LED隧道照明控制器

LED隧道照明控制器（精选9篇）

LED隧道照明控制器 第1篇

关键词：隧道,LED照明,智能控制,节能

1高速公路隧道 LED照明智能控制系统

高速公路隧道照明的传统控制方式一般都是以 人工操控为主,不但需要人员在夜间进行巡视检查,而且很难实现对 开关的合理控制,极大程度地缩短了照明灯具的使用年限,运维费用也随之增大。同时,由于灯具和线路得不到有 效的监控,致使设备被盗和损坏的情况非常严重,这对高速公路隧道的安全行车带来了极其严重的影响。此外,传统的数据信息采集系统采用的是有线传输,虽然这种方式的可靠性和稳定性较 高,但是系统会受到很多方面因素的制约,如地理条件、通信光缆成本、系统可扩展性较差、不便于维修等。随 着无线传 输技术的不断完善,其应用领域也随之拓宽,针对上述问题,本文提出一种基于无线传输网络的隧道LED照明智能 控制系统,下面就此展开详细论述。

1.1无线智能控制系统的构成

本文所提出的系统主要由无线LED灯网络、现场主控、光亮检测、车流量检测以及集中 监控等组 成。其中无线LED灯网络是以无线协议为基础,对隧道内的 所有LED设备进行 控制。该系统的总体框架如图1所示。

1.2系统硬件与软件

(1)硬件。本系统的硬件是由LED灯具和照明调控2个子系统构成,其中LED灯具子系统是整个 智能控制 系统的基础部分,主要包括照明灯具、配电箱、无限恒流调光 等设备;照明调控则是本系统的核心部分,主要包括计算机监控系统、中央控制器、检测仪等设备。

(2)软件。本系统的软件主要包括信息采集、数据存储、信号输出控制、无线通信、PWM调光以及开关控制等。

1.3系统基本原理

本系统的基本工作原理为:借助设置在隧道内的光强检测仪对各个照明段的光强度进行检测,利用车流量检测仪对车辆有关的信息进行检测,然后将以上信息汇总后传送给调控计算系统,再通过计算给 出控制策 略,最终达到 节能降耗 的目的。当系统安装完毕后,先要对其进行初始化和校准,系统运行 过程中,主控制器会先对隧道外的亮度监测数值进行查询,并对车辆信息进行读取,随后按照检测数据,经过计算后得出 控制策略,再由传送设备将控制信号发给 无线LED灯网络并 进行传输,隧道内的所有LED灯根据编码地址进行识别,当地址确认后,控制器便会 对电源恒 流参数进 行改变,由此来实 现对LED灯高度的调节,当差值范围达到预先设定值后,终止调控。

1.4系统功能

(1)LED灯亮度智能调节。由于隧道内安装的LED灯均具备连续数字调光功能,所以系统可以对照明进行从0~100%范围内的调节,使照明效果始终处于最佳状态,由此不但 能够节约电能,而且还可以确保行车安全。

(2)调光。本系统具备3种调光模式:1)智能调光。系统能够按照隧道洞口处的自然亮度和车流量对照明模式进行智能调控。2)自动调光。系统可以按照天气情况对隧道内LED灯的照度进行自动调整,还能以时序为依据提供相应的照度方案。3)手操调光。当出现紧急情况时,可以通过人员手动操作主控制器来对LED灯的亮度进行调节。

(3)控制方式。本系统具有2种控制方式,一种是就地控制,另一种是远程控制,前者是由智能控制器实现,后者则是由监控中心来实现。

(4)应急控制。系统能够对中控器的运行情况进行实时监控,当中控器出现故障时,系统会自动发出告警信号,并切换至手动控制模式。

(5)自检。系统能够对电源的性能和LED灯的状态进行检测,当检测到电源故障时会自动报警。同时,按照检测 信息报告LED灯的使用寿命,提醒管理员及 时对超期 服役的灯 具进行更换。此外,系统内部设置了一组专门监控上述信息的软件,当系统线缆终端或是网络发生故障时,便会自动报警,这一设计有效解决了系统的自检问题。

(6)距离调控。LED灯的控制采用的是令牌传输方式,由于单个节点的传输距离冗余量较大,所以不会受到调控距离的限制,整个灯具网络具有良好的可扩展性。

(7)其他功能。系统在对隧道内所有LED灯进行控制时,能够实现软启动和软关闭,当灯具开启时,灯光由暗逐渐变亮,而在关闭时,灯光则是由亮慢慢变暗。通过软启 动和软关 闭,能够对光源起到一定的保护作用,有利于延 长LED灯的使用年限,维护费用会随之降低。

1.5系统的应用优势

(1)系统采用的是亮度无级控制,可以针对不同的情况对LED灯的光照度进行调节,符合节能要求。

(2)系统能够使隧道内所有的LED灯实现按需要照明,不但可以节能,而且还能减小LED灯的光衰,有利于延长灯具和电源的使用寿命,运维成本显著降低。

(3)系统能够对电网中的浪涌电压起到一定的抑制作用,从而防止了过电压和欠电压 对LED灯造成的 危害。此外,软启动与软关闭技术的应用,对冲击电流起到了防护作用,大幅度延长了灯具的使用寿命。

(4)系统设计较为简单,无线传输技术的应用使得不需要敷设信号电缆,进一步节省了信号线、配电箱的安装费用,而且还加快了施工建设速度。

2高速公路隧道 LED照明系统供配电优化设计方案

为了便于研究,下面以某高速公路隧道为依托,对其LED照明系统供配电优化设计方案进行论述。该隧道的原设计 为LED照明,PLC回路控制,基本照明为左右线各12条回路,加强照明的回路为右线6个、左线3个,应急照明的回路为左右线各3个,共计39个回路,主电缆总长度为58.09km,支电缆总长度为56.83km。为了满足照明智能控制的要求,决定对其供配电进行如下优化设计:

2.1控制回路优化

该隧道原本是由PLC进行分回路控制,每个LED灯只能够承担单一的照明功能。而采用智能控制时,基本、加强和 应急照明的回路数分别只需要1个,具体优化方案如下:基本照明的左右线单边各设2个回路,加强照明与应急照明的左右线各设1个回路,优化后的总回路数为12个,比原设计减少了27个。主电缆总长度为33.30km,比原设计 缩短了24.79km。此外,采用单个LED灯编码控 制后,支电缆的 总长度为35.47km,比原设计缩短了21.36km,随着支电缆回路数的减少,与之相应的桥架数量也随之减小。

2.2配电柜优化

当采用分回路进行节能控制时,需要使用PLC对交流接触器进行控制。而实现智 能控制后,则不需要PLC和交流接 触器,主需要将原本的 空气开关 全部保留 即可。同时回 路的减少,使得空气开关的也随之减少。

3结语

LED隧道照明控制器 第2篇

关键词：高速公路；隧道；LED照明；智能调光系统

中图分类号：U459.2；TP273+.2 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）21-0159-02

