CN101699924B - 高速公路隧道照明智能控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种应用于高速公路隧道照明的智能控制系统，利用自主研发的带有CAN-BUS总线通信接口的照明控制器，将隧道内所有的照明灯和车辆检测器、洞内外亮度计、照度计连接成一个完整的控制网络，可根据车流量的大小，洞内外环境亮度及其对比程度对隧道照明灯的亮度从0-100％进行自动调节。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于高速公路隧道照明的智能控制系统，该照明控制系统通过联网的智能控制器来控制隧道照明灯根据车流量的大小，洞内外环境亮度及其对比程度对隧道照明灯的亮度从0-100％进行自动调节。该智能控制系统能够采集车辆检测器的交通流量信息和洞外亮度计、洞内照度计所检测的洞内外环境的亮度信息，并且能够驱动LED隧道灯点亮，并对其进行调光。该照明控制器具有CAN-BUS(CAN，Controller Area Network，控制器局域网络)总线通信接口，能在隧道内形成一个完整的现场总线控制网络，并通过以太网与隧道管理所的管理工作站相连接，在工作站的管理下，可根据车流量的大小，洞内外环境亮度的对比程度对隧道照明灯的亮度从0-100％进行自动调节。
背景技术
高速公路隧道内的照明和洞外亮度、交通流量、洞内废气的多少、行车速度、灯具的养护周期等诸多因素有关，甚至与路面的材料和洞壁的装修材料有关。特别是洞外的环境亮度和交通流量的大小，更是直接影响到隧道内的亮度要求。天气、季节和时辰的不同，洞外亮度也是大不相同。目前隧道灯的控制基本上是靠开关照明回路来进行控制的。一般隧道都有七八个照明控制回路，建设投资大，施工难度高，隧道开通后管理者仅能在有限的回路里进行选择，而且对隧道灯不能实现调光控制，使得隧道内斑马线严重，亮度均匀性很差，很难兼顾到运营成本和隧道安全的统一。一条隧道动辄就是成百上千盏灯，因此高速公路隧道照明是能耗大户。许多高速公路，特别是一些刚开通的高速公路在开通运营的头几年，出现了收的通行费还缴不起电费的尴尬局面。
本发明能够实现隧道照明洞内亮度自动跟踪洞外亮度的实时变化和车流量的大小，自动对所有的隧道照明灯从0-100％自动调光，实现真正意义上的“按需照明”，大幅度的节约能源。
发明内容
本发明为高速公路隧道照明提供了一种智能照明控制系统。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该智能照明控制系统通过控制与其联网的各智能照明控制器来控制隧道中各照明灯，上述智能照明控制器具有CAN-BUS总线通信接口、隧道灯调光控制接口、数字量及模拟量接口，通过一根通信电缆将所有的隧道灯连接成一个完整的控制网络，并在网络内接入车辆检测器、洞外环境亮度计、洞内照度计，该智能照明控制系统通过控制各智能照明控制器，来实现隧道灯的调光控制。
本发明的有益效果是：能够实现隧道照明洞内亮度自动跟踪洞外亮度的实时变化和车流量的大小，自动对所有的隧道照明灯从0-100％自动调光，实现真正意义上的“按需照明”，大幅度的节约能源。
根据本发明的发明目的，其中提供一种应用于高速公路隧道LED照明灯的智能控制系统，主要包括隧道控制工作站、通过网络与隧道控制工作站连接的隧道工作站，每个隧道工作站包括若干个子网，每个子网上连接若干智能控制器，隧道工作站下属的所有智能控制器通过CAN总线相连，每个智能控制器控制一个或邻近的几个隧道照明灯，其特征在于：
其中每个智能控制器包括：电源输入模块、ARM微处理器模块、PWM调光模块、功率驱动模块、负载电流检测模块、开关量采集模块、模拟量采集模块、CAN总线网络接口模块等；
其中所述ARM微处理器模块接收到采集自开关量采集模块和模拟量采集模块的数据之后，对这些数据进行分析处理，处理后生成一结果并产生一相应的包含结果数据的控制命令传送到PWM调光模块，该命令经PWM调光模块处理后输出到功率驱动模块驱动相应LED照明灯产生相应的功率。
根据本发明的进一步的发明目的，其中在CAN总线上连接有洞内照度计测量洞内的灯光强度和对比度等。
