隨著我國公路隧道的通車里程逐年增加,隧道照明耗費了巨大的電力資源�，F(xiàn)階段,國內(nèi)大部分隧道仍然采用全天候或分時段照明的傳統(tǒng)控制方式,而這種方式在車流量較小的夜間或偏遠山區(qū)存在照明利用率低的現(xiàn)象,造成了能源的嚴重浪費。近年來,由于LED燈在可控性、節(jié)能等方面均優(yōu)于高壓鈉燈,人們開始轉(zhuǎn)向基于LED燈智能控制技術(shù)的研究。為了實現(xiàn)隧道照明的智能化、節(jié)能化,本文對隧道照明的總體功能需求和《公路隧道照明設計細則》(簡稱《細則》)中的相關(guān)典型參數(shù)進行分析研究,設計了一套LED隧道照明智能控制系統(tǒng)。本文根據(jù)系統(tǒng)總體需求,設計了以主控制器、LED控制器、亮度采集器、中繼器、無線通信模塊、遠程上位機等為主體的研究方案。在方案中,采用多項式擬合和線性內(nèi)插取值的方法對《細則》中給定的車速、車流量、中間段亮度典型值進行優(yōu)化,建立一條精細化的動態(tài)調(diào)光曲線,并通過功率仿真的形式驗證了該方法的可行性。結(jié)合該優(yōu)化曲線,系統(tǒng)在軟硬件方案中進行了具體的智能控制設計。在硬件方面,設計了主控制器、LED控制器和亮度采集器的關(guān)鍵電路,完成了相關(guān)電路板的實物制作。其中,主控制器可將采集的相關(guān)數(shù)據(jù)信息進行運算、處理,實現(xiàn)與LED控制器、遠程上位機相互通信;LED控制器負責接收主控制器發(fā)送的數(shù)據(jù)信息,執(zhí)行相應動作,并定時進行故障檢測;亮度采集器用于采集隧道內(nèi)外的亮度值,將數(shù)據(jù)發(fā)送至主控制器。實驗中,以主控制器為核心,結(jié)合中繼器、無線通信模塊,實現(xiàn)了控制、信息采集、調(diào)光與遠程通信的系統(tǒng)硬件網(wǎng)絡搭建。在軟件方面,制定了系統(tǒng)下位機通信協(xié)議,完成下位機程序設計;應用PostgreSQL數(shù)據(jù)庫管理軟件在數(shù)據(jù)庫中建立了dataled和ledaddr兩個數(shù)據(jù)表,用于存儲LED燈的工作狀態(tài)和地址;利用LabVIEW軟件設計了隧道照明智能控制系統(tǒng)的人機交互界面,可直接調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的隧道照明數(shù)據(jù),方便監(jiān)管人員準確、直觀地查看LED燈的工作狀態(tài),為系統(tǒng)的管理、維護提供了便利。本文對系統(tǒng)各模塊進行了功能測試,并利用某隧道原始數(shù)據(jù)分別對傳統(tǒng)人工控制方式、早期智能控制方式和本系統(tǒng)優(yōu)化后的智能控制方式進行模擬實驗。通過與前兩種控制方式比較,本文設計的系統(tǒng)可分別節(jié)約62.9%和26.5%的能耗,表明本系統(tǒng)達到了“按需照明”、智能調(diào)光的目的,可進一步應用到隧道照明工程中。
【學位單位】：東北師范大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：U453.7;TP273
【部分圖文】：

圖 3.2 隧道照明亮度曲線中 P 處為洞口；S 處為接近段起點；A 為適應點；AP 段為適應距離亮度； 、 為入口段亮度； 、 、 為過渡段亮度；度； 、 為出口段亮度。.3.1 入口段照明標準口段照明，即為車輛進入隧道內(nèi)的第一個照明段，目的是為使駕駛由洞外到洞內(nèi)的亮度變化。根據(jù)《細則》規(guī)定，入口段照明分 TH明段，采用 K 值的方法計算入口段照明亮度，具體按式（3-3）、（= × （= 0.5 × × （中： —入口段 TH1 的亮度 / ；—入口段 TH2 的亮度 / ； —入口段亮度折減系數(shù)，按表 3-1 取值； —洞外亮度 / ，即接近段的起點 S 處。

圖 4.6 主控制器實物圖D 控制器設計器（簡稱從機）主要由 MCU 控制單元 STC15F2K6DC 開關(guān)電源模塊、故障檢測電路和地址設定電路等控制系統(tǒng)的重要組成，其組成框圖如圖 4.7 所示。LE器對 LED 燈及開關(guān)電源進行故障檢測、調(diào)制 PW由中繼器與主控制器進行數(shù)據(jù)信息的傳遞。LED 控行相應動作，并可將采集到的相關(guān)信息反饋至主控定時采集電源電壓及 LED 燈電流，進行故障判斷處理待主控制器輪詢后將故障信息反饋至主控制器；與收心跳指令，若超時未接收到，則關(guān)閉 LED 燈；控控制器發(fā)送來的 PWM 調(diào)光指令，繼而改變輸出占空流，用以滿足隧道照明的基本要求。

圖 4.10 LED 調(diào)光驅(qū)動電路述電路設計與分析，測得 VMOS 管柵極電壓波形如圖 4的頻率約為 1KHz，峰值電壓約在 11.5V，這是因為電阻VMOS 管的通斷未出現(xiàn)任何問題，PWM 波形也較為理想。Q2IRF640U2TLP521VCC5VPWM12P5LEDOUTLEDVCC12VR1520KR131KR12200RR1420RD8

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本文編號：2817444