CN108650734A - 一种新型节能隧道照明控制系统及设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新型节能隧道照明控制系统及设计方法，通过智能节能控制模块、交通信息检测器、RS485总线通信模块和若干照明单元组成的智能隧道照明控制系统具有安装简单、不会对公路造成损坏的优点，智能控制照明LED灯的变亮和变暗能有效减少能源浪费和杜绝安全隐患，并且可根据实际需要进行在线功能设定，操作简单，本发明提供的新型节能隧道照明控制系统设计方法能够达到语气对灯光亮暗的控制、灯光亮度变化的功能和节能减排的目的，符合现代交通智能化的特点，为城市用电减轻负担，具有广阔的应用前景。

Description

一种新型节能隧道照明控制系统及设计方法

技术领域

本发明涉及隧道照明领域，尤其涉及一种新型节能隧道照明控制系统及设计方法。

背景技术

在能源危机，全球生态环境日益恶劣的情况下，节约和合理利用有效资源的形式势不可挡。国家《节能减排“十二五”规划》中指出，突出抓好工业、建筑、交通、公共机构等重点领域和重点用能单位节能，大幅提高能源利用效率，有效减少主要污染物排放总量。在建设资源节约型、环境友好型社会的背景下，高速公路是作为重要的交通和公共服务设施应当做好相应的节能减排工作。在我国多山地区，隧道建设是实现高速公路的重要方法和手段，有效的隧道照明是保证行车安全的关键。目前，我国高速公路隧道照明系统普遍采用常明灯模式，这种照明方式电能消耗大，如陕西西(安)汉(中)高速公路隧道全年照明电费接近2300万元，隧道用电成为高速公路运营管理部门的一笔沉重的负担。同时也对“国家节能减排战略”的实施带来不积极的影响。

传统的隧道照明不可以调节光照亮度，在当今呼应“节能减排，绿色能源”的主题下，隧道照明基本采用常明灯的形式导致照明能耗高的问题难以得到解决；隧道照明光线亮度不足，容易诱发驾驶员视觉疲劳，带来了严重的交通安全隐患；隧道照明光线强度过度，则带来极大的用电浪费，同时对于保护环境带来不良的影响；智能已经成为现阶段的一种趋势，智能隧道节能照明系统可以智能地检测前方车辆是否到来并决定照明系统的开启与关闭，而且保证了车辆在隧道内行驶时处于一个既安全又省电的环境下，对于现代交通建设和节能减排效果都有积极的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能隧道节能照明控制系统及设计方法，针对解决现阶段高速公路隧道照明存在隧道照明光线亮度不足，容易诱发驾驶员视觉疲劳，带来严重的交通安全隐患及存在隧道照明光线强度过度，带来极大的用电浪费的问题，在保证隧道通信安全的基础上，降低照明能源的消耗，起到节能减排的作用。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：

一种新型节能隧道照明控制系统，该控制系统包括智能节能控制模块、交通信息检测器、RS485总线通信模块和若干照明单元，所述交通信息检测器用于检测是否有车辆通过隧道，与智能节能控制模块的信号输入端电性连接，所述RS485总线通信模块用于接收智能节能控制模块输出的信号并将信号传递到照明单元，实现多点数据传输和联网功能，所述若干照明单元用于调节隧道内LED灯组的亮度，照明单元之间并联设置且电性连接RS485总线通信模块的信号输出端，所述智能节能控制模块用于接收车辆通行情况、隧道内实时光照强度等情况进行运算和处理，产生相应的信号控制隧道灯组的开光和亮度调节，其信号输出端与RS485总线通信模块电性连接。

一种新型节能隧道照明控制系统，所述的智能节能控制模块包括微处理器、稳压模块、反相器、达林顿晶体管驱动模块和继电器模块，所述稳压模块的输入端连接直流电源，第一输出端电性连接微处理器，第二输出端电性连接反相器和达林顿晶体管驱动模块，所述反相器通过达林顿晶体管驱动模块电性连接微处理器，所述继电器模块的输入端电性连接反相器，所述微处理器的信号输出端输出RS485总线通信模块通信信号。

