CN103476187B - 一种隧道led照明的调光装置与调光方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种隧道LED照明的调光装置，其包括一主控制器、n盏LED隧道灯、一串行总线；所述主控制器通过所述串行总线与所述LED隧道灯构成闭环通讯回路，其中n为大于1的自然数。本发明还涉及一种所述隧道LED照明的调光装置的调光方法，其主控制器通过串行总线输出接口发送LED隧道灯地址码生成指令，所有LED隧道灯保存各自生成的地址码；所述主控制器可以通过串行总线输出接口发送任意一盏LED隧道灯的调光指令；所述LED隧道灯通过串行总线输出接口可以发出报警指令。本发明通过采用对主控制器和LED隧道灯双通讯端口的设计，形成通讯的闭环回路，实现了LED隧道灯的动态地址编码方法，非常方便于调光，可靠性大大提高，通讯距离也不再受限制。

Description

一种隧道LED照明的调光装置与调光方法

技术领域

本发明涉及一种隧道LED照明的调光装置和调光方法，适用于以LED作为光源的隧道照明领域。

背景技术

良好的隧道照明是确保交通安全的必要条件。隧道照明既与隧道所允许的行车速度、车流量等指标有关，又与隧道所处方位、洞外亮度等自然地理条件密切相关，这就要求隧道灯具应能够提供与此相适应的照明亮度，即照明设施要具备调光功能。目前广泛使用的隧道照明灯具如HID灯和荧光灯等，由于技术上的原因，均不适宜长期调光控制。随着LED封装与应用技术的发展，LED在流明效率、显色性、功率等方面都有了较大提高，LED灯用于隧道照明已经成为发展趋势。到目前为止，已经有很多新建隧道采用了这种新光源，取得了较好的效果。而LED灯不仅节能环保，而且具有良好的调光性能，这为解决隧道调光照明提供了新的技术选择。隧道照明有了调光功能，就可以使隧道内亮度更好地适应洞外环境亮度的变化，降低或消除隧道的“黑洞”与“白洞”效应，为道路交通提供安全、舒适的照明环境。隧道照明的调光功能还可以减少或避免大量的照明用电浪费，节省能源。

LED隧道灯作为一种新型灯具，在调光方面尚没形成统一的技术方案和相关标准。目前主要有三种类型的调光方法，一是在LED灯具内部嵌入时钟模块，依据时间对亮度进行调节；二是LED隧道灯提供模拟量调光接口，通过模拟量对LED隧道灯进行调光控制；三是采用数字通讯接口实现LED隧道灯的调光控制，如RS485、DeviceNet、电力线载波等通讯技术。这些方法比较适合于对隧道内所有LED灯进行相同规律的统一调光，满足了一定的市场需求，但要实现对任意LED灯进行独立调光控制具有一定困难。即使有些方法在原理上可以实现单灯独立编址与调光控制，但在实际安装与使用过程中操作也很不方便，不便于推广使用。本发明提出一种基于串行总线闭环回路设计的LED调光控制策略，可以较好解决前述问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种隧道LED照明的调光装置和调光方法。

本发明采用以下方案实现：一种隧道LED照明的调光装置，其特征在于：包括一主控制器、n盏LED隧道灯、一串行总线；所述串行总线把所述主控制器连接至第一盏LED隧道灯，所述第一盏LED隧道灯通过串行总线连接至第二盏LED隧道灯，以此类推，直到连接至第n盏LED隧道灯；所述串行总线再把所述第n盏LED隧道灯连接至主控制器；所述主控制器通过所述串行总线与所述LED隧道灯构成闭环通讯回路，其中n为大于1的自然数。

在本发明一实施例中，所述主控制器包括一处理器、一人机接口、一串行输出接口和一串行输入接口，所述处理器连接所述人机接口、串行输出接口和串行输入接口；所述串行输出接口通过所述串行总线连接至第1盏LED隧道灯，所述串行输入接口通过串行总线连接至所述第n盏LED隧道灯。