目前，对于高速公路运营单位来说，公路隧道照明费用是一项巨大的开支，如何有效地降低照明成本、保障行车安全是目前高速公路运行部门亟待解决的一个难题。

目前公路隧道照明系统使用最为广泛的灯具就是高压钠灯，这种灯具启动慢、智能性差、能耗大[1]。相对来说，作为新型照明光源的LED隧道灯则具有启动快、寿命长、能耗低、无汞污染、光指向性好等优点[2]。因此，对于高速公路隧道照明来说使用采用LED照明是大势所趋。但是由于LED灯使用的时间较短，LED照明智能调光系统尚有待完善，因此，对高速公路隧道中LED照明智能调光系统进行研究也自然成为一项重大的课题。

1 LED智能调光系统概述

1.1 LED智能调光系统的构成

LED智能调光控制系统由4部分组成，其一是亮度检测器，其二是控制系统，其三是灯具控制器，其四是照明灯具，如图1所示[3]。其中，控制系统由两部分组成，分别是调光控制器和主控制器。在整个系统中，上位机的指令通过光纤传输到控制系统中，控制系统根据指令控制照明灯具。灯具控制器提供功率电源给控制系统和照明灯具，同时灯具控制器执行调光控制器发出的指令，对灯具进行通断控制和调光控制，从而提供照明光源给隧道。

1.2 LED智能调光系统的功能优点

第一，自适应性。系统能够和洞外的亮度产生联动，能够以洞外亮度和入口段的亮度为依据折减系数，建立洞内亮度的需求曲线，并以此为依据控制灯具的动态调光，从而实现洞外与洞内亮度的自适应。

第二，高效节能。LED系统能“按需照明”，从而在最大程度上节约电能，使得其节能效果更为显著。

第三，安全、舒适。LED系统能够通过洞外亮度检测器对灯具的亮度进行自动调节，从而使得隧道内的均匀度得到最大限度地提升，提升行车环境的舒适性，保障驾驶人员的安全。

第四，灯具使用寿命长。LED系统使用的控制方式是亮度渐变式，达到目标亮度的过程较为缓慢，能够避免瞬时开灯引发的冲击电流损坏LED灯具的驱动电路和其它的电子设备。并且LED灯的运行状态多为低功率运行，光衰能够大大降低，灯具寿命能得以有效延长。

2 LED智能调光系统在高速公路中的应用

2.1 工程概况

广清高速公路扩建后新隧道在照明消耗方面有70%的能耗都被浪费在过渡照明方面，因此，要实现隧道照明节能必须从减少过渡照明开始。要实现这一目标，就必须保证灯具的功率能“按需调节”，但是那种通过减小灯具功率来控制过度照明的方法是不科学的。因此，对照明强度进行调整的方法就只能通过两种方式来实现。方法一，使用多回路系统进行分级调光。一般情况下，分级调光的级别最多为6级，其中晚上2级，白天4级，但是这种分级照明的方法又存在过度照明的问题[4]。方法二，使用无极调光。也就是在LED光源的基础上，根据需要对光源进行任意的调整，同时规避过度照明，从而实现减少照明能耗的目的。该高速公路扩建后新隧道为了减少能耗，使用LED照明智能调光系统对隧道的照明系统进行了改造，取得了很好的效果。

2.2 系统设计

该高速公路隧道的LED照明智能调光系统的实施方案，如图2所示。首先，隧道外面的亮度检测装置会对洞外的亮度进行监测，并会将监测到的信号传送到控制装置上，经过换算后输出直流模拟信号（功率为0～5 V）对LED灯的输出功率进行控制，从而实现按需照明的目的。

2.3 控制方式分析

第一，基本照明控制。高速公路隧道中的基本照明具有工作时间长的特点。根据这一特点，在对基本照明亮度进行设计时要对其冗余量进行充分考虑。在使用的时候，不需要将设计的冗余量全都用上，只需要按照需要的功率进行提供即可。在未来的时候中，如果灯具出现光衰问题，就可以通过控制系统对其输出功率进行增加，保证隧道内的照明强度始终满足照明需求。

第二，加强照明控制。该高速公路隧道中的照明灯具开启和关闭的时间以及开启之后的亮度调节都通过控制装置实现控制。控制装置根据获得的洞外的亮度数据，对洞内灯具输出的功率进行计算，通过这种方法有效的达到了按需照明的目的，有效地节约了照明成本。

第三，应急照明控制。高速公路隧道中的应急照明设备由EPS进行电源供给。当断电时，控制装置会在瞬间对基本照明设备的功率进行调整，将其控制在正常值的15%左右，从而保证应急照明系统的配光特性与之前基本相同，以避免交通事故的发生。

3 LED智能调光系统在高速公路中应用的优势分析

3.1 系统优势

该高速公路隧道采用LED智能调光系统之后，其节能优势自不必说，其由节能带来的其他优势也颇多，具体分析如下：

第一，通过LED智能调光系统，高速公路隧道能够实现亮度无级控制，相较于分级控制来说，能够节约40%的能源；相较于钠灯照明来说，能够节约70%～90%的能源[5]。

第二，自从该隧道使用了LED智能调光系统之后，只有在夏天的中午，加强照明灯具才能达到满功率工作状态，大多数情况下，加强照明灯具的工作功率都在10%和60%之间[6]。此外，基本照明设计中的冗余量设计也只有在远期才能够用到，近期的工作功率相较于灯具的额定功率来说较低，使得电源和灯具的长期工作功率较低，可促使LED的光衰减少，延长电源和LED的使用寿命。

第三，使用LED智能调光系统之后，公路隧道中的灯具下半夜的功率能够减半，能保证灯具的配光特性基本相同，能有效避开单侧关灯所带来的安全问题。

第四，LED智能调光系统的设计较为简单，只有两个回路，一个加强照明回路，一个基本照明回路，其中基本照明回路还具有应急照明功能。

第五，使用LED智能调光系统之后，如果隧道中的车流量没有达到设计值，可根据相关规范折减洞内的照明强度，从而避免过度照明情况的出现，以实现节能的目的。

3.2 经济优势

从该高速公路中选择一段长2 km的隧道，对LED智能调光系统的运营费用和钠灯分级调光系统的运行费用进行对比。该隧道的设计车速为80 km/h，设计车流量为700辆/h，路面宽度为10 km。两种照明方式运行费用对比，如图3所示。其中投资费用包括电缆费用、灯具费用和电气设备费用，其中电气设备费用包括变电站、配电箱、应急电源和等级等电器。假设该地区一年中有165天是晴天，100天是多云的天气，50天是阴天，50天重阴天。电费为1元/kWh。

由上图可见，LED照明系统所产生的运营费用远远低于钠灯分级调光系统，其经济效益显著（每年可节约40万元）。

4 结 语

在高速公路高额的运营费用中，照明费用占据着很大的比重。LED照明智能调光系统的出现为照明费用的节省提供一个新的路径。通过分析隧道照明及其控制方案可以看出，设计一个科学的LED照明智能调光系统，不仅能够产生巨大的经济效益，同时还能有效地保障保障行车安全，降低工程成本，实现节能减排。

参考文献：

[1] 钟标，杨雪.高速公路隧道LED照明智能调光系统[J].中国交通信息化， 2013，（8）.

[2] 李宏杰，马二顺，吕晓峰，等.公路隧道照明调光过程中的危险因素分析 及安全性指标[J].隧道建设，2015，（12）.

[3] 蒋海峰，文涛，吕晓峰，等.隧道LED照明精细化调光控制技术及实证研 究[J].交通节能与环保，2013，（1）.