根据本发明的进一步的发明目的，其中在CAN总线上连接有洞外照度计测量洞外环境光强度和对比度等。
根据本发明的进一步的发明目的，其中在CAN总线上根据隧道长度，每隔一适当距离连接有雷达车检器以检测车流量大小，根据车流量对灯光进行适度调节。
根据本发明的进一步的发明目的，其中开关量采集模块所采集的信息主要是车辆检测器的交通流量信息。
根据本发明的进一步的发明目的，其中模拟量采集模块采用了两个LM358双运算放大器构成一对4-20ma电流环接口，用于采集洞内外亮度计和照度计的数据。
根据本发明的进一步的发明目的，其中负载电流检测模块采用了LM358双运算放大器对LED隧道灯的负载电流进行检测，以判断LED隧道照明灯的工作状况。
根据本发明的进一步的发明目的，其中每个智能控制器均有CANH、CANL一进一出两个CAN网络接口，以级联方式与CAN总线网络接口模块连接形成CAN总线网络。
根据本发明的进一步的发明目的，其中每个接口均加有ESD保护电路。
根据本发明的进一步的发明目的，其中PWM调光模块采用MAX16831高电压、大电流LED驱动器，在微处理器的控制下能够产生控制LED隧道灯调光的PWM信号。
根据本发明的进一步的发明目的，其中功率驱动模块采用型号为16N05的16A、50V N沟道功率MOSFETs管来驱动大功率LED隧道灯发光。
根据本发明的进一步的发明目的，其中采用了LM358双运算放大器对LED隧道灯的负载电流进行检测，以判断LED隧道灯的工作是否正常。
根据本发明的进一步的发明目的，其中照明控制器具有数字量和模拟量采集功能，可以实时跟踪隧道的实际交通流量及一年四季天气、季节、时间洞外环境亮度的变化，并根据这种变化对隧道照明灯进行0-100％的亮度调节。
根据本发明的进一步的发明目的，具有CAN-BUS总线接口功能，能将所有的隧道灯构成网络，能在管理平台上对所有的隧道灯控制和调光。
根据本发明的进一步的发明目的，对所有的隧道照明灯控制和调光，可以是多个一起控制和调光，也可以是单个进行的，也可以是分组进行的。
根据本发明的进一步的发明目的，在管理平台上对所有的隧道照明灯控制和调光时，所述隧道照明灯灯光的强度/亮度可以无级递增或递减。
根据本发明的进一步的发明目的，每个隧道工作站可以按照单独的设置进行控制，也可以按照隧道照明控制工作站制定的策略统一进行控制管理。
根据本发明的进一步的发明目的，其中在与网络中断的情况下，每个照明控制器均能按照初始设置将隧道灯的亮度调节成最佳亮度，以确保隧道行车安全。
附图说明
图1为本发明的智能照明控制器组成模块示意图；
图2为本发明的智能照明控制系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
本发明所涉及的智能照明控制系统通过交换机与光纤网络(也可为无线网络连接、有线网络连接如电缆、电话线、网线等)相连，所述网络与交换机相连后，再与各隧道或单个隧道中工作站连接，工作站与CAN-BUS总线相连，该总线与隧道中控制隧道照明灯的各智能照明控制器相连，每个智能照明控制器可以控制一个单个的隧道照明灯或者若干邻近的隧道照明灯。
本发明所涉及的智能照明控制系统中各智能照明控制器主要由电源输入模块、ARM(Advanced RISC Machines)微处理器模块、PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制)调光模块、MOSFETs(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor，金氧半场效晶体管)功率驱动模块、负载电流检测模块、开关量(数字)采集模块(I/O输入模块)、模拟量采集(4-20ma电流环)模块(即AI输入模块，AI，Analog Input模拟量输入)、CAN总线网络接口模块等组成。其各模块功能如下：
1.电源输入模块主要由LM2575 DC-DC集成电路和外围元件构成，输入7-40V DC，输出5V，主要给智能控制器系统本身提供一个稳定可靠的电源。采用了TVS(Transient Voltage Suppressor，瞬态抑制二极管)瞬态二极管对输入电源进行防浪涌、防突波保护。