在本发明一实施例中，所述人机接口是按键数码显示接口、网络通讯接口或无线通讯接口。

在本发明一实施例中，所述LED隧道灯包括一调光控制器、一LED驱动器、一LED光源、一串行输入接口和一串行输出接口；上一盏LED隧道灯的串行输出接口通过串行总线连接至所述串行总线输入接口，所述串行输出接口通过串行总线连接至下一盏LED隧道灯的串行输入接口；所述调光控制器连接所述串行输入接口、所述串行输出接口和所述LED驱动器，所述LED驱动器连接所述LED光源。

本发明的另一目的是提供一种隧道LED照明的调光装置的调光方法，是这样实现的：所述主控制器通过串行输出接口发送LED隧道灯地址码生成指令，所述主控制器的串行输入接口接收到地址码生成指令时，所有LED隧道灯的地址码编址完毕；所有LED隧道灯保存各自生成的地址码；所述主控制器可以通过串行输出接口发送任意一盏LED隧道灯的调光指令；当LED隧道灯接收到调光指令时，先判断指令中的地址是否与自身地址码相同，若相同，则执行该调光指令，若不同则转发该调光指令；所述LED隧道灯通过串行总线输出接口可以发出报警指令，所述主控制器的串行输入接口接收到报警指令时，可以通过主控制器人机接口输出报警指令。

所述的LED隧道灯地址码生成指令，其执行过程如下：

步骤1：设置地址码生成指令的初始地址为0；

步骤2：主控制器通过串行总线输出接口发送地址码生成指令；

步骤3：第1盏LED隧道灯的总线输入接口收到地址码生成指令；

步骤4：第1盏LED隧道灯的调光控制器提取指令地址；

步骤5：第1盏LED隧道灯调光控制器把提取的地址加1作为自身的地址编码，并保存；

步骤6：第1盏LED隧道灯调光控制器把自身地址编码放入地址码生成指令；

步骤7：第1盏LED隧道灯调光控制器把新的地址码生成指令通过串行总线输出接口发送出去；

步骤8：第2盏LED隧道灯的总线输入接口收到地址码生成指令；

重复步骤4-7，以此类推；

最后，主控制器的总线输入接口收到地址码生成指令后，该指令执行完毕。

所述的LED隧道灯的调光指令，其执行过程如下：

步骤11：设置调光指令中代表亮度大小的幅值和调光对象的地址编码；

步骤12：主控制器通过串行总线输出接口发送调光指令；

步骤13：第1盏LED隧道灯的总线输入接口收到调光指令，判断指令中的地址编码是否与自身相同；若相同，执行步骤14；若不同，不做任何改动，把调光指令转发给下一盏LED隧道灯，直到到达与调光指令中地址码相同的LED隧道灯为止，转入步骤14；

步骤14：LED隧道灯的调光控制器提取调光指令的调光幅值；

步骤15：LED隧道灯调光控制器执行调光动作；

步骤16：LED隧道灯调光控制器生成调光应答指令；

步骤17：LED隧道灯调光控制器把调光应答指令通过串行总线输出接口发送出去；

步骤18：下一盏LED隧道灯转发调光应答指令；

步骤19：主控制器的总线输入接口收到调光应答指令后，该指令执行完毕。

所述的LED隧道灯报警指令，其执行过程如下：

步骤21：需要报警的LED隧道灯生成报警指令；

步骤22：所述LED隧道灯通过串行总线输出接口发送报警指令；

步骤23：所述LED隧道灯的下一盏LED隧道灯转发报警指令；

步骤24：主控制器的总线输入接口收到报警指令；

步骤25：主控制器把报警指令通过人机接口发送。

本发明的主控制器（主节点）和各LED隧道灯（从节点）均具有独立的串行输入接口和串行输出接口，不同节点之间通讯串行总线分别把串行输出接口和串行输入接口顺序连接，形成闭环通讯回路。指令从主节点发出，经过各从节点后返回到主节点，确认一个指令执行完毕。主节点地址编码为0，第一盏LED隧道灯地址编码为1，以此类推，每个节点的地址编码仅与该节点在闭环回路中排列序号有关，而与LED隧道灯本身无关。每个节点都有一个唯一的地址编码，从而可以实现主节点向任何一个从节点发送调光指令。本发明的优点是，无需在LED隧道灯设计时考虑其地址编码，可以对任何单灯实现调光控制，从而大幅简化了LED隧道灯安装施工的现场操作，使调光变得更加灵活和自如。