[4] 涂耘，史玲娜，王小军，等.公路隧道按需照明节能运营控制技术应用[J]. 公路交通技术，2015，（6）.

[5] 张玲，郝翠霞.LED隧道照明控制系统的研究与开发[J].照明工程学报， 2011，（4）.

LED隧道照明控制器 第3篇

关键词：公路隧道,照明,节能效果,应用前景

引言

国家“十一五”规划纲要中指出, 要优化照明产业结构, 鼓励使用高效照明器材, 实现结构节能。LED照明灯具在节能、使用寿命等方面具有较大的优势。

1 高速公路隧道照明现状

目前, 我省高速公路隧道照明使用灯具统一为高压钠灯, 以甘肃省某高速公路4公里长的一条隧道 (以下简称“该隧道”) 为例, 共使用高压钠灯400W共计78台, 250W共计153台, 150W共计58台, 100W共计60台, 70W共计1294台, 36W纳灯共计586台, 总计2229台。

2 我省某高速公路隧道照明改造方案

通过计算, 确定了该隧道施工照明方案如下:在对原有灯具支架, 供电方式不变的情况下, 在原有灯具的安装位置使用190WLED隧道灯代替400W钠灯, 100WLED隧道灯代替250W钠灯, 65WLED隧道灯代替150W、100W钠灯, 45WLED隧道灯代替70W钠灯, 18WLED隧道灯代替36W钠灯。

3 照明改造前后照度及均匀度对比

依据交通部颁《公路工程质量检验评定标准 (第二册) 机电工程》 (F80/2-2004) 中的有关要求, 隧道照明必须满足照度和均匀度两项指标不小于设计值要求。经查询原施工设计图纸, 该隧道照度和均匀度设计指标如表1所示:

依据国家标准《照明测量方法》 (GB5700-2008) , 该隧道管养单位委托甘肃省交通科学研究院有限公司对隧道照明改造前后的照度和均匀度两项指标进行了检测。检测结果见表2:

通过对检测数据进行分析可知, 该隧道进行LED照明改造后, 照度及均匀度两项指标与改造前数据基本一致, 各照明段落受检指标均满足表1中对于规定值的要求。

4 照明改造节能效果

甘肃省交通科学研究院有限公司试验室对本次改造中使用的LED灯具和改造前使用的高压钠灯进行了抽样试验, 实测灯具能耗见表3。

由改造前后不同类型的灯具24h能耗及灯具数量计算可知:改造前该隧道24h总能耗为6176.38k Wh, 改造后该隧道24h总能耗为2494.72k Wh, 能耗减少59.61%。以每k Wh电费为1元计, 每日可节省用电费用3681.66元, 每年可节省费用134万元。

5 结束语

该隧道LED照明改造前后的数据直观地反映了LED照明改造具有良好的经济效益, 对降低结构能耗起到了决定性的作用, 具有良好的应用前景。

参考文献

[1]翁小熊.公路工程质量检验评定标准 (第二册) 机电工程技术手册[M].北京:人民公路水运出版社, 2004.

[2]Jerry Plank, 张意.LED改装设备的测试[J].中国照明电器, 2013 (3) .

[3]雷鸣, 马志平.高速公路照明案列[J].广东科技, 2014.

[4]孔亮.从合同能源管理探讨老山隧道照明LED改造障及排查方法[J].现代交通技术, 2011 (4) .

[5]江波.LED改造项目可行性分析报告[J].现代营销 (学苑版) , 2012 (4) .

[6]苏敬奎.LED照明节能技术分析[J].中国科技投资, 2013 (2) .

[7]窦林平.国内LED照明应用探讨[J].照明工程学报, 2011 (6) .

LED隧道照明控制器 第4篇

奥的亮照明国际有限公司产品开发部总监PK Li表示：“科锐的新款XLamp LED阵列给我们留下了深刻的印象，该款阵列将优异的照明级性能与易用性完美结合在一起，让我们能够迅速开发公司的新款A19灯和筒灯产品。”

CXA20阵列采用单个均一光学系统、22mm×22mm紧凑型封装，且只需两颗螺丝就可固定，从而可帮助需要在光源设计中采用单颗器件的客户简化制造流程。在用于传统的筒灯应用时，采用CXA20的灯具亮度比26W的紧凑型荧光灯（CFL）或100W的白炽灯泡高38%，且输入功率仅为14W。

科锐公司LED元器件部副总裁兼总经理Norbert Hiller表示：“科锐将继续向市场推出最全面的照明级LED产品系列，确保为照明应用提供最佳LED光源。对期望获得科锐照明级性能，同时又想简化室内LED照明设计和制造的照明设备制造商来说，CXA系列LED阵列是理想的选择。”

LED隧道照明控制器 第5篇

隧道照明不同于普通的道路照明, 其照明技术指标因隧道内的位置、照明时段、天气状况等诸多因素的不同而有所变化, 这就导致了隧道照明设计的复杂性大大超过普通道路照明。为了设计达标, 现在人们普遍采用DIAlux进行模拟, 但目前国内基本上都采用室内模型进行模拟, 这种方法的优点是建模容易, 缺点是模型不真实, 造成模拟数据的真实性与实景模拟相比自然不如后者, 为此, 我们对太宁隧道建立了实景模型进行LED照明改造的模拟, 收到了很好的效果。

1.设计输入

1.1设计依据与设计条件

(1) JTJ 026.1-1999《公路隧道通风照明设计规范》。b、隧道的交通方式:双向双车道。交通流量≤360辆/h。c、计算行车速度 (限速) :40km/h。

(2) 模拟隧道两侧墙面2m高范围内的反射率为0.7;隧道路面及隧道弓形表面反射系数0.27。e、灯具安装方式:双侧安装, 对称布置;安装高度5.3m;灯具安装倾角20°;灯具安装间距:入口段2.4m, 过渡段4.8m, 中间段10m。f、洞外亮度取陕西秦岭地区削竹式洞口的晴天平均亮度2600 cd/m2。g、不考虑连续隧道效应。h、不考虑灯具调光。i、不考虑接近段照明。j、维护系数:0.7。k、保持原来高压钠灯的安装位置不变。

1.2太宁隧道相关数据

(1) 总长:1085 m。

(2) 现有灯具位置:147×2=294 (对称布置) 。

(3) 入口段灯具数量:25×2=50 (盏) 。

(4) 入口段安装间距:2.4 m。

(5) 过渡段灯具数量:3×2=6 (盏) (与入口段共用2个灯具) 。

(6) 过渡段安装间距:4.8 m。

(7) 其余为中间段。中间段灯具安装间距10 m。

2设计目标

(1) 入口段 (出口段) :平均亮度Lth≥26 cd/m2。

(2) 过渡段:平均亮度Ltr2≥2.6 cd/m2 (考虑到实际过渡段很短, 只取这一中间值) 。

(3) 中间段:平均亮度Lin≥1.5 cd/m2;d、路面亮度总均匀度:U0≥0.3;e、路面中线亮度纵向均匀度:U1≥0.5。

3.设计结果

3.1模拟数据

(1) 入口段模拟结果:平均亮度:37 cd/m2, 满足设计要求:Lth≥26 cd/m2。

(2) 过渡段模拟结果:平均亮度:20.5 cd/m2, 满足设计要求:Ltr1≥2.6 cd/m2。

(3) 中间段模拟结果:平均亮度:4 cd/m2, 满足设计要求:Lin≥1.5 cd/m2。

(4) 路面亮度总均匀度:U0=0.946, 满足设计要求:U0≥0.3。

(5) 路面中线亮度纵向均匀度:U1=986, 满足设计要求:U1≥0.5。

4结束语

网络化智能调光LED隧道照明系统 第6篇

智能LED隧道灯硬件部分分为LED驱动电路、LED调光电路、传感器驱动电路、通信模块以及数模转换模块。目前已完成以红外传感器控制的调光LED隧道灯样品的部分设计。