2.ARM微处理器模块采用ANYCAN5401I模块，内嵌ARM732位微处理器及CAN控制器、CAN隔离器件等，是本智能控制器的核心模块。
3.PWM调光模块采用MAX16831高电压、大电流LED驱动器，在微处理器的控制下能够产生控制隧道灯调光的PWM(脉宽调制)信号。
4.MOSFETs功率驱动模块主要采用型号为16N05的16A、50V N沟道功率MOSFETs管来驱动LED隧道灯发光。
5.负载电流检测模块采用了LM358双运算放大器对LED隧道灯的负载电流进行检测，以判断LED隧道照明灯的工作状况，以利于监控和检修。
6.开关量(数字)采集接口具有光耦隔离保护，可采集车辆检测器的车辆信号，该信号可以是开关量信号，也可以是晶体管开路输出信号。
7.模拟量采集(4-20ma电流环)模块也是采用了两个LM358双运算放大器构成一对4-20ma电流环接口，主要是采集洞内外亮度计和照度计的数据。
每个控制器均有CANH、CANL一进一出两个CAN网络接口，各控制器以级联方式连接形成CAN总线网络，总线网络可以工作站通信，组成局域网，每个隧道的局域网可以单独按照预定程序根据实际车流量和环境亮度来自动调节每盏隧道灯的亮度，也可以由通过与其相连的智能照明控制系统控制。智能照明控制系统或隧道工作站可控制单个的控制器，也可以控制多个控制器进行隧道照明灯的开关或调光。每个控制器的每个接口均加有ESD(Electro-Staticdischarge，静电释放)保护电路用于静电保护。智能照明控制系统可以通过负载电流检测模块对网络上各负载的总体运行情况进行监控，以利于检修。
在距隧道入口约500米处安装一台车辆检测器，根据隧道的实际长度在隧道内大约每隔500米安装一台车辆检测器，每驶过一辆汽车，车辆检测器均会发出一个信号。隧道入口外安装一台洞外亮度计，检测洞外环境亮度值；隧道洞内安装一台洞内照度计，用以检测隧道内的照度。车辆检测器的来车信号和亮度计、照度计检测到得数据均接入照明控制器。可以根据隧道内隧道灯的布置情况，可以一盏灯对应一个照明控制器，也可以两盏灯对应一个照明控制器，将所有的照明控制器用一根CAN-BUS通信电缆连成一完整网络。为了布线方便，也可以将隧道入口引道、隧道右侧、隧道左侧各形成一个子网，再接入隧道工作站。N个隧道工作站与隧道管理所的工作站通过交换机和光纤构成局域网。每个隧道可以单独按照预定程序根据实际车流量和环境亮度来自动调节每盏隧道灯的亮度，也可以由管理员在隧道管理所通过智能照明控制系统手动控制。在网络中断的情况下，每个照明控制器均能按照初始设置将隧道灯的亮度调节成最佳亮度，以确保隧道行车安全。
本发明并非仅限于在此明确描述的实施例。虽然先前的描述和附图描述了本发明的优选实施例，但是可以理解：在不脱离本发明的精神的情况下，在此可以产生各种附加、修改和替换。本领域普通技术人员很清楚：在不脱离本发明的精神或本质特性的情况下，可以以其他特殊形式、结构、布置、比例、以及利用其他元件、材料和部件来实现本发明。本领域的技术人员将意识到：本发明可以使用发明实际中使用的结构、布置、比例、材料以及部件和其他的许多修改，这些修改在不脱离本发明的原理的情况下而特别适应于特殊环境和操作需求。因此，当前公开的实施例在所有方面应被理解为说明性的而非对其请求保护的范围的限制。
Claims (16)
1.一种应用于高速公路隧道LED照明灯的智能控制系统，主要包括隧道控制工作站、通过网络与隧道控制工作站连接的隧道工作站，每个隧道工作站包括若干个子网，每个子网上连接若干智能控制器，隧道工作站下属的所有智能控制器通过CAN总线相连，每个智能控制器控制一个或两个LED照明灯，所述隧道工作站可以控制单个智能控制器，也可以控制多个智能控制器进行隧道照明灯的开关或调光，每个隧道可以单独按照预定程序根据实际车流量和环境亮度来自动调节每盏LED照明灯的亮度，其特征在于：
其中每个智能控制器包括：电源输入模块、ARM微处理器模块、PWM调光模块、功率驱动模块、负载电流检测模块、开关量采集模块、模拟量采集模块、CAN总线网络接口模块；
