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（铁道科学研究院铁道建筑研究所 北京 100081 ）
摘 要：隧道灯控制器是为隧道照明而设计的智能开关装置。安装隧道灯控制器后，可使巡道人员在良好的照明状态下工作，同时有效
地避免常明灯，节约电能。
关键词：
隧道照明 智能控制器
目前，全国都在大力提倡建设节约型社会,最近两年夏季用电高峰期间，全国最大电力缺口在2000万千瓦以上,很多地区被迫实行拉闸限电,严重影响了国民经济的发展。同时在铁路发展中，隧道灯的控制方式比较落后，节电意识不强，电能浪费现象较为严重。我国于2004年6月6日在全国范围内启动了"节能宣传活动周"活动, 并制定了《公众节能行为指南》，可见实现对铁路隧道照明灯的智能控制势在必行。
在铁路隧道照明系统中，可以采用安装在隧道口的交流接触器来闭合或切断隧道照明灯电源的方式，对隧道照明灯的点亮与熄灭进行控制。在铁路巡道人员进入隧道前，闭合交流接触器点亮隧道照明灯，在铁路巡道人员离开隧道时，断开交流接触器使隧道照明灯熄灭。这样做的好处是，巡道人员操作简便而且安装投资又少。但从另一方面看，从巡道人员进入隧道到走出隧道，需要一定的时间，特别是当隧道较长时，所花费的时间就会较多，这就势必会造成电能的浪费。更为严重的是，在某些地方，一些非工作人员在隧道穿行时，随意撬开控制柜点亮隧道照明灯，甚至用木棍顶住交流接触器致使隧道照明灯常明。长此以往，造成的电能浪费是相当可观的。
为避免隧道照明灯常明现象，较为理想的照明方式是：隧道照明灯的开启完全在铁路巡道人员的控制下，随着巡道人员的行进而陆续点亮前方的照明灯；待巡道人员走过后照明灯可自动关闭；必要时，可以任意调整某个局部地段的照明时间。这样，即可节约电能，又可有效地防止非工作人员人为造成的常明灯现象。
由于钠灯具有相对较低的价格和较好的显色指数，在铁路隧道照明和道路照明中得到了广泛的应用。但另一方面，钠灯需要一定的启辉时间。若每次只可在灯下开启，由于启辉时间的影响，开始灯光会很弱，待巡道人员走出较长距离后才会达到应有的亮度，这种照明方式是很不经济的。
本文介绍一种廉价的基于单片计算机实现的隧道灯智能控制器，每个控制器利用单片机的串行通信口与相邻控制器进行通信，控制隧道灯的开启与关闭，即可实现上述的照明方式操作又可避免启辉时间的影响。使用隧道灯智能控制器主要有以下两个优点：
（1）操作简便，节约电能，避免常明灯
安装隧道灯智能控制器后，巡道人员可根据需要，灵活地控制照明状况，可在任何一盏隧道灯的附近，用遥控发射器开灯或关灯并且可将此命令向上行方向或下行方向传递。发出短开命令后，巡道人员可继续行进至需要继续开灯的位置时，点亮后续灯，以前已开启的灯会自动熄灭。
（2）有效地提高了照明灯的使用效率
钠灯需要经过一定的启辉时间才会达到100% 的亮度。若每次只可在灯下开启一盏灯，又由于启辉时间的影响，开始灯光会很弱，待巡道人员走出较长距离后才会达到100% 的亮度。安装隧道灯智能控制器后，当巡道人员用遥控发射器发出开灯命令后，前方（包括发送命令的位置）共有多盏灯被开启（根据需要，可由程序预先指定开启的数量）。巡道人员可根据需要，提前开启前方的若干盏灯，这便使巡道人员永远在钠灯的100% 亮度照明下行走和工作，有效地避免了钠灯启辉时间的影响。
1、控制器的组成
隧道灯智能控制器由遥控发射器和接收控制器组成（一个遥控发射器对应多个接收控制器）。遥控命令的发射由按动遥控器上的六个键完成，六个键分别为：上行短开（开后延时熄灭）、上行常开、上行关、下行短开、下行常开、下行关。在任何一盏隧道灯的附近，均可用遥控发射器发出控制命令。命令的功能如下：
（1）短开
接收控制器接到短开命令后（若此时可以接受命令），立即接通本灯开关。一般情况下，延时三分钟后自动关闭（可根据需要，由程序预先指定延时时间长度，下同）。由于钠灯关闭后不可立即开启，因此在任何情况下，接收控制器不会在关灯后的一分钟内接受命令（接收控制器可以接收到命令、发出蜂鸣音，但不执行），只能在一分钟延时后再次接受命令。
另外，在短开命令被执行后的三分钟之内，可以用遥控发射器再次发出命令。接收控制器收到命令后，会用新的命令取代以前收到的命令。
（2）常开
接收控制器接到常开命令后（若此时可以接受命令），立即接通本灯开关并且不会延时熄灭。常开后同样可以再次接受遥控命令，但执行关命令后的一分钟内不会接受任何命令。