LED隧道灯恒流源驱动电路

电路由EMI输入抑制电路、输入整流滤波电路、IC辅助供电电路、功率调节电路、输出整流滤波、恒压与恒流输出反馈控制电路等组成。

恒压与恒流输出反馈控制电路以芯片LM358为核心, 该芯片内置两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器。通过采集LED灯上的电流电压输入到放大器中与基准电压作比较, 比较结果输出到光耦。光耦导通状态的变化对功率调节模块进行影响。

功率调节模块以L6562为控制芯片。当由于某种原因LED电流减小时, 通过LM358输出到光耦, 光耦放大后输出给L6562。芯片对输入信号进行反相处理, 输出脉冲宽度增大。宽度增大的输出脉冲驱动功率转换级的开关管, 进行一次PWM调节, 通过增加占空比的方式使次级输出电压增加。这样LED两端的电压也增大, 于是电流随之增大, 这就维持了LED的电流恒定。同样, 若由于某种原因使LED电流增大时, 其控制过程相反[2]。

调光模块设计

调光模块采用NE555组成的延时开关电路, 该模块接收传感器的输出信号, 通过电容充放电实现延时功能。NE555输出端接光耦, 功能类似于开关, 光耦另一端电路通过改变LM358的基准比较电压来改变运算放大器的输出, 进而控制功率调节模块达到调光的功能。

传感器模块设计

传感器可使用红外或微波检测, 可放置于隧道口或集成到灯具中。当传感器集成在灯具中时, 可将检测车辆的信号直接输入到调光模块的输入端。如果将传感器放置于隧道口, 则可以检测车流量以及车速等信息。并将该信息发送到上位机通过算法对调光模块进行远程控制。

控制器设计

驱动电路

变压器次级线圈感应电压经二极管整流, 两个C11为滤波电路, 得到直流输出电压。

恒压电路工作原理:U 3 B、TL431、R34、R35、U3、PC817组成电压控制环路。TL431是精密电压调整器, 阴极K与控制极R直接短路构成精密的2.5V基准电压。2.5V基准电压由电阻R36送到U3B正相输入端;而反相输入端则由R34、R35的分压比来设定。若输出电压上升, 则R35电压也上升, 该电压与反相端2.5V基准电压比较, U3B输出误差信号, 该信号流入光耦中的LED, 进而通过反馈控制网络控制一次PWM输出占空比, 使输出电压工作在恒压状态。

恒流电路工作原理:U 3 A、TL431、R45、R32、U3、PC817组成电流控制环路。R45是输出电流取样电阻, 输出电流在R45上产生R45/IOU T的电压降。该电压送到U3A的反相输入端, 而2.5V基准电压则由R38、R39、R40组成的分压电路, 再将分压电压送到正相输入端, 输出电流在R45上的电压降与2.5V基准电压分压电压进行比较, 输出误差信号改变光耦LED中的电流, 进而通过反馈控制网络控制一次PWM输出占空比, 使输出恒流。采用由放大器组成的恒压、恒流控制电路可实现很高的恒压与恒流精度。因电路采用放大器形式, 因此R45的电阻值可选为mΩ级, 对电路转换效率基本无影响。

供电部分

EMI输入电路工作原理:交流电输入经过串联NTC热敏电阻。NTC的电阻值随温度升高而减小, 这样在开机一瞬间避免了输入电流过大。并联在交流两端的压敏电阻TUR1的作用是抑制浪涌电压。当压敏电阻器两端所加电压低于标称额定电压值时, 压敏电阻器的电阻值接近无穷大, 内部几乎无电流流过。当压敏电阻器两端电压略高于标称额定电压时, 压敏电阻器将迅速击穿导通, 是输入短路, 保护后边的电路。C01、C02、C03的作用是吸收差模干扰, C04的作用是消除从后边电路中流入电网的差模干扰。共模线圈L01的作用是吸收共模干扰。

BR1为整流桥, 整流后经过L1滤波, R21的作用是断电后泄流, 避免断电后电感内部电流对人造成伤害。

DZ、D4、R20、C7的作用是保护芯片。当晶体管断开时, 变压器初级线圈产生的反击电压脉冲将会与输入电压叠加, 同时加到Q1的D、S两端, 此时二极管D4导通, 并对C7充电, C7把加到Q1的尖峰脉冲电压吸收, 防止击穿。R20作用是把C7吸收电压产生的积累电荷泄放, 为下次吸收做准备。

调光模块[3]

无论调光模块是直接从传感器接受脉冲信号还是接收转换为模拟量的控制信号, 该控制信号经过电容流向NPN三极管的基极, 导通三极管。三极管导通后2脚处于低电平状态, 7脚外接电容瞬间放电, 同时3脚处于高电平。此时PNP三极管由导通状态变为关断状态, 光耦也由导通状态变为关断状态。由于三极管导通只是瞬时状态, 再次关断后, 电容开始充电, 充电速度由变阻器决定。当电容充电到一定电压时, 2脚电压恢复高电平, 3脚输出变为低电平, PNP三极管导通, 光耦导通。

功率调整模块[4]

由于某种原因使LED电流减小时, 恒流电路采集到变化 (减小) 的电流值, 进行误差放大后, 通过控制PC817的导通状态, 输出给功率调节电路。功率调节电路中的L6562芯片对输入信号进行反相处理, 输出脉冲宽度增大。宽度增大的输出脉冲驱动晶体管Q1, 从而使得初级线圈中电压增大, 进而次级输出电压增加。这样, LED两端的电压也增大, 于是流过LED的电流也增大, 这就维持发光二极管的电流恒定。同样, 若由于某种原因使发光二极管的电流增大时, 其控制过程相反。这种恒流驱动器的优点就在于:不管LED的管压降差异有多大, 其结温和环境温度的变化引起二极管的电流变化有多大, 都能通过高速的恒流电路的快速调整, 来维持LED的电流恒定。

1脚 (INV) :误差放大器反向输入端。PFC输出电压由分压电阻分压后送入该脚。

2脚 (COMP) :误差放大器输出端。补偿网络设置在该脚与INV端 (1脚) , 以完成电压控制环路的稳定性和保证有高的PF值与低的谐波失真 (THD) 。

3脚 (MULT) :乘法器输入端。该脚通过分压电阻分压, 连接到整流器整流电压端, 提供基准的正弦电压给电流环。

4脚 (CS) :输入到P W M比较器。MOSFET管电流流过取样电阻, 在电阻产生电压降, 该电压与内部的正弦电压形成基准信号, 与乘法器比较来决定MOSFET的关闭。

