led隧道照明智能控制系統(tǒng)

1、LED隧道照明智能控書】系統(tǒng)49LED隧道照明智能控制系統(tǒng)潘海龍，周雒維，羅全明，劉麗莎(重慶大學(xué)輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶400030)摘要：為了解決駕駛員在穿越隧道時(shí)的眩光效應(yīng)和節(jié)約隧道照明電能，利用LED燈啟動(dòng)時(shí)間短和恒流驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了大功率LED隧道照明控制系統(tǒng)。對(duì)系統(tǒng)的控制策略和工作原理進(jìn)行了詳細(xì)介紹。系統(tǒng)設(shè)有自動(dòng)、手動(dòng)和應(yīng)急等3種工作模式，滿足了不同應(yīng)用的需要。在手動(dòng)模式下，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表

2、明該控制系統(tǒng)不僅可以實(shí)時(shí)精確地連續(xù)調(diào)光。而且調(diào)光范圍可達(dá)到0～100％。關(guān)鍵詞：智能控制；隧道照明；LED燈；節(jié)能中圖分類號(hào)：TP2732文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000—8829(201I)08—0049—04LEDIntelligentIlluminationControlSystemforTunnelLightingPANHai—long，ZHOULuowei，LUOQuan—ming，LIULi—sha(StateKeyI_ab

3、oratoryofPowerTransmissionEquipment＆SystemSecurityandNewTechnology，ChongqingUniversity，Chongqing400030，China)Abstract：InordertosolvetheproblemofveilingglarewhendrivingthroughtunnelsandsavingelectricenergY，aLEDintelligent

4、illuminationcontrolsystemfortunnelsisdesignedbasedontheshortstart—upanddirectcurrentdrivingcharacteristicofLEDAdetailedintroductionaboutcontrolstrategyandworkingprincipleofthesystemaregi’venThesystemhasthreeoperationmode

5、s齲automodemanuMmodeandemergencymodetomeetdifferentdemandsofoperatorThesystemWasverifiedinthemanualmodeTheresultsshowthatthesysterncannotonlytunetheilluminationofLEDcontinuouslyinrealtimeaccuratelybutalsobroadentherangeof

6、brightnessfrom0to100％Keywords：intelligentcontrol；tunnelillumination；LED；energysaving隧道是一個(gè)特殊的照明環(huán)境，駕駛員在穿越隧道時(shí)，由于視覺滯后原因，容易產(chǎn)生“黑洞”和“白洞”效應(yīng)，導(dǎo)致交通事故。所以，確保安全是隧道照明設(shè)計(jì)中必須考慮的重要因素。另外，隨著交通的發(fā)展、隧道數(shù)量的增多，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定，長(zhǎng)度大于100m的隧道必須設(shè)置照明，從而對(duì)電能的需求也

7、將大幅增加。在全球能源緊缺的危機(jī)下，各國(guó)都在提倡節(jié)約能源，且隧道照明存在很大的節(jié)能空間悼J。所以，從隧道行車安全和照明節(jié)能兩方面綜合考慮，選擇合適的隧道照明光源及研究合理的隧道照明控制系統(tǒng)具有鶯大意義。日前隧道照明的主流光源是高壓鈉燈，而新型半導(dǎo)體照明光源——LED燈在光效、均勻性、節(jié)能環(huán)保、壽命、啟動(dòng)時(shí)間等方面均優(yōu)于高壓鈉燈嵋J。此外，由收稿日期：2010—09—10基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(50907076)作者簡(jiǎn)介：潘海

8、龍(1984一)。男。江西宜春人在讀研究生，主要研究方向?yàn)殡娏﹄娮蛹夹g(shù)。于LED燈的光通墻、亮度等與通過它的電流平均值正相關(guān)J，通過改變LED燈的驅(qū)動(dòng)電流就能實(shí)現(xiàn)調(diào)光，與高壓鈉燈的調(diào)壓調(diào)光法、調(diào)頻調(diào)光法和調(diào)占空比調(diào)光法等相比【4J，調(diào)光實(shí)現(xiàn)窬易。目前LED燈主要有模擬調(diào)光和PWM調(diào)光兩種方式”J，其中，PWM調(diào)光不改變驅(qū)動(dòng)電流的幅值大小，而是通過改變脈沖驅(qū)動(dòng)電流的寬度來(lái)進(jìn)行調(diào)光，能在一定程度上克服模擬凋光的光譜偏移和色度坐標(biāo)下降的缺點(diǎn)，