一种新型节能隧道照明控制系统，所述的照明单元包括控制器、运算器、LED灯具控制器和LED隧道灯组，所述LED灯具控制器通过运算器和控制器输入端电性连接RS485总线通信模块的输出端，LED灯具控制器输出端电性连接LED隧道灯组，所述的照明单元还包括车辆通行检测组件和灯光实时亮度检测组件。

一种新型节能隧道照明控制系统，所述的照明单元通过控制器对采集到的隧道内光照强度和车辆通行情况进行运算和处理，产生相应的信号调整LED隧道灯组的亮度，并与其他的控制器进行信息交换，后级控制器依据前级控制器发送的输入控制编码信息指令及其实时车辆通行情况和实时光照强度进行运算和处理，对隧道路段的照明选择性开关和亮度自动调节。

一种新型节能隧道照明控制系统，所述的输入控制编码信息是由隧道入口处照明单元连接的自然光照度传感器和自然光检测量化单元生成的，照明单元对于隧道路段信息的识别是依据前级控制器发送的输出控制编码信息确定的，对于出口段及出口过渡段利用强制跳线进行控制。

一种新型节能隧道照明控制系统，所述的照明单元中控制器依据隧道的长短进行布置，较长隧道根据行车速度和隧道长度进行控制器的布置实现分段照明。

一种新型节能隧道照明控制系统，所述的照明单元在较长隧道分段布置时，过大灰尘易造成车辆通行检测组件检测异常时利用从控制器接收前级主控制器发送的输出编码信息作为解码信号直接进行控制。

本发明还提供了一种新型节能隧道照明控制系统的设计方法，包括以下具体步骤：

S1、通过隧道入口段的照明单元上的自然光照亮度传感器采集隧道外的亮度信息，根据《公路隧道通风照明设计规范》的要求利用隧道入口段的主控制器进行运算处理，得出各路段照明亮度值；

S2、根据LED灯的亮度值与通过它的电流成正比的原理，采用改变占空比控制LED灯的平均电流，从而控制LED灯的亮度，然后根据隧道的各路段照明的亮度值，从而实现控制隧道内的照明亮度；

S3、当车辆通过隧道时，隧道照明单元采集到的车辆通行情况和实时灯光亮度的信息生成相应的指令编码经RS485总线通信模块反馈到智能节能控制模块，由智能节能模块做出相应的处理结合光照数据库调节隧道内照明亮度。

一种新型节能隧道照明控制系统的设计方法，步骤S2中所述的占空比的确定方法为：隧道外亮度最大值为6000cd/㎡，折减系数k为0.045，考虑一定的余量，隧道内最大亮度值取300cd/㎡，设最大亮度值对应的占空比取值为0，隧道内最小亮度值取0cd/㎡，设对应的占空比取值为1，用L表示亮度值；d表示占空比，通过理论计算可得出照明控制函数：

L＝300-300d

根据上式,得出占空比的函数：

d＝1-0.0033L

上式中每输入一个亮度值就可以得到一个占空比，由此可以确定占空比参数。

本发明的有益效果是：

1、本发明能够实现隧道控制系统的安装不会对公路造成损坏，智能控制照明LED灯的变亮和变暗能有效减少能源浪费和杜绝安全隐患，大大避免了因为没有行车经过时白白浪费电力资源的情况，对节能控制是一个极大的创新提高；

2、通过在线控制系统功能的设定，可以方便灵活地根据实际需求进行隧道照明控制系统的操作；

3、与传统的隧道照明固定不变的照明模式想比，通过检测车的来否来控制照明系统的变亮和变暗和检测实时的光照环境作出一个最适宜光照的调节，对于隧道的节能照明具有技术创新；