5脚 (ZCD) :升压电感去磁侦测输入端。工作在临界传导模式, 用负极性信号的后沿来触发MOSFET的导通。

6脚 (GND) :地。栅极驱动和信号回路的通路都应该汇集到该地引脚端。

7脚 (G D) :栅极驱动输出。图腾柱输出能直接驱动MOSFET管或IGBT管, 对源极峰值推动电流是600m A, 吸收电流时800m A。该脚的驱动电压被钳制在12V左右, 避免因CCU电压过高而使驱动电压也升高。

8脚 (CCV) :电压供给IC内部信号与栅极驱动, 供电电压被限制在22V以下。

结语

网络化智能调光LED隧道灯的突破意义就在于它将隧道内灯具的开关与否以及亮度与车流量挂钩, 进行实时监测实时控制。通过传感器采集详细的车流量、车速等信息, 通过算法进行分析得出最合理的调光方案并通过无线通讯发送给灯具进行控制。在运行过程中, 系统直接降低了维护的人工费用、灯具的功率、线缆费用以及灯具输出功率, 从而大大降低了初期建设费用以及年运营费用。这种控制方法不仅通过调光合理控制灯具工作状态, 同时根据人眼的视觉特点避免造成了车辆刚进隧道式产生的炫目现象, 使人眼平滑的从自然光过渡过来, 大幅提高了安全系数。

摘要：本课题的主要研究内容是根据《公路隧道通风照明设计规范》要求研究设计了网络化智能调光LED隧道灯控制系统。照明灯具采用可调光的LED光源, 结合无线通信模块搭建无线灯具网络, 以及控制系统输入参数采集的无线传感器网络;系统通过传感器网络采集洞内外亮度, 车速车流量作为控制输入参数, 经监控计算机处理实现隧道照明的实时调光控制[1]。本文网络版地址:http://www.eepw.com.cn/article/197922.htm

关键词：LED,隧道灯,调光,网络化

参考文献

[1]韩直, 基于等效亮度的公路隧道照明需求研究[J].中国交通信息产业, 2007:11

[2]周志敏, 周纪海, 纪爱华.LED驱动电路设计与应用[M].北京:人民邮电出版社, 2006:12

[3]周建, 吕晓峰, 杨洋.公路隧道LED灯照明系统无级调光控制方式研究[J].公路隧道, 2010, (3) :10-13

[4]王彦锋, 公路隧道照明节能研究田[D].西安:长安大学, 2009:5-7

LED隧道照明控制器 第7篇

我国目前的隧道照明监控系统总体来说技术还比较落后, 大多数地区还在使用传统的控制方式, 通过时控开关或直接按排人员手动操作来实现灯的开关。传统方式在实际应用中面临以下问题:实现功能比较单一, 只有开关灯控制, 无法自动调节灯的亮度;亮灯率比较模糊, 具体多少盏灯故障、故障率情况及影响交通程度等都无从反应;只能对灯进行集中控制, 无法对每盏灯进行节能控制, 在白天进行故障检修时, 无故障的灯也需同时开启, 严重浪费资源。落后的控制方式已远远不能满足现代化管理和节能的需求。作为公路管理部门迫切需要一种现代化的管理系统平台, 使其管理效率提高的同时降低运行成本。隧道照明智能监控系统正是基于此而提出的。

2 隧道照明远程智能监控系统的定义及意义

2.1 隧道照明远程智能监控系统的定义

隧道照明智能监控是一种能控制某一回路灯的开关、调光、数据采集以及故障判断等功能, 便于管理单位进行实时管理的系统。

2.2 隧道照明远程智能监控系统的意义

提高管理部门形象。监控每路光源的工作状况和输出功率, 监测失效光源并报告位置, 减少人员的巡查, 减少对管理部门的投诉, 从而进一步提高管理部门的形象。

增强应急能力。系统具有定时控制和人工控制等多种方式, 在特殊的天气情况下能通过人工控制实现应急调度功能。增加照度控制功能, 可实现点、线组合式的节能控制, 节能效果好。

增加安全防范功能, 智能监控系统可以实现快速故障灯具的处理及灯具的预维护, 以免灯故障而引发交通事故。

3 隧道照明远程智能监控系统

3.1 系统组成

3.1.1 整体框架

图1为本次隧道照明远程智能监控系统的结构框图。采用这样的系统, 能够为公路管理机构带来节能和节省维护成本的效果, 同时也能够提高服务质量, 并提升公共安全。

3.1.2 系统组成

单灯节能监控系统主要包括以下几部分:

(1) 隧道照明控制箱:

(2) 信号通信控制器:

(3) 光控模块:

(4) 车检模块:

(5) 电源节能模块:

(6) 监控软件:

3.2 工作原理

3.2.1 硬件系统

隧道照明控制箱是该系统的核心设备, 整个系统要完成的功能全部由这个设备完成。隧道照明控制箱, 还可以通过gprs与网络连接, 实现远程监控。信号通信控制器是实现只能开关灯和通信调光的设备, 设备也分为节点通信模块和状态控制模块。光控模块是采集周围自然光的关照度。车检模块是检测是否有车辆进入隧道。电源节能模块是调光通信中的一个重要模块, 保证调光信号的质量。监控软件对于中心所管理的总控制服务器发来的数据进行过滤、汇集并记录到SQL数据库中。可以在软件信息查询栏中查到相应的信息, 查询后可导出报表。采集到的数据, 为用户提供有意义的、专门针对灯应用的界面, 实现了用户对所管理隧道路灯系统的监测和控制。

3.2.2 工作原理

隧道照明分晴天、阴天和夜间等多种控制工况, 按回路实现分级自动控制 (保留手动控制) , 在隧道外安装自然光照度检测传感器, 实时将采集的光照度传送到变电站主控装置, 主控装置根据当前隧道外的照度自动调整LED灯调光控制器, 使隧道内LED灯具的照度和隧道外自然光照度相匹配。

(1) 车辆检测。隧道两端安装有车辆检测装置, 实时检测过往隧道的车辆, 当系统工作在白昼模式下, 当隧道内有车过往时, LED灯照度自动匹配隧道外自然光照度提供照明, 当无车时则降功率照明, 此手段有效的提高了隧道灯具照明的利用率。

(2) 夜间节能模式。当系统时间进入夜间节能时间段时, 则停止车辆检测功能, 隧道灯具以固定功率降压工作, 从而进一步提升节能效果。

(3) 无级调控。LED采用可调恒流电源来驱动, 可在0~100%范围内调整, 因此可实现无极调光功能, 在相应的工况下, 光源不会满负荷运行, 使光源得到了充分的“休息”, 不仅能延长灯具的寿命, 同时还降低光衰。