其中所述ARM微处理器模块接收到采集自开关量采集模块的车辆检测器的交通流量信息和模拟量采集模块的洞内外亮度计和照度计的数据之后，对这些数据进行分析处理并将处理，处理后生成一结果并产生一相应的包含结果数据的控制命令传送到PWM调光模块，该命令经PWM调光模块处理后输出到功率驱动模块驱动相应LED照明灯产生相应的功率；
在智能控制器连接的CAN总线网络中断的情况下，每个智能控制器均能按照初始设置将LED照明灯的亮度调节成最佳亮度。
2.根据权利要求1所述的智能控制系统，其特征在于：其中在CAN总线上连接有洞内照度计测量洞内的灯光强度和对比度。
3.根据权利要求1所述的智能控制系统，其特征在于：其中在CAN总线上连接有洞外照度计测量洞内的灯光强度和对比度。
4.根据权利要求1所述的智能控制系统，其特征在于：其中在CAN总线上根据隧道长度，每隔一固定距离连接有雷达车检器以检测车流量大小，根据车流量对灯光进行适度调节。
5.根据权利要求1所述的智能控制系统，其特征在于：其中模拟量采集模块采用了两个LM358双运算放大器构成一对4-20ma电流环接口。
6.根据权利要求1所述的智能控制系统，其特征在于：其中负载电流检测模块采用了LM358双运算放大器对LED照明灯的负载电流进行检测，以判断LED照明灯的工作状况。
7.根据权利要求1所述的智能控制系统，其特征在于：其中每个智能控制器均有CANH、CANL一进一出两个CAN网络接口，以级联方式与CAN总线网络接口模块连接形成CAN总线网络。
8.根据权利要求7所述的智能控制系统，其特征在于：其中每个接口均加有ESD保护电路。
9.权利要求1所述的智能控制系统，其特征在于：其中PWM调光模块采用MAX16831高电压、大电流LED驱动器，在微处理器的控制下能够产生控制LED照明灯调光的PWM信号。
10.根据权利要求1所述的智能控制系统，其特征在于：其中功率驱动模块采用型号为16N05的16A、50V N沟道功率MOSFETs管来驱动大功率LED照明灯发光。
11.根据权利要求1所述的智能控制系统，其特征在于：其中采用了LM358双运算放大器对LED照明灯的负载电流进行检测，以判断LED照明灯的工作是否正常。
12.根据权利要求1所述的智能控制系统，其特征在于：其中智能控制器具有数字量和模拟量采集功能，可以实时跟踪隧道的实际交通流量及一年四季天气、季节、时间洞外环境亮度的变化，并根据这种变化对LED照明灯进行0-100％的亮度调节。
13.根据权利要求1所述的智能控制系统，其特征在于：具有CAN-BUS总线接口功能，能将所有的LED照明灯构成网络，能在管理平台上对所有的LED照明灯控制和调光。
14.根据权利要求1所述的智能控制系统，其特征在于：对所有的LED照明灯控制和调光，采用多个一起控制和调光，或单个进行，也或分组进行。
15.根据权利要求14所述的智能控制系统，其特征在于：在管理平台上对所有的LED照明灯控制和调光时，所述LED照明灯灯光的强度／亮度可以无级递增或递减。
16.根据权利要求1所述的智能控制系统，其特征在于：每个隧道工作站按照单独的设置进行控制，或按照隧道照明控制工作站制定的策略统一进行控制管理。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 330025 Fangxing building, 508 Hongcheng Road, Nanchang City, Jiangxi Province Patentee after: Jiangxi Fangxing Technology Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: No. 508 Hongcheng Road, Nanchang City, Jiangxi Province Patentee before: JIANGXI FANG XING SCIENCE & TECHNOLOGY Co.,Ltd. Country or region before: China |
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| CP03 | Change of name, title or address |