4、采用LED隧道照明灯，长寿命、高显色性、高光效，满足驾乘人员视觉舒适性；

5、根据隧道外的光亮检测元件和占空比控制LED灯的强弱，能够节约成本，实现智能调控。

附图说明

图1为本发明实施例自适应隧道节能照明控制系统结构示意图。

图2为本发明实施例新型节能隧道照明控制系统的主流程图。

图3为本发明实施例新型节能隧道照明控制器单元图。

图4为本发明实施例新型节能隧道照明控制模块结构框图。

图5为本发明实施例照明单元系统控制结构图。

图6为本发明实施例主/从控制器结构图。

图7为本发明实施例照明控制函数曲线图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

本发明公开了一种新型节能隧道照明控制系统，该控制系统如图1所示包括智能节能控制模块图1(10)、交通信息检测器图1(20)、RS485总线通信模块图1(30)和若干照明单元图1(40)，所述交通信息检测器图1(20)用于检测是否有车辆通过隧道，与智能节能控制模块图1(10)的信号输入端电性连接，所述RS485总线通信模块图1(30)用于接收智能节能控制模块图1(10)输出的信号并将信号传递到照明单元图1(40)，实现多点数据传输和联网功能，所述若干照明单元图1(40)用于调节隧道内LED灯组的亮度，照明单元之间并联设置且电性连接RS485总线通信模块图1(30)的信号输出端，所述智能节能控制模块图1(10)用于接收车辆通行情况、隧道内实时光照强度等情况进行运算和处理，产生相应的信号控制隧道灯组的开光和亮度调节，其信号输出端与RS485总线通信模块图1(30)电性连接。

本实施例中所述的智能节能控制模块如图4所示，包括微处理器图4(11)、稳压模块图4(12)、反相器图4(14)、达林顿晶体管驱动模块图4(13)和继电器模块图4(15)，所述稳压模块图4(12)的输入端连接直流电源，第一输出端电性连接微处理器图4(11)，第二输出端电性连接反相器图4(14)和达林顿晶体管驱动模块图4(13)，所述反相器图4(14)通过达林顿晶体管驱动模块图4(13)电性连接微处理器图4(11)，所述继电器模块图4(15)的输入端电性连接反相器图4(14)。

其中微处理器是基于核心单元STC89C52进行设计，微处理器的信号输出端可以输出RS485通信信号，通过控制照明单元检测器实时监测当前隧道内实时的光照强度、隧道内车辆的通行情况等进行运算和处理，结合预设的光照数据库，产生相应的PWM信号调整所控制的LED隧道灯组的亮度。

如图3和图5所示：本实施例中所述的照明单元包括控制器、运算器、LED灯具控制器和LED隧道灯组，所述LED灯具控制器通过运算器和控制器输入端电性连接RS485总线通信模块的输出端，LED灯具控制器输出端电性连接LED隧道灯组，所述的照明单元还包括车辆通行检测组件和灯光实时亮度检测组件。

其中照明单元通过控制器对采集到的隧道内光照强度和车辆通行情况进行运算和处理，产生相应的信号调整LED隧道灯组的亮度，并与其他的控制器进行信息交换，后级控制器依据前级控制器发送的输入控制编码信息指令及其实时车辆通行情况和实时光照强度进行运算和处理，对隧道路段的照明选择性开关和亮度自动调节。

所述的输入控制编码信息是由隧道入口处照明单元连接的自然光照度传感器和自然光检测量化单元生成的，照明单元对于隧道路段信息的识别是依据前级控制器发送的输出控制编码信息确定的，对于出口段及出口过渡段利用强制跳线进行控制。

所述的照明单元中控制器依据隧道的长短进行布置，较长隧道根据行车速度和隧道长度进行控制器的布置实现分段照明。

如图6所示：照明单元在较长隧道分段布置时，过大灰尘易造成车辆通行检测组件检测异常时利用从控制器接收前级主控制器发送的输出编码信息作为解码信号直接进行控制。

本发明提供的一种新型节能隧道照明控制系统的设计方法，包括以下具体步骤：

S1、当车辆通过隧道时，根据隧道入口段的自然光照度传感器、自然光检测量化单元采集隧道外的亮度信息，根据《公路隧道通风照明设计规范》的要求进行运算处理，得到各路段照明亮度值；