(4) 回路循环切换。根据系统时间、白昼、黑夜的时间段设定和工作线路设定, 系统将自动循环隔日切换照明工作线路, 有效的延长灯具使用寿命并降低额外耗电。

4 隧道照明远程智能监控系统应用

浙江省文成县位于浙江南部山区, 俗称“八山一水一分田”, 境内隧道颇多, 本次改造的330省道瑞东线的上岙岭座隧道照明设施, 原建于2004年, 是二级 (收费) 公路隧道, 宽10米, 长分别为1105米, 采用传统HID高压钠灯照明, 自2008年底费改税改革变更为非收费公路以来, 由于线路老化等原因导致隧道照明效果差, 上述隧道曾多次发生交通事故, 为保障行车安全, 急需改造。经多年积极争取, 在各级公路交通主管部门的大力支持下, 上岙岭隧道照明设施列为节能减排项目, 安装了智能监控系统并对照明设施进行LED灯节能改造。LED灯属于第四代新型光源, LED与传统光源在发光形态上最大的区别在于LED发出的光线是定向的, 光源的光已经得到了“整形” (称光源配光或一次配光) , 整形后的光通量就是它的出射光通, 也就是说, 从LED发出的大部分光线就能直接射向被照面, 得到充分利用, 利用的比例远高于传统的光源。而对于传统光源来说, 从发光体发出的光线, 都向空间的四面八方发散出去, 部分光线可以直接利用, 许多光线只能间接利用 (通过发射器后才利用) , 光源光线的利用率自然比较低。

现将两种光源相关数据进行比较 (见表1) 。

从上表可以看出, 高压钠灯与LED灯各有千秋, 各有各的特色。但综合考虑其照明效果、节约能源的角度, 且国家积极推广LED等节能灯具, 因此本次改造采用LED灯。由于目前隧道LED灯照明及监控系统刚改造完成, 上述相关数据目前无法正确评价, 下步我们将本次改造项目与类似长度且采用高压钠灯照明的隧道进行灯具使用寿命、光衰、可靠性、维护成本、照明效果、节约电费等方面数据对比, 全方位综合考评与总结。

但本次隧道改造无疑是成功的, 远程智能监控系统做到了分晴天、阴天和夜间等多种控制工况, 按回路实现分级自动控制, 安装自然光照度检测传感器, 实时将采集的光照度通过主控装置自动调整LED灯照度, 使隧道内LED灯具的照度和隧道外自然光照度相匹配。通过车辆检测、夜间节能模式、无级调控、回路循环切换功能正常启用, 目前单从高压钠灯与LED灯功率上就能达到年节约电能约11.3万度, 用电省且照明效果好, 行车安全感得到较大提升, 得到社会各界好评, 盛赞其为“亮丽文成”添砖加瓦。

参考文献

[1]朱磊.公路隧道LED照明节能控制研究[D].西安:长安大学, 2011.

[2]蒋海峰.隧道LED照明精细化调光控制技术及实证研究[J].交通节能与环保, 2013.

LED隧道照明控制器 第8篇

1 项目实施背景

贵州省地形多山特性，决定了贵州省高速公路建设中，必然具有隧道数量多、长大隧道多的特点。根据规范要求，长度大于100m的隧道应设置照明系统。根据隧道实际运营效果来看，照明系统是保证行车安全的必备设施。然而隧道照明设施长期连续运行产生大量能耗，这已成为贵州省高速公路隧道运营管理中的沉重负担，引入节能环保型的隧道照明灯具来取代传统灯具势在必行。

贵州贵黄高速公路东苗冲隧道是我国应用LED灯最早的隧道，该隧道总长420m，设计行车速度80km/h，首期工程于2006年2月完成，第二期工程于2006年6月完成。在初期的应用中，由于LED光效较低，光衰较大，虽然达到了节能环保的要求，但在照明总体效果上仍低于高压钠灯，东苗冲隧道照明工程对LED照明进行有益的尝试和探索，并积累了相关工程经验。随着LED灯在隧道照明工程中的不断应用，贵州省在高速公路隧道LED照明应用方面逐步成熟，并开始了大规模工程应用。

贵州省镇胜高速公路黄果树隧道(左线2603m，右线2600m，双向4车道，设计时速为80km/h。2009年12月24日通车)作为长大隧道，大规模应用了LED灯照明，相对于以往的LED照明工程，本项目采用了新型LED照明灯具，在光效、光衰等关键指标上进一步提高，灯具结构针对隧道环境特点进行了优化;同时在灯具布设、供电回路设置、照明控制方式等工程应用方面针对LED灯的特点进行了调整;相关的供配电系统、闭路电视监视系统也有所改进;最终不仅实现了预期的节能环保目标，而且在照明感官效果上也较以往传统照明工程有了显著提高。

2 LED照明特点

LED是取自Light Emitting Diode三个单词的缩写，中文译为“发光二极管”，是一种可以将电能转化为光能的电子器件。

LED照明灯具是将若干单粒LED按特定方式排列，并将电源、控制芯片等附件集成在一起，制成的一体化照明设备。

与传统的照明灯具相比，LED灯具有光指向性好、寿命长、响应快、无红外幅射且无汞污染等优点，在同样亮度下，耗电仅为普遍白炽灯的1/10，寿命却大大延长。目前商用的单粒白光LED效率已达到90～110Lm/W以上，虽然与高压钠灯的发光效率100～150Lm/W相比还有一定差距，但LED照明灯具有指向性好的特点，其光源利用率较高。也就是说用小功率的LED灯具替代大功率的高压钠灯，可以获得相同的照明效果。表1是一组100W高压钠灯与60W LED隧道灯的实测参数比较表。

LED灯与高压钠灯的优缺点对比如下：

钠灯的灯泡的发光角度为360°，大部分光线必须通过反射器反射后才能照射到指定区域。目前由于成本原因，实际采用的反射器光线损耗较大，结构决定了灯具的光源利用率低，仅有40%左右。而LED发光二级管具有强指向性，约90%LED二极管发光角度同灯具的发光角度可保持一致，因此灯具大部分的光是直接照射到指定区域，因此光源利用率高。

高压钠灯发光颜色为黄色，色温及显像指数都比较低。太阳光显色系数为100，而高压钠灯的显色系数仅为20左右(黄光)。LED光源照明灯显像指数可达80以上，灯具发光颜色更接近于自然光，因此LED灯照明感官效果更好。

高压钠灯灯泡启动时间长，再次启动时需要有一定的时间间隔。高压钠灯在通电5～10分钟左右的时间，才能达到正常的亮度，再次启动的时间间隔一般要大于5分钟。LED灯不存在启动延时问题，可随时接通，随时工作，能够非常方便地实现智能化节能控制。

3 实施方案

隧道照明设计依据JTJ026.1-1999《公路隧道通风照明设计规范》，按照隧道等级进行配光及灯具布设。下面对贵州省镇胜高速公路黄果树隧道LED照明工程的情况进行介绍。

3.1 照明亮度要求

本项目应用于基本段、出口段，依据照明原理和灯具特点，对隧道的照度分布和不同路段的亮度要求停止准确的计算和分析，通过测试手段，对计算数据加以验证，进行优化设计，满足五龙山隧道LED照明方案不同路段的亮度指标要求及隧道照度分布要求，见表2。

3.2 LED照明灯具选择要点

(1) LED照明灯具的配光要求

光效和均匀度是LED灯具的首要选择标准，目前LED隧道灯生产厂家基本采用外购LED发光器件组装的方式，其技术的核心主要在于灯具配光设计，应当利用光学透镜原理，通过建模和修模手段，精确控制灯具配光，使得灯具的配光达到高光效并使照度均匀。

