目前國內(nèi)路燈照明光源一般采用高壓鈉燈、高壓汞燈和金屬鹵化物燈。常用的功率為150W，250W, 400W,目前最常用的是250W和400W兩種。當(dāng)前，中國電力供需形勢嚴峻。據(jù)《發(fā)展中的中國城市照明》數(shù)據(jù)，全國路燈總盞數(shù)已達千萬盞，道路照明年總經(jīng)費達五十余億元。建設(shè)部統(tǒng)計數(shù)字則顯示，目前城市照明(僅計算景觀照明和路燈等功能照明)的年用電量約占全國總發(fā)電量的4%至5%，相當(dāng)于在建三峽水力發(fā)電工程投產(chǎn)后的年發(fā)電能力。這一系列數(shù)據(jù)顯示，作為城市發(fā)展的形象，照明節(jié)電
意義重大。城市照明系統(tǒng)中，由于路燈夜晚保持常亮，所以路燈照明系統(tǒng)的能源消耗占很大比例。傳統(tǒng)的路燈系統(tǒng)，由市電統(tǒng)一供電。由于照明燈的耗能巨大以及供電系統(tǒng)的單一化操作，整體路燈照明系統(tǒng)的電能消耗變得十分巨大?，F(xiàn)有技術(shù)中，有對環(huán)境光進行采集后， 控制路燈開啟或關(guān)閉的系統(tǒng)，但是，這種系統(tǒng)一般都是對一個區(qū)域的路燈進行集中控制的， 并不能針對某一路燈周圍的情況進行單獨控制。另一方面，由于日照情況的變化、人流、車流情況的變化、周邊其它光源的照明情況變化等，對路燈的照明需求是在不斷變化的。很多時候，只需要維持一個相對較低的照度，即可滿足人們對路燈的需求，即，目前的路燈系統(tǒng)有很大的節(jié)能空間。因此，設(shè)計一個根據(jù)環(huán)境變化智能判斷功率輸出的單個路燈能耗小并且整體能耗能得到有效控制的路燈照明系統(tǒng)變得十分必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)對路燈的獨立控制，使路燈功率隨環(huán)境變化智能變化，從而降低路燈能耗。為達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)，包括傳感器系統(tǒng)、節(jié)能控制系統(tǒng)和功率控制器，所述傳感器系統(tǒng)的輸出信號連接至節(jié)能控制系統(tǒng)的輸入端，節(jié)能控制系統(tǒng)的輸出信號連接至功率控制器，所述傳感器系統(tǒng)包括環(huán)境光信號采集處理模塊、紅外信號采集處理模塊和聲音信號采集處理模塊；所述節(jié)能控制系統(tǒng)包括DSP嵌入式系統(tǒng)和設(shè)置在DSP芯片中的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊；所述人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊由人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)BP算法的前向算法和經(jīng)過訓(xùn)練的人工神經(jīng)元構(gòu)成。上述技術(shù)方案中，所述人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊由計算機中經(jīng)訓(xùn)練的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)移植獲得，其過程包括
(1)在計算機中構(gòu)建采用BP算法的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，所述人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入向量包括環(huán)境光信號、紅外信號、聲音信號和時間，輸出為路燈功率；
(2)選取m個不同的路燈安裝地點，對每個地點以預(yù)先設(shè)定的時間間隔t采集η個樣本，一共采集mXn個樣本作為學(xué)習(xí)樣本，同時給出相應(yīng)時間地點滿足照明要求的照明功率作為導(dǎo)師信號，其中，m為大于等于8的整數(shù)，0. 5小時彡t ( 2小時，η為大于等于5的整數(shù)；
m的值根據(jù)實際情況應(yīng)當(dāng)取足夠大，以保證能夠在各種不同的地段下取得具有普遍性的樣本。η是一天內(nèi)采樣的次數(shù)，優(yōu)選的方案，采樣間隔t=2小時，且nt=M小時。(3)把樣本和相應(yīng)的導(dǎo)師信號輸入至計算機中的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練，訓(xùn)練完成后，把經(jīng)過訓(xùn)練的人工神經(jīng)元的結(jié)果輸出為矩陣保存；
(4)把計算機中采用BP算法的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的前向算法和輸出的人工神經(jīng)元矩陣移植到DSP芯片中。上述技術(shù)方案中，BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練包括傳感器信號預(yù)處理、前向計算、誤差反向傳播；
所述的傳感器信號預(yù)處理為，
①確定訓(xùn)練的傳感器信號樣本集Xp，其中，p=l，2，……P，P為樣本的個數(shù)，取其中一個樣本進行編碼，
給出環(huán)境信息的導(dǎo)師信號t，初始化權(quán)值； 所辻的前向計算為，
①隱含層的輸入為
權(quán)利要求
