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LED隧道照明智能控制系统的研究与设计

张洪彬  
【摘要】:随着我国公路隧道的通车里程逐年增加,隧道照明耗费了巨大的电力资源。现阶段,国内大部分隧道仍然采用全天候或分时段照明的传统控制方式,而这种方式在车流量较小的夜间或偏远山区存在照明利用率低的现象,造成了能源的严重浪费。近年来,由于LED灯在可控性、节能等方面均优于高压钠灯,人们开始转向基于LED灯智能控制技术的研究。为了实现隧道照明的智能化、节能化,本文对隧道照明的总体功能需求和《公路隧道照明设计细则》(简称《细则》)中的相关典型参数进行分析研究,设计了一套LED隧道照明智能控制系统。本文根据系统总体需求,设计了以主控制器、LED控制器、亮度采集器、中继器、无线通信模块、远程上位机等为主体的研究方案。在方案中,采用多项式拟合和线性内插取值的方法对《细则》中给定的车速、车流量、中间段亮度典型值进行优化,建立一条精细化的动态调光曲线,并通过功率仿真的形式验证了该方法的可行性。结合该优化曲线,系统在软硬件方案中进行了具体的智能控制设计。在硬件方面,设计了主控制器、LED控制器和亮度采集器的关键电路,完成了相关电路板的实物制作。其中,主控制器可将采集的相关数据信息进行运算、处理,实现与LED控制器、远程上位机相互通信;LED控制器负责接收主控制器发送的数据信息,执行相应动作,并定时进行故障检测;亮度采集器用于采集隧道内外的亮度值,将数据发送至主控制器。实验中,以主控制器为核心,结合中继器、无线通信模块,实现了控制、信息采集、调光与远程通信的系统硬件网络搭建。在软件方面,制定了系统下位机通信协议,完成下位机程序设计;应用PostgreSQL数据库管理软件在数据库中建立了dataled和ledaddr两个数据表,用于存储LED灯的工作状态和地址;利用LabVIEW软件设计了隧道照明智能控制系统的人机交互界面,可直接调用数据库中的隧道照明数据,方便监管人员准确、直观地查看LED灯的工作状态,为系统的管理、维护提供了便利。本文对系统各模块进行了功能测试,并利用某隧道原始数据分别对传统人工控制方式、早期智能控制方式和本系统优化后的智能控制方式进行模拟实验。通过与前两种控制方式比较,本文设计的系统可分别节约62.9%和26.5%的能耗,表明本系统达到了“按需照明”、智能调光的目的,可进一步应用到隧道照明工程中。


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