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明一种隧道LED照明的调光装置组成图。

图2是本发明隧道双侧布灯连接图。

图3是本发明隧道单侧布灯连接图。

图4是本发明LED隧道灯组成结构图。

图5是本发明调光装置的调光方法流程图。

具体实施方式

本发明提供一基于闭环串行通讯架构的隧道LED照明的调光装置，包括主控制器、串行总线、若干LED隧道灯等组成，如图1所示。所述串行总线可以是RS485总线，也可以是CAN总线，本实施例以RS485为例。串行总线把所述主控制器的串行输出接口连接至第一盏LED隧道灯的串行输入接口，第一盏LED隧道灯的串行输出接口通过串行总线连接至第二盏LED隧道灯的串行输入接口，以此类推，直到连接至第n盏LED隧道灯的串行输入接口；然后，串行总线再把所述第n盏LED隧道灯的串行输出接口连接至主控制器的串行输入接口。主控制器通过串行总线与所有LED隧道灯构成闭环通讯回路。

闭环通讯回路的好处是，指令从某一节点发出后，会以某种形式沿着回路回到发送指令的节点，这样发送指令的节点就知道该指令是否得到执行，如果某一LED隧道灯节点出现通讯故障，主控制器无法回收到相关指令，则认为出现通讯故障，这时可以发出报警。

如果隧道采用双侧布灯，则各LED隧道灯的地址编码规则如图2所示，即主控制器的串行输出接口接其中一侧的第一盏LED隧道灯，然后接续下去，顺序连接，末尾一盏LED隧道灯拐入另一侧，再顺序连接，并最终接入主控制器的串行输入接口。

如果隧道采用单侧布灯，那么最后一盏LED隧道灯返回到主控制器的通讯总线通常就会比较长，为了避免增设通讯中继，可以采用如图3所示的方法，即LED隧道灯采用间隔接法，这样相邻地址编码的两盏LED隧道灯的距离增加一倍，但是却保证了最后一盏LED隧道灯至主控制器的距离大幅缩短了。

每一盏LED隧道灯的结构如图4所示，具有两个独立的串行总线接口，一个用作接收，一个用作发送。这样做的好处是，不需要在通讯过程中进行频繁的收发切换，提高了系统的实时性，也降低了编写程序的难度。LED调光的方法可以采用PWM（脉冲宽度调制）调光或通过DA转换进行模拟量调光。

本发明还提供了隧道LED照明的调光装置的调光方法。要实现对任一LED隧道灯进行单独的调光，必须首先确定该LED隧道灯的地址编码。确知地址编码之后主控制器才可以发送调光指令，当主控制器接收到调光响应指令时，一个调光指令才执行结束。在装置运行的过程中，若某一盏LED隧道灯发生非通讯性故障，则该LED隧道灯还要能发送报警指令，主控制器接收到报警指令后，可以把报警信息通过人机接口传给用户或管理者。因此，系统首先要由主控制器发出地址码生成指令，该指令执行完后，各LED隧道灯均生成了各自的地址编码，并保存在各自的存储器中。地址码生成指令执行一次后，如果系统中的LED隧道灯没有发生变化，如更换、增加或减少，就不需要再重复执行。而调光指令则是根据调光规则（如白天亮度100%，前夜亮度70%，后夜亮度40%）适时发送，周而复始。在任何时刻，LED隧道灯都可以发出报警指令给主控制器，隧道LED照明调光装置的调光方法如图5所示。