(2) LED照明灯具的散热设计

LED照明灯具使用的LED发光器件，在高温条件下其性能迅速下降，并可能损坏。控制器件温度是保证LED灯具正常工作的重要条件。因此高效的散热装置是选择LED灯具的重要条件，其中电源部分的散热尤其重要。

(3) LED照明灯具结构合理性

LED发光器件本身的可靠性和寿命都较高，并且由于每盏灯具都包含多个发光管，单个发光颗粒的故障并不会造成整个灯具故障，因此光源部分的可靠性较高。LED灯具在结构上主要考虑以下两点，第一是电源可靠性，由于LED灯需要交流转换直流，必须内置开关电源，电源故障会造成整个灯具失效，因此在设计上应当着重考虑电源可靠性，通过冗余电源或其它措施提高电源可靠性。第二是发光管供电回路设计，应当考虑单个发光管故障时，对其它发光管的影响，如果单个发光管故障会导致其他发光管供电回路断路，则LED灯的高可靠性就不能发挥。

3.3 灯具技术指标

本项目所用67W灯具指标如下：

光源功率：67W

光源组成：大功率白色LED发光管

光源效率：80 Lm/W

色温：4500K～6000K

显色指数：≥70

灯具可调角：纵向120°，横向70°

输入电源：AC100～265V, 50/60Hz

功率因数：>0.9

平均无故障时间：20, 000小时

光源寿命：50, 000小时(亮度维持率70﹪)

温度范围：-30℃～55℃

湿度范围：10～98%

防护等级：IP65

3.4 项目实施后检测验收

项目实施后依据设计规范要求，对各项指标停止了检测，结果见表3。

检测结果显示各段亮度均满足JTJ 026.1-1999《公路隧道通风照明设计规范》的要求。

4 效益分析

4.1 建设成本比较

计算依据:(1)高压钠灯：250W按950元/盏，150W按850元/盏，100W按800元/盏计算;(2) LED灯具：180W按2000元/盏，112W按1800元/盏，67W按1600元/盏，36W按1500元/盏计算;(3)采用LED灯具后，变压器、配电设备、电缆都可相应减小，总计可节约160余万元。

根据计算，建设综合成本比采用高压钠灯照明方案增加46.6万元。

4.2 运营成本比较

计算依据:(1)从第二年开始，LED灯具每年维护费按灯具初装费用的1%;(2)高压钠灯每年维护费按灯具初装费用的15%;(3)电费价格：按1元/度;(4)灯具照明时间每天按加强照明12小时、基本照明12小时计算。

原设计方案使用926盏100W、104盏150W、252盏250W高压钠灯，现改用374盏180W、132盏112W、194盏67W和1226盏36WLED灯进行替代，在隧道照明效果更优的情况下，LED灯具总耗电量为139.2kw，高压钠灯总耗电量为171.2kW，功耗减少22kw，用电量节省了19.7%。

根据计算LED灯5年运营成本比高压钠灯减少240.147万元。

4.3 建设及五年期运营成本综合比较

综合考虑建设和五年期运维费用，采用LED照明可节约费用193万余元。

5 结语

从以上分析可以看出，LED照明灯具在运营维护成本方面具有明显的优势。虽然目前LED灯具成本还比较高，但如果考虑到采用LED灯具使变压器、配电设施、电缆等方面可以节约的成本，其综合建设费用增加幅度有限。如果同时考虑运维费用，则总体费用较高压钠灯方案有明显优势，同时照明效果大大提升。今后随着技术的进步和生产规模进一步扩大，LED灯具的价格必然逐步降低，其经济效益将进一步显现，而其节能环保的社会效益更是影响深远。因此我们相信，LED照明在公路隧道照明领域应用前景广阔，是今后发展的主要方向。

参考文献

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[2]毛兴武.新一代绿色光源LED及其应用技术[M].北京:人民邮电出版社, 2008.

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[4]韩直, 吕晓峰, 尹林, 等.公路隧道LED照明调光控制技术研究[J].中国交通信息产业, 2009 (10) :99-104.

LED智能节能照明控制系统的设计 第9篇

系统主控模块功能

这套节能照明控制系统是在大庆石油学院现代教育中心中控室安装试运行的。根据国家标准民用建筑照明设计标准 (GBJ133-90) , 我们控制室内亮度在200lx左右。

本控制器设置了3套传感系统和严密的软件控制, 其工作方法是:

首先通过被动热释电红外探测器和环境噪声探测是否有人, 并探测环境亮度。如果没人, 所有LED灯均不开。如果有人, 分成二种情况:

·�若需要照明的环境的照度X>200 lx时, LED照明灯具处于关闭状态;

·�若需要照明的环境的照度X<200 lx时, LED照明灯具处于开启状态, 并且随着环境照度调节LED灯具的照度, LED灯具释放到室内的平均照度为E=200-X。

硬件饲服控制系统

针对以上情况, 本系统以MCS-51单片机为核心, 组成一个集采集、处理、控制为一身的自动控制系统。其框图见图1。

它主要由三部分组成:传感器单元, 控制器单元, LED驱动电路和照明系统。

传感器单元

被动式热释电红外探测器

被动红外探测器有三个关键性的元件:

菲涅尔滤光晶片, 它通过截止波长8~12µm的菲涅尔滤光晶片, 起带通滤波器的作用, 使环境的干扰受到明显的控制作用。

菲涅尔透镜, 作用有两个:一是聚焦作用, 即将热释的红外信号折射在PIR (热释电红外传感器) 上, 第二个作用是探测警戒区内红外线能量的变化, 并由系统内固化软件对所采集的数据进行运算加工, 由控制系统内的控制软件通过控制逻辑来决定是否发出开灯信号。

热释电红外传感器 (PIR) 将透过滤光晶片的红外辐射能量的变化转换成电信号, 即热电转换。

因此在被动红外探测器的警戒区内, 当无人体移动时, 热释电红外感应器感应到的只是背景温度, 当人体进人警戒区, 通过菲涅尔透镜, 热释电红外感应器感应到的是人体温度与背景温度的差异, 信号被采集到伺服系统以后, 由软件对该新采集的数据与系统内存中已经存在的前期探测数据进行延时比较, 以判断是否真的有人等红外线源进入警戒区, 还是只是环境波动, 甚至是元件自身内部噪声的影响, 以免发生误判断。因此, 红外探测传感部分软硬件主要是通过探测环境红外线变化来判断是否有人进入需要照明的警戒区。

匹配低噪放大器的作用是当探测器上的环境温度上升, 尤其是接近人体正常体温 (37℃) 时, 传感器的灵敏度下降, 经由它对放大器的增益进行补偿, 增加其灵敏度。

另外由于距离等衰减因素的存在, 温度传感器和内部软件的初始数据并不需要定在37℃这个点上, 而是要综合环境因素, 元件灵敏度最近线性能区段来定初始值。一般都会低于人体温度, 这恰好也是元件比较灵敏且元件比较接近最近线性的区段。

若在建筑公共区间使用该系统还要考虑随着季节变化而采用不同的初始值, 并对控制软件增加相应的控制模块, 主要是因为建筑内公共区间的温度变化要比室内温度变化范围要大一些, 情况也复杂一些。

