LED隧道照明控制系统的研究与开发[1]

　　1 引言

　　在山区高速公路建设中，隧道所占比例很大，建成通行后公路隧道用电费用相当惊人。由于偏远山区经济欠发达，车流量很小，隧道照明费用已成为高速公路隧道管理部门的一笔沉重负担，特别在运营的前几年，征收的通行费还不够运营养护支出。如何提高隧道的运营效率、降低能源消耗，成为高速公路建设亟待解决的问题。

　　现有的隧道照明控制大多采用时序控制法，主要通过投退不同的照明回路，以增减工作灯具数量的方式来达到目的。这种控制方法虽然简单、可靠，但未完全考虑环境因素对隧道照明的影响，如天气条件、隧道通风状况、交通量以及车速对照度的要求等，不能完全满足隧道照明的要求，并且能耗高。随着半导体照明技术的快速发展，目前高效节能的LED照明灯已越来越多地应用于隧道照明系统中。与传统的光源相比，LED具有低压、低功耗、高可靠性、长寿命等优点，是一种符合环保、节能的绿色照明光源。为了进一步发挥LED照明的技术、经济优势，在采用LED作为隧道照明时，应注意根据实际情况优化照明设计布灯方案，完善控制策略和控制手段。LED灯的驱动电源可以接受调光控制信号，通过调整输出电流控制LED灯的光输出，这一特点使得我们可以通过采用更为完善的控制技术来降低照明能耗，提高系统的技术水平。本文将从完善控制策略的角度提出LED隧道照明控制系统的实现及其应用方案，综合分析隧道照明的要求及其特点，为大功率LED隧道照明控制系统提供完整的解决方案。

　　2 系统架构设计

　　LED隧道照明控制系统主要由监控中心的主控计算机、现场LED隧道照明控制器以及相关通信设备等构成。隧道照明控制器通过现场传感器采集隧道外照度值、隧道内照度值、车流量、车速等数值，并将数据上传至监控中心。主控计算机根据规定的调光控制逻辑计算出各隧道、各区段当前的照度参数，再通过通信网络向各隧道LED照明控制器发出调光控制指令。根据隧道的特点，隧道照明控制包括入口段区域照明控制、过渡段区域照明控制、基本段区域照明控制(若干)和出口区域照明控制。隧道照明控制器根据接收到的调节命令，自动调整灯具电源的输出电流(PWM方式的占空比)，改变LED隧道灯的光通量或者工作状态。主控计算机通过照度传感器实时检测到当前隧道照明的照度，判断当前的照度是否满足隧道照明要求，如果不满足，就下发新的控制命令给LED隧道灯，从而改变隧道的照度。灯具和照明控制器之间，以及灯具和灯具之间的数据传输可采用现场总线连接。为了满足现场实际的控制需要，隧道照明控制器设置有多路输出接口，最多可同时控制8路输出。为保证行车安全，调光系统在调节隧道照度时，采用照度渐变控制方式，分步逐级达到目标照度，以避免因照度突然变化而产生不安全因素。

　　LED隧道照明控制系统的结构如图1所示。

　　如图1所示，隧道照明控制器采集车辆检测器、照度检测仪等传感器的检测信号，根据预设的照明控制策略，对整个隧道的照明系统进行控制。系统的控制策略如下:正常情况下，在没有车辆进入隧道时，根据检测到的洞内外照度差值，在隧道内只开启相应的基本照明;在车辆检测器检测到车辆即将进入隧道时，开启隧道洞口的加强照明;当检测到车辆进入隧道后，则将车辆前面一段相应距离的照明加强;一旦检测到后面无车辆跟进，则将车辆后面的加强照明关闭，并调低基本照明照度。同时根据检测到的照度值还可判断晴天、阴天、白天、晚上等时间段数据，从而开启或关闭相应的照明灯具。

　　图1 LED隧道照明控制系统结构示意图

　　本系统既可对单个的照明灯进行单控也可对区域照明进行群控，控制策略可随时根据实际情况进行修正，这样能节约大量的电能，有效地降低运营成本。此外，根据隧道的安防要求，当发生火灾时，本系统还可检测控制隧道内车行横洞卷帘门和通风的状况。

　　3系统通信网络设计

　　LED隧道照明控制系统的拓扑结构如图2所示。

　　图2 系统网络拓扑结构示意图

　　如果LED灯智能接收控制器的接口是RS485总线型的，则可使用隧道照明控制器的RS485模块，系统接线如图3所示。

　　图3 RS485总线照明控制示意图

　　CAN总线和RS485总线的接线方式类似。CAN总线具有完善的通信协议，并且速度优于RS485，并且CAN网络中的节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，从而使总线上其他节点的操作不受影响。