S2、中间隧道段的照明亮度受车流量和车速的影响较大，为了实现中间隧道的照明亮度，根据查表法获得中间路段照明亮度值，再根据占空比函数(d＝1-0.0033L)得到相应的占空比参数，照明控制函数如图7所示，将此参数值设定给智能节能控制模块，产生相应的PWM信号调整所控制的LED隧道灯组的亮度；

S3、当交通信息检测器检测到有车辆通过隧道时，隧道照明单元采集到的车辆通行情况和实时灯光亮度的信息生成相应的指令编码经RS485总线通信模块反馈到智能节能控制模块，由智能节能模块做出相应的处理结合光照数据库调节隧道内照明亮度。

本发明提供的新型节能隧道照明控制系统的操作原理如下：

如图2所示：当系统启用时，系统自检是否有故障发生，若有，处理故障，若没有进入下一步操作，将智能节能控制模块系统初始化，利用交通信息检测器检测是否有车通过隧道，数据采集估计车速、云推理估计车辆位置，将这些信息通过RS485总线通信模块跟照明单元进行传输，此时隧道入口处的照明单元中的自然光亮度采集器采集隧道外的光照亮度信息，将此信息经过照明单元的控制器、处理器处理得到各隧道的照明亮度值，开启区域照明，此时智能节能控制模块输出端给RS总线通信模块输出信号控制照明单元实时监测当前隧道内的车辆通行情况和实时亮度进行照明的开启和亮度的调节，当车速≥100m/s时并且没有后车通过时，关闭当前区域照明，点亮下一照明单元的区域照明，当车速小于100m/s时，当前区域照明保持，并结合实时检测的光照亮度将信息传递给智能节能模块结合预设的光照数据库调节当前照明单元的照明亮度，当车辆通过隧道出口段或出口过渡段时，照明单元的输出信号直接进入强制跳线结束照明，当照明单元采集到隧道内车流量过大时智能节能控制模块输出信号照明单元全部点亮。

对本发明提供的新型节能隧道照明控制系统按照实施例进行试验，经测试，新型节能隧道照明控制系统亮暗控制功能和系统LED系统功能测试全部正常，通过模拟的试验，实现车近灯亮，车过灯暗，而且在LED开启时调节出最适宜的行车光照环境，并且在试验过程中通过对照明系统和节能系统方面通过试验对比得到的试验数据如表1和表2所示：

表1以3条1.2米36W白炽灯和3个15W照明控制系统做对比

表2

照明控制系统(占空比为70％)得到的数据

通过以上的数据分析，可以得出：

(1)新型节能隧道照明控制系统比普通LED灯节能约36％，减少二氧化碳排放约40％；

(2)新型节能隧道照明控制系统比传统白炽灯节能约75％，减少二氧化碳排放约74％；

(3)新型节能隧道照明控制系统既能满足实际行车时所需要的光照环境，又能做到高效节能，在降低诱发交通安全事故的可能性同时又具有客观的经济效益，可以向现阶段隧道照明现代技术提供参考。

Claims (9)