9、是一種優(yōu)先選擇的調(diào)光方法。綜上所述，LED燈在隧道照明領(lǐng)域極具潛力。文獻(xiàn)[6—16]對(duì)隧道照明拄制系統(tǒng)有過論述，并提出了相應(yīng)的控制策略、方法和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。文獻(xiàn)[6]歸納總結(jié)得出，目前網(wǎng)內(nèi)隧道照明控制系統(tǒng)的控制方式有3種：手動(dòng)控制方式、分時(shí)段進(jìn)行的時(shí)序控制方式和有級(jí)控制方式。三種方式都允法使洞內(nèi)的照明亮度與外界自然光的亮度相適應(yīng)，且都不能連續(xù)調(diào)光。文獻(xiàn)(7一13]把加強(qiáng)照明與摹本照明分牙，將照明等級(jí)分為6級(jí)，按時(shí)序和補(bǔ)償方式對(duì)照明燈具進(jìn)行小

10、f司的萬(wàn)方數(shù)據(jù)LED隧道照明智能控制系統(tǒng)5l6000cd／m2，折減系數(shù)I|最大值為045。所以，入口段亮度值最大為270ed／m2。由于LED燈的亮度值由通過它的電流決定，且與之成正比。若將控制開關(guān)并聯(lián)在LED燈兩端(如圖3所示)，通過改變開關(guān)S的工作占空比d控制通過LED燈的電流，實(shí)現(xiàn)控制LED燈的亮度?？紤]一定的裕量，取亮度為300ecVm2對(duì)應(yīng)的占空比為0，0cd／m2對(duì)應(yīng)占空比為1。若用Z表示亮度，d表示占空比變量，則可得出照

11、明控制函數(shù)1=300—300d(8)函數(shù)圖像如圖4所示?！瘏我怼㈣Ш拚伎毡萪圖3LED燈凋光不意圖圖4照明函數(shù)曲線根據(jù)式(8)可得d=l一000331(9)根據(jù)式(9)，每輸入一個(gè)亮度值就可以得到一個(gè)確定的占空比。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范可知，隧道在設(shè)計(jì)時(shí)明確了車輛的行車速度，且某一時(shí)段的行車速度變化與洞外亮度的變化相比對(duì)洞內(nèi)照明的影響很小，所以在此用0001作為車速處理系數(shù)。在式(9)的基礎(chǔ)上，加上車速對(duì)照明的影響，從而得d=1—00033100

12、01X(”(，)一口o)(10)式中，口㈤為檢測(cè)車速，t，。為設(shè)計(jì)車速。時(shí)序控制主要為解決在不同時(shí)段車流誼變化而引起的洞內(nèi)照明變化。系統(tǒng)將檢測(cè)數(shù)據(jù)存入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，然后對(duì)歷史樣本數(shù)據(jù)均化處理并進(jìn)行等級(jí)劃分，由時(shí)序判斷當(dāng)前車流量所處等級(jí)和參考流量／，在式(10)的基礎(chǔ)上，對(duì)交通量的處理如式(11)，d=[1—0003310001X(口(。)一V0)](11)J0式中扁為系統(tǒng)設(shè)定流域，當(dāng)車流最等于設(shè)定值時(shí)∥鐫=1，系統(tǒng)照明由洞外亮度和車速?zèng)Q定

13、；當(dāng)沒有車輛通過時(shí)，玩=0，系統(tǒng)關(guān)燈。22系統(tǒng)工作原理控制系統(tǒng)由兩部分組成：上位機(jī)和終端。上位機(jī)與終端通過RS485通信總線進(jìn)行連接，系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。上位機(jī)由普通計(jì)算機(jī)組成，是控制系統(tǒng)的控制中心和數(shù)據(jù)處理中心，完成系統(tǒng)的決策選擇，發(fā)送控制指令，通過信號(hào)連接線與終端保持通信狀態(tài)，顯示和存儲(chǔ)系統(tǒng)數(shù)據(jù)并提供人機(jī)交流界面。終端以單片機(jī)為處理芯片，負(fù)責(zé)亮度采集、燈電流采集和燈電流控制等工作。圖5系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)系統(tǒng)工作原理框圖如圖6所示

14、。通過設(shè)定控制系統(tǒng)初始狀態(tài)，即車速、車道和交通量，就叮確定隧道中間段亮度值和人口段折減系數(shù)k值，上位機(jī)通過查詢指令獲得洞外亮度值k㈤，根據(jù)式(1)可計(jì)算出厶。。將￡。。代入式(9)，就可算出人口段初始狀態(tài)下的占空比。同理，根據(jù)設(shè)計(jì)依據(jù)中的計(jì)算公式，可以計(jì)算出隧道其他各段亮度值和各段亮度對(duì)應(yīng)的占空比。此階段系統(tǒng)僅完成了亮度的初始計(jì)算，考慮檢測(cè)的車速和交通流鰱對(duì)隧道照明的影響，系統(tǒng)進(jìn)入亮度處理層，計(jì)算具體時(shí)段實(shí)際所需要的照明亮度值，并得到最