环境噪声探测

主要是通过探测环境中人类日常活动所产生的噪声进行探测, 并与红外线部分的数据在系统内部进行或运算, 以补偿在环境温度非常接近人体时红外探测不敏感而无法判定是否有人进入需要照明的区域。

可见光探测器

通过对光电管、光敏电阻等光电探测器的各种性能进行比较, 发现光敏电阻的光谱响应峰值比较接近人视觉敏感区的波长。其次是当光照强度减弱时, 它的响应时间相对增加, 装置在光照强度变化时, 输出状态保持相对稳定。考虑到光敏电阻对温度变化较为敏感, 偏置电路中的电阻可以采用与探测元件温变系数相近的光敏电阻, 以防止工作点漂移。

另外在内部的软件设计上主要取接近人眼最敏感的感应数据区间, 这样一是减少控制系统的误判几率, 另外也使得程序的数据区空间缩小到最小, 为以后软件的再升级留出空间, 为硬件系统的充分利用打下基础, 并对系统的总体硬件成本控制起到重要作用。

控制单元

我们采用单片机作为照明系统的核心, 单片机的品种规格很多, 选取的原则是尽量使系统简单、性能可靠、成本低。我们选用Intel的8051单片机, 其内含128字节的RAM, 32条I/O线、2个8位常数可自动重装的8位定时器/记数器。单片机输出脉冲经隔离、功率放大后可直接接至可控硅控制极, 控制可控硅。为降低来自电网的干扰, 由单片机I/O线产生的触发脉冲, 必须经隔离后送至可控硅的控制电路中。可控硅 (SCR) 调光器, 多用于可控整流、逆变、调压电路, 很容易进行电流的调光, 通过电压限制的调整, 能进一步延长灯的寿命。

LED照明系统和驱动电路

我们采用1 W的白光L E D, 发光效率60lm/W, 预计室内亮度在200lx左右。

由平均亮度公式:

式中E一平均照度, Ф一光源的光通量, N一灯具数, U一灯具的利用系数, K一维护系数, A一室内面积。

考虑到室外亮度越低, 对室内亮度的补偿越小, 所以我们安装400个LED, 全部点亮其室内亮度可达208lx。

下面讨论设计LED灯的主要问题:

·驱动电源的选用

我们选用的AP-2B320发光二极管驱动器是制作一体化半导体灯的专用电源变换器, 用于安装在半导体灯内部, 串联驱动1串10~40支1瓦大功率发光二极管工作, 220V交流市电供电, 输出320mA稳定的单向脉动恒定电流。驱动器使用高频脉宽调制开关变换电路实现恒流控制, 变换效率高, 可达85%以上, 工作稳定。驱动器为全密闭模块封装结构, 适合在高湿度, 高粉尘, 强震动, 对防爆有一定要求等环境下使用, 非常适合室内使用, 经过软件升级也可用于建筑物公共区间照明使用。

·L E D灯的连接方式

目前成熟应用的都是单粒1W的LED, 很显然, 做这样一个半导体灯要用50只发光管。50只LED全部串联, 或者并联都存在一些问题。

如果全部串联连接, 如果有一粒LED开路损坏, 则整灯不亮, 而且50支LED全部串联, 其驱动电压至少要150V, 安全性减低。

如果全部并联连接, 有一路开或短路, 则电流不均衡, 影响灯具使用寿命。

从驱动技术和发光管的特性来看, 多只发光管组应该优先使用串联方案。这样, 只要驱动器给的电流合适, 所有发光管的电流都是一样的。发光管串联使用大家常常担心一个问题, 就是一个发光管开路整串都不亮了。我们对样灯打过高压, 也作了突波实验。从应用实践上看, 只要驱动不失控, 给发光管的电流合适, 发光管很少见到开路的情况, 即使发光管本身质量不好出故障, 一般就是自己不亮, 但还是保持通路, 其他管照样亮。而且发光管都有很强的过电流的能力, 比如3 0 0 m A的1瓦发光管短时间加600m A的电流也不会坏。所以, 使用发光管时应以串联为主, 这样发光管才有稳定、一致的电流, 对提高灯的寿命有利。

由于管数太多, 全部串联其驱动电压太高, 不得不连串带并, 所以混联。专用的LED驱动器一般是电流源, 既然LED驱动器提供的是一个恒定的电流, 多串并联时就必须辅以外部均流措施, 均衡地把驱动器提供的总电流分配给每一串, 最简单的办法就是每一串里串一个电阻均流。多串并联时首先是要使各串发光管的总管压降尽可能地保持一致, 然后再串入电阻牵制电流的偏移。电组上的压降太大功耗增加, 压降太小均流效果不好, 一般可以取串连管总管压降的5%左右。

·散热方式

解决散热问题主要靠合理的灯体结构设计。解决方案是使用薄金属板做基板, LED可以按照使用的发光管的数目在铝板上打好孔径和发光管外径相同的孔, 两个孔间距离为0.7mm, 再将发光管紧配合镶嵌到金属扳上, 发光管引脚在金属板后面相连。灯的外壳也用金属材料制作, 装好发光管的金属板和金属外壳紧密装配, 这样, 灯具工作时产生的热量可以通过金属板传导到金属外壳上, 金属外壳暴露在空气中, 热量可以通过辐射和对流散去。为了既减小灯的体积又保证较大散热面积, 灯体外壳可以采用带肋条的散热片结构。

·L E D照明控制模块

我们将400个LED分10组, 每组40个。每组采用一个AP-2B320作为电流源, 用单片机控制可控硅的输出来调节LED的发光亮度。可在可控硅两端并联阻容吸收回路, 用来吸收AP-2B320与可控硅产生的谐波干扰。连接方式如图2。

软件设计

本程序采用模块化设计思想。以主程序为核心设置功能模块子程序, 简化了设计结构。运行过程中通过主程序调用各功能模块子程序, 因为灯具控制实时要求不高, 循环控制即可满足要求。

该系统的工作软件主要完成以下功能:信号输入模块实现相应传感器信号输入单片机数据通道, 在控制系统软件中, 分别将红外线探测器的信号与声音传感器的信号经过整流放大数字化后处理成开关的布尔型数据, 然后相或。经过整流放大的环境补光光强度探测系统产生的信号分两路, 一路为布尔值, 并与前两路信号处理后产生的输出进行与运算, 由此产生决定灯具开关的开关信号, 另外一路将环境数据A/D转换, 然后作为系统调节亮度的控制信号编码输出到系统的输出模块, 达到控制LED发光亮度的目的。达到智能照明的目的。

由于实际使用环境的复杂性及存在着各种各样的干扰因素, 尤其是大量手机带来的电磁干扰。因此系统的可靠性需使用抗干扰技术来维持。这里用到的抗干扰技术是看门狗技术 (WDT) 。看门狗的运行能使程序在跑飞状态下产生复位信号, 有效防止程序跑飞。

结语

这套系统自在大庆石油学院现代教育中心中控室试运行以来, 节能超过50%, 节能效果非常明显。我们还试制了LED路灯, 安装到6米的路灯上, 发出的是柔和的白光, 视觉效果超过了高压钠灯, 自安装以来, 没有发现光衰现象, 非常稳定。

摘要：介绍了一种LED智能节能照明控制系统设计, 给出了系统的软硬件设计和控制流程。

关键词：智能,LED,节能,照明

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