地下停車場自組網式LED照明與引導系統設計

包 寅，代永輝，俞寶福

1.紹興市柯橋區柯橋中學，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

地下停車場自組網式LED照明與引導系統設計

包 寅1，代永輝2，俞寶福3

1.紹興市柯橋區柯橋中學，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

本文旨在研究開發一種針對停車場應用的節能燈具，可具備車位路徑規劃自動引導方法，該方法以遺產算法為基本思想，重點解決了多車并發競爭問題，并以LED燈具為單位實現自動引導。該系統對于實現公共地下停車場的節能與智能化管理具有很好的推廣應用價值。

地下停車場；LED照明；引導系統；ZIGBEE；DALI系統

1 地下停車場照明系統現狀

近年來，隨著高層建筑的發展與汽車數量與日俱增，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的高度關注。如何降低或減少“無效照明”能耗成為地下停車場節電的關鍵，代表著照明光源第四次革命的LED照明技術在地下停車場的應用是當前LED照明技術最佳最科學的應用領域之一。

2 系統總體設計方案

本系統旨在研究開發一種針對停車場應用的節能燈具，可具備車位路徑規劃自動引導方法，該方法以遺產算法為基本思想，重點解決了多車并發競爭問題，并以LED燈具為單位實現自動引導。

系統主要包括中心服務器、車輛檢測模塊、車位檢測模塊，系統框圖如圖1所示。圖2為系統模擬實際場景的示意圖。

1）車輛檢測模塊是由內置有車輛檢測感應式傳感器和DALI調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信息通過DALI總線傳遞給中心服務器，并接受中心服務器的控制指令，以高亮的方式做行車引導，與其它車道燈共享感應信息，實現區域照明。

2）車位檢測模塊是由內置有車位狀態感應器和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和引導指示。

3）當無人車活動時，車道燈自動進入低功耗的休眠模式，功率約為2W，滿足監控需要，當有車輛經過且為目標空車位時，燈具進入慢閃爍狀態，引導行車至該車位，而當車輛駛入該車位時，功率約為8W，為停車提供充足照明。

4）中心服務器收集區域感應信息，通過嵌入的軟件系統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，為行車路徑引導計算最佳路徑。

3 系統設計關鍵技術

3.1 基于遺傳算法的車輛引導最優路徑選擇算法設計

車輛引導系統中最關鍵的問題，就是如何選擇車輛到空閑車位的最優路徑。本系統最優路徑選擇算法將采用遺傳算法。

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

3.2 基于嵌入式系統的控制軟件設計

通過接收車輛檢測的信息，中心服務器向車位檢測設備發送相應指令獲取停車場車位狀態信息，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系統控制LED燈工作并規劃出車輛的引導路徑引導車輛到達指定的停車位，當車位檢測設備檢測到車位信息發生改變時，向服務器發送已改變的車位信息，服務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，各入口同時進入車輛而車位不足即多車并發競爭的現象，將難以避免，如圖4所示。本系統將對入口事先分配優先級，結合最優路徑算法，并為優先級低的車輛引導到最近出口重點解決多車并發競爭問題。

簡言之，控制系統實現了車輛引導功能、車位信息采集、LED燈亮度控制、數據庫管理等功能。

3.3 基于Zigbee的組網

本系統采用Zigbee實現單點對多點的傳輸，采用蜂窩型網狀網絡結構。整個網絡由一個中心節點及若干個終端節點和中繼路由構成，中心服務器的Zigbee必須為中心節點，車輛檢測設備和車位檢測設備設為終端節點，中心服務器的Zigbee負責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點發送信息。當有些設備距離中心服務器較遠時，可放置幾個設置為中繼路由的Zigbee模塊用于擴展傳輸距離以確保終端能夠接收服務器發送的信息。

3.4 基于DALI協議的LED控制

本系統采用DALI協議控制所有LED燈具。LED燈配有符合DALI協議的調光模塊，該模塊用于接收中心服務器發送的指令實現相應的功能。中心服務器可發送DALI協議中的對應指令來實現對LED燈的尋址、調光、分組、預設場景以及狀態查詢。中心服務器亦可根據某一LED燈的地址對其發送相應指令對該LED燈進行獨立控制。

4 系統特點

總體而言，本系統具有以下特點。

1）構建了由帶雷達探測傳感器的LED燈具、帶超聲波傳感器的車位探測終端、停車路徑規劃引導軟件與帶雙網關的停車場中心服務控制器組成的地下停車場照明與引導系統，中心服務控制器采用DALI協議實現多個LED燈具的自動調光，實現LED燈具系統的自組網，并采用ZIGBEE無線通訊方式實現對多個探測終端的數據采集，LED燈具與車位探測終端數量與地址信息均可組態設置，系統具有很好的擴展性。

2）研究開發了一種可自動檢測車輛出入庫狀態的LED燈具，該燈具集成雷達探測傳感器，并內置有DALI調光驅動電路，可根據中心服務控制器的調節指令實現LED亮度的自動調節。

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

5 結論

本系統把LED照明技術應用到地下停車場領域，可實時根據檢測到的車輛出入庫狀態進行LED照明系統亮度的自動調節，并完成車位的自動引導。該系統可實現最大限度的省電，有效解決地下停車場的節能難題，同時還可具有停車引導等人性化功能，其應用前景是十分可觀的。

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1674-6708（2015）144-0088-02