1.一种新型节能隧道照明控制系统，其特征在于，该控制系统包括智能节能控制模块、交通信息检测器、RS485总线通信模块和若干照明单元，所述交通信息检测器用于检测是否有车辆通过隧道，与智能节能控制模块的信号输入端电性连接，所述RS485总线通信模块用于接收智能节能控制模块输出的信号并将信号传递到照明单元，实现多点数据传输和联网功能，所述若干照明单元用于调节隧道内LED灯组的亮度，照明单元之间并联设置且电性连接RS485总线通信模块的信号输出端，所述智能节能控制模块用于接收车辆通行情况、隧道内实时光照强度等情况进行运算和处理，产生相应的信号控制隧道灯组的开光和亮度调节，其信号输出端与RS485总线通信模块电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种新型节能隧道照明控制系统，其特征在于，所述的智能节能控制模块包括微处理器、稳压模块、反相器、达林顿晶体管驱动模块和继电器模块，所述稳压模块的输入端连接直流电源，第一输出端电性连接微处理器，第二输出端电性连接反相器和达林顿晶体管驱动模块，所述反相器通过达林顿晶体管驱动模块电性连接微处理器，所述继电器模块的输入端电性连接反相器，所述微处理器的信号输出端输出RS485总线通信模块通信信号。

3.根据权利要求1所述的一种新型节能隧道照明控制系统，其特征在于，所述的照明单元包括控制器、运算器、LED灯具控制器和LED隧道灯组，所述LED灯具控制器通过运算器和控制器输入端电性连接RS485总线通信模块的输出端，LED灯具控制器输出端电性连接LED隧道灯组，所述的照明单元还包括车辆通行检测组件和灯光实时亮度检测组件。

4.根据权利要求3所述的一种新型节能隧道照明控制系统，其特征在于，所述的照明单元通过控制器对采集到的隧道内光照强度和车辆通行情况进行运算和处理，产生相应的信号调整LED隧道灯组的亮度，并与其他的控制器进行信息交换，后级控制器依据前级控制器发送的输入控制编码信息指令及其实时车辆通行情况和实时光照强度进行运算和处理，对隧道路段的照明选择性开关和亮度自动调节。

5.根据权利要求4所述的一种新型节能隧道照明控制系统，其特征在于，所述的输入控制编码信息是由隧道入口处照明单元连接的自然光照度传感器和自然光检测量化单元生成的，照明单元对于隧道路段信息的识别是依据前级控制器发送的输出控制编码信息确定的，对于出口段及出口过渡段利用强制跳线进行控制。

6.根据权利要求3所述的一种新型节能隧道照明控制系统，其特征在于，所述的照明单元中控制器依据隧道的长短进行布置，较长隧道根据行车速度和隧道长度进行控制器的布置实现分段照明。

7.根据权利要求3所述的一种新型节能隧道照明控制系统，其特征在于，所述的照明单元在较长隧道分段布置时，过大灰尘易造成车辆通行检测组件检测异常时利用从控制器接收前级主控制器发送的输出编码信息作为解码信号直接进行控制。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种新型节能隧道照明控制系统的设计方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

S1、通过隧道入口段的照明单元上的自然光照亮度传感器采集隧道外的亮度信息，根据《公路隧道通风照明设计规范》的要求利用隧道入口段的主控制器进行运算处理，得出各路段照明亮度值；

S2、根据LED灯的亮度值与通过它的电流成正比的原理，采用改变占空比控制LED灯的平均电流，从而控制LED灯的亮度，然后根据隧道的各路段照明的亮度值，从而实现控制隧道内的照明亮度；

S3、当车辆通过隧道时，隧道照明单元采集到的车辆通行情况和实时灯光亮度的信息生成相应的指令编码经RS485总线通信模块反馈到智能节能控制模块，由智能节能模块做出相应的处理结合光照数据库调节隧道内照明亮度。

9.根据权利要求8所述的一种新型节能隧道照明控制系统的设计方法，其特征在于，步骤S2中所述的占空比的确定方法为：隧道外亮度最大值为6000cd/㎡，折减系数k为0.045，考虑一定的余量，隧道内最大亮度值取300cd/㎡，设最大亮度值对应的占空比取值为0，隧道内最小亮度值取0cd/㎡，设对应的占空比取值为1，用L表示亮度值；d表示占空比，通过理论计算可得出照明控制函数：

L＝300-300d

根据上式,得出占空比的函数：

d＝1-0.0033L

上式中每输入一个亮度值就可以得到一个占空比，由此可以确定占空比参数。