1.一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)，包括傳感器系統(tǒng)、節(jié)能控制系統(tǒng)和功率控制器，所述傳感器系統(tǒng)的輸出信號連接至節(jié)能控制系統(tǒng)的輸入端，節(jié)能控制系統(tǒng)的輸出信號連接至功率控制器，其特征在于所述傳感器系統(tǒng)包括環(huán)境光信號采集處理模塊、紅外信號采集處理模塊和聲音信號采集處理模塊；所述節(jié)能控制系統(tǒng)包括DSP嵌入式系統(tǒng)和設(shè)置在DSP芯片中的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊；所述人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊由人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)BP 算法的前向算法和經(jīng)過訓(xùn)練的人工神經(jīng)元構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于 所述人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊由計算機中經(jīng)訓(xùn)練的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)移植獲得，其過程包括(1)在計算機中構(gòu)建采用BP算法的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，所述人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入向量包括環(huán)境光信號、紅外信號、聲音信號和時間，輸出為路燈功率；(2)選取m個不同的路燈安裝地點，對每個地點以預(yù)先設(shè)定的時間間隔t采集η個樣本，一共采集mXn個樣本作為學(xué)習(xí)樣本，同時給出相應(yīng)時間地點滿足照明要求的照明功率作為導(dǎo)師信號，其中，m為大于等于8的整數(shù)，0. 5小時彡t ( 2小時，η為大于等于5的整數(shù)；(3)把樣本和相應(yīng)的導(dǎo)師信號輸入至計算機中的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練，訓(xùn)練完成后，把經(jīng)過訓(xùn)練的人工神經(jīng)元的結(jié)果輸出為矩陣保存；(4)把計算機中采用BP算法的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的前向算法和輸出的人工神經(jīng)元矩陣移植到DSP芯片中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于 BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練包括傳感器信號預(yù)處理、前向計算、誤差反向傳播；所述的傳感器信號預(yù)處理為，①確定訓(xùn)練的傳感器信號樣本集Χρ，其中，ρ=1，2，……P，P為樣本的個數(shù)，取其中一個樣本進行編碼，②給出環(huán)境信息的導(dǎo)師信號t，初始化權(quán)值 ，! 、；所述的前向計算為，①隱含層的輸入為^=^11^ ,5為第i個輸入神經(jīng)元， 為輸入層和隱含層之間的權(quán)值，隱含層的輸出為~=/卩》，其中/(A) = ^7為sigmoid函數(shù)；②輸出層的輸入<=ψ￥^,沐為隱含層和輸出層之間的權(quán)值，輸出層的輸出為Λ = Mk) = / ZwJkf(Lw^i)&為給出的學(xué)習(xí)信號的值，ff為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出與學(xué)習(xí)信號的差方的和； 所述的誤差反向傳播為，①更新規(guī)則——利用梯度下降法調(diào)整權(quán)值，學(xué)習(xí)速率為巧， de
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于 nt=24。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于 路燈采用大功率LED節(jié)能燈，由DSP產(chǎn)生PWM信號輸出至功率控制系統(tǒng)，功率控制系統(tǒng)進行功率放大后控制LED節(jié)能燈。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)，包括傳感器系統(tǒng)、節(jié)能控制系統(tǒng)和功率控制器，所述傳感器系統(tǒng)的輸出信號連接至節(jié)能控制系統(tǒng)的輸入端，節(jié)能控制系統(tǒng)的輸出信號連接至功率控制器，其特征在于所述傳感器系統(tǒng)包括環(huán)境光信號采集處理模塊、紅外信號采集處理模塊和聲音信號采集處理模塊；所述節(jié)能控制系統(tǒng)包括DSP嵌入式系統(tǒng)和設(shè)置在DSP芯片中的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊；所述人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊由人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)BP算法的前向算法和經(jīng)過訓(xùn)練的人工神經(jīng)元構(gòu)成。本發(fā)明根據(jù)每個路燈照明單元的周邊環(huán)境情況，實現(xiàn)智能功率控制，在滿足照明要求的前提下，有效降低能耗。
文檔編號G06N3/067GK102413605SQ20111023132
公開日2012年4月11日 申請日期2011年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月12日
發(fā)明者吳迪, 季晶晶, 張曉俊, 許宜申, 邵名巍, 陶智 申請人:蘇州大學(xué)