（3）关
发出关命令后，将关闭本灯开关使灯熄灭。
（4）接收控制器收到并接受上述三种命令后会自动发送同样的命令到后续（上行或下行）灯的接收控制器，使其执行该命令。
1.1 遥控发射器
遥控发射器主要由SZ9148芯片构成。SZ9148集成电路采用CMOS工艺制做，是一种性能较好的红外线编码发射器件。当振荡器频率为455kHz时，其发射载波频率为38kHz。通过芯片上的引脚K1~K6和T1~T3，可以连接成一个6×3的矩阵键盘，选用其中六键即可实现对隧道灯的控制。
使用红外发射器，不仅发射角度较大、容易控制和操作简便，而且发射距离有限，不会因反射或折射造成控制命令被错误接收。发射器的构成如图1所示。
图1 遥控发射器
1.2 接收控制器
每个接收控制器主要由一片AT89C52单片计算机构成。每盏隧道灯的接收控制器以串行方式连接，从而实现对整条隧道的照明控制。因此，控制命令的接收有三个来源：遥控发射器、上行方向接收控制器和下行方向接收控制器。
对于遥控发射器控制命令的接收，由红外接收电路和解码器（SZ9149或SZ9150）构成。解码器的输出接至单片机（AT89C52），由单片机识别控制命令，对隧道灯进行相应的操作，并向后续的上行或下行接收控制器发送控制命令。
相邻接收控制器之间通过RS-232串行通信接口实现控制命令的发送与接收，收到控制命令的接收控制器由单片机按控制命令对隧道灯执行操作，并判断是否向后续的上行或下行接收控制器发送控制命令。由于AT89C52只有一个串行通信接口，故又使用了一片AT89C2051单片机来实现另一个串行通信接口。控制命令在两单片机之间的传送，是经并口实现的，如图2所示。
图2 接收控制器
1.3串行通信接口
为了使接收控制器之间串行通信接口符合RS-232标准，可以利用MAX232芯片完成RS-232与TTL电平的相互转换, 如图3所示。
图3. 串行口与MAX232芯片连接
2.程序设计要点
对于AT89C52的程序设计主要包括三个部分：命令接收、命令的优先级判别及优先命令的执行和向后续的上行或下行接收控制器发送控制命令。命令接收包括对解码器输出的扫描以及对所收命令的识别、接收串行口传送的命令和并行口传送的命令。
对于AT89C2051的程序设计只包括两个部分：接收串行口传送的命令经并口发送、接收并行口传送的命令经串口发送。
AT89C52的主程序示意框图如图4所示。
3.小结
通过试验，感到隧道灯智能控制器效果较好，即可以比较方便的控制隧道灯的开关、有效避免常明灯又可避免起辉时间较长而带来的不便。在实际应用中，还可以将所述的串行通信方式改为无线传输，这样施工更为简便。我国幅员辽阔，山地众多，随着铁路建设的高速发展，隧道数量将大量增加，节约用电势在必行，隧道灯智能控制应用前景较为广阔。
主要参考文献：
1、孙涵芳、徐爱卿《MCS51系列单片机原理及应用》 北京航空航天大学出版社 1988
2、李华《MCS51系列单片机实用接口技术》 北京航空航天大学出版社 1993
3、余永权《ATMEL 89系列FLASH单片机原理及应用》 电子工业出版社 1997
Achieving the Intelligent Control
for the Tunnel Illumination Based on Microcontroller
ZHU Yu ZHAO Tibo ZHOU Dingjiu
(China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081)
Abstract：Tunnel lamp intelligent controller is a switch device designed for tunnel illumination. After installing the controller, the patrols could work under good illumination condition. Meanwhile electric power dissipation can be effectively reduced.
Key words：Tunnel illumination Intelligent controller
图4. 主程序示意框图
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