其中地址码生成指令的执行步骤如下：

步骤1：设置地址码生成指令的初始地址为0；

步骤2：主控制器通过串行总线输出接口发送地址码生成指令；

步骤3：第1盏LED隧道灯的总线输入接口收到地址码生成指令；

步骤4：第1盏LED隧道灯的调光控制器提取指令地址；

步骤5：第1盏LED隧道灯调光控制器把提取的地址加1作为自身的地址编码，并保存；

步骤6：第1盏LED隧道灯调光控制器把自身地址编码放入地址码生成指令；

步骤7：第1盏LED隧道灯调光控制器把新的地址码生成指令通过串行总线输出接口发送出去；

步骤8：第2盏LED隧道灯的总线输入接口收到地址码生成指令；

重复步骤4-7，以此类推；

最后，主控制器的总线输入接口收到地址码生成指令后，该指令执行完毕。

LED隧道灯的调光指令执行过程如下：

步骤11：设置调光指令中代表亮度大小的幅值和调光对象的地址编码；

步骤12：主控制器通过串行总线输出接口发送调光指令；

步骤13：第1盏LED隧道灯的总线输入接口收到调光指令，判断指令中的地址编码是否与自身相同。若相同，执行步骤14；若不同，不做任何改动，把调光指令转发给下一盏LED隧道灯，直到到达与调光指令中地址码相同的LED隧道灯为止，转入步骤14；

步骤14：LED隧道灯的调光控制器提取调光指令的调光幅值；

步骤15：LED隧道灯调光控制器执行调光动作；

步骤16：LED隧道灯调光控制器生成调光应答指令；

步骤17：LED隧道灯调光控制器把调光应答指令通过串行总线输出接口发送出去；

步骤18：下一盏LED隧道灯转发调光应答指令；

步骤19：主控制器的总线输入接口收到调光应答指令后，该指令执行完毕。

LED隧道灯报警指令执行过程如下：

步骤21：需要报警的LED隧道灯生成报警指令；

步骤22：所述LED隧道灯通过串行总线输出接口发送报警指令；

步骤23：所述LED隧道灯的下一盏LED隧道灯转发报警指令；

步骤24：主控制器的总线输入接口收到报警指令；

步骤25：主控制器把报警指令通过人机接口发送 。

不论是地址码生成指令，还是调光指令或报警指令，其指令格式如下表所示：

每一条指令均有固定的起始字节0XAA和结束字节0X55，校验字用于辨识通讯过程指令传输是否会产生错误，可以采用异或校验、累加和校验等。指令类型是指传送的指令是地址码生成指令，还是调光指令或报警指令，如用0x00代表地址码生成指令，0x01代表调光指令，0x02代表报警指令，等。数据长度和指令数据与指令类型相对应，如对于调光指令，指令类型为0x01，数据长度为3，指令数据包含3个字节，分别是2个字节的地址码和1个字节的亮度等级。对第300盏LED隧道灯的调光指令格式如下：0xAA，0x01,0x12,0x0C，0x46,0x01,0x55,0x55。其中第2、3字节十六进制数代表地址编码300，第5字节0x46代表调光亮度等级70（即70%），第6、7字节为前面5字节的累加和，作为校验字。

由此可知，各节点收到指令后，通过对指令类型的判定和指令数据的辨识就可以确定该执行怎样的动作。

上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种隧道LED照明的调光装置，其特征在于：包括一主控制器、n盏LED隧道灯、一串行总线；所述串行总线把所述主控制器连接至第一盏LED隧道灯，所述第一盏LED隧道灯通过串行总线连接至第二盏LED隧道灯，以此类推，直到连接至第n盏LED隧道灯；所述串行总线再把所述第n盏LED隧道灯连接至主控制器；所述主控制器通过所述串行总线与所述LED隧道灯构成闭环通讯回路，其中n为大于1的自然数；所述主控制器包括一处理器、一人机接口、一串行输出接口和一串行输入接口，所述处理器连接所述人机接口、串行输出接口和串行输入接口；所述串行输出接口通过所述串行总线连接至第1盏LED隧道灯，所述串行输入接口通过串行总线连接至所述第n盏LED隧道灯；所述人机接口是按键数码显示接口、网络通讯接口或无线通讯接口；所述LED隧道灯包括一调光控制器、一LED驱动器、一LED光源、一串行输入接口和一串行输出接口；上一盏LED隧道灯的串行输出接口通过串行总线连接至所述串行总线输入接口，所述串行输出接口通过串行总线连接至下一盏LED隧道灯的串行输入接口；所述调光控制器连接所述串行输入接口、所述串行输出接口和所述LED驱动器，所述LED驱动器连接所述LED光源；所述的LED隧道灯包括双侧布灯和单侧布灯，所述的双侧布灯是由所述主控制器的串行输出接口接其中一侧的第一盏LED隧道灯，然后接续下去，顺序连接，末尾一盏LED隧道灯拐入另一侧，再顺序连接，并最终接入主控制器的串行输入接口；所述单侧布灯，采用间隔接法。

2.一种如权利要求1所述的隧道LED照明的调光装置的调光方法，其特征在于：所述主控制器通过串行输出接口发送LED隧道灯地址码生成指令，所述主控制器的串行输入接口接收到地址码生成指令时，所有LED隧道灯的地址码编址完毕；所有LED隧道灯保存各自生成的地址码；所述主控制器可以通过串行输出接口发送任意一盏LED隧道灯的调光指令；当LED隧道灯接收到调光指令时，先判断指令中的地址是否与自身地址码相同，若相同，则执行该调光指令，若不同则转发该调光指令；所述LED隧道灯通过串行输出接口可以发出报警指令，所述主控制器的串行输入接口接收到报警指令时，可以通过主控制器人机接口输出报警指令；所述的LED隧道灯地址码生成指令，其执行过程如下：

步骤1：设置地址码生成指令的初始地址为0；

步骤2：主控制器通过串行输出接口发送地址码生成指令；

步骤3：第1盏LED隧道灯的串行输入接口收到地址码生成指令；

步骤4：第1盏LED隧道灯的调光控制器提取指令地址；

步骤5：第1盏LED隧道灯调光控制器把提取的地址加1作为自身的地址码，并保存；

步骤6：第1盏LED隧道灯调光控制器把自身地址码放入地址码生成指令；

步骤7：第1盏LED隧道灯调光控制器把新的地址码生成指令通过串行输出接口发送出去；

步骤8：第2盏LED隧道灯的串行输入接口收到地址码生成指令；

重复步骤4-7，以此类推；

最后，主控制器的串行输入接口收到地址码生成指令后，该指令执行完毕；

所述的LED隧道灯的调光指令，其执行过程如下：

步骤11：设置调光指令中代表亮度大小的幅值和调光对象的地址码；

步骤12：主控制器通过串行输出接口发送调光指令；

步骤13：第1盏LED隧道灯的串行输入接口收到调光指令，判断指令中的地址码是否与自身相同；若相同，执行步骤14；若不同，不做任何改动，把调光指令转发给下一盏LED隧道灯，直到到达与调光指令中地址码相同的LED隧道灯为止，转入步骤14；

步骤14：LED隧道灯的调光控制器提取调光指令的调光幅值；

步骤15：LED隧道灯调光控制器执行调光动作；

步骤16：LED隧道灯调光控制器生成调光应答指令；

步骤17：LED隧道灯调光控制器把调光应答指令通过串行输出接口发送出去；

步骤18：下一盏LED隧道灯转发调光应答指令；

步骤19：主控制器的串行输入接口收到调光应答指令后，该指令执行完毕。

3.一种如权利要求2所述的隧道LED照明的调光装置的调光方法，其特征在于：所述的LED隧道灯报警指令，其执行过程如下：

步骤21：需要报警的LED隧道灯生成报警指令；

步骤22：所述LED隧道灯通过串行输出接口发送报警指令；

步骤23：所述LED隧道灯的下一盏LED隧道灯转发报警指令；

步骤24：主控制器的串行输入接口收到报警指令；

步骤25：主控制器把报警指令通过人机接口发送出去。