CIN 计算智能和神经科学 1687 - 5273 1687 - 5265 Hindawi出版公司 10.1155 / 2014/429657 429657年 研究文章 无线智能控制系统的应用为HPS灯和led结合在公路隧道照明 赖 金星数码 1、2 邱 为骨干 1、2 陈 Jianxun 1 王 Yaqiong 2、3 风扇 Haobo 1、2 林 陈健 1 陕西省高速公路桥梁和隧道的主要实验室 长安大学 西安710064年 中国 chd.edu.cn 2 学校的高速公路 长安大学 西安710064年 中国 chd.edu.cn 3 电子与控制工程学院 长安大学 西安710064年 中国 chd.edu.cn 2014年 18 12 2014年 2014年 11 11 2014年 08年 12 2014年 21 12 2014年 2014年 版权©2014金星数码赖et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

因为在隧道环境的特殊性,合理的隧道照明系统应该开发,优化隧道环境。考虑高成本的传统隧道照明系统用高压钠(HPS)灯以及一个光源的作用在隧道入口,HPS灯和led节能照明系统在公路隧道照明相结合,可以充分利用这两种灯,。无线智能控制系统基于HPS灯和led照明和microcontrol单元(MCU) Si1000无线通信技术设计。和远程监控、无线通信和该系统的PWM调光模块的设计重点。强度检测器和车辆流检测器可以配置无线智能控制系统,收集信息到主控制单元,然后信息通过以太网发送到监控中心。控制策略是通过监控中心根据计算结果,灯和控制单元发送无线信号参数,调整亮度的每一段的隧道,实现无线智能控制结合在公路隧道照明。

 1。介绍

正如我们所知,公路隧道,封闭的顶部和两侧,是一种特殊的管状结构。在隧道环境,与外部环境相比,具有以下特点:高亮度对比,空气质量差,低能见度,等等。由于隧道环境的特殊性,应制定合理的隧道照明系统,可以给司机一个舒适的视觉环境在隧道 1]。分化从水下隧道、铁路隧道和公路隧道的驾驶条件更容易受到隧道照明的影响。隧道照明光必须考虑人眼的暗适应和调整,以确保驾驶交通到隧道的安全。并在此基础上,为了消除“黑洞效应”和“白洞效应”在公路隧道的入口和出口 2),一些改进措施已经有效地实现通过提高隧道照明系统,建立一个相对稳定和适度降低CIE适应曲线( 3)尽可能源电灯的亮度之间的隧道和外部自然光线的亮度。目前,HPS灯广泛应用于大多数的公路隧道照明。传统HPS灯有很长的工作寿命,高光效、色温高,和更舒适的环境 4];然而,实际使用寿命急剧缩短发光时输出变化不稳定的电压波动;此外,传统的公路隧道运行受到大的电能损失,频繁的更换灯,光污染,和强烈的光产生的热辐射。作为升级在21世纪光源,led,比较HPS灯或其他现有光源,提供更长的寿命(超过5倍长于HPS灯),发光效率高,可调,更可控,有效的照明形式( 5]。更重要的是,领导解决方案提供节能高达50%,变得越来越流行。发光二极管,然而,有两个重大的挑战在高价格和隧道照明系统的散热。效率高和良好的显色性( 6),导致解决方案可以缩短适应时间在白天开车时进入隧道。考虑效率,90%的电力使用的LED转化为光。合并后的照明系统( 7],它既有优点HPS灯和led。和隧道的运营成本可以有效地减少。合并后的照明系统满足隧道照明的要求通过调整不同的灯之间的距离和合理安排的光分布在隧道入口和过渡段 8]。照度的相关性不同色温的光源显色指数是主要问题是解决隧道照明系统相结合。因此,隧道照明实验室,如图 1,由我们组已经建立 7),用于探索不同的光源之间的相互作用。因此,在实验室,我们对测试结果表明,与单独的发光二极管和单独的HPS灯与测试值在同一平面发光二极管和HPS灯同时打开时,测试结果如图 2。两者之间的关系,而不考虑测量误差的影响,可以认为是线性可加性属性。

照明实验室( 7]。

光源照度与测试部分。

在过去的几十年里,随着工业自动化的快速发展,公路隧道的运营管理,在公路隧道照明控制技术一直在不断进步。公路隧道照明控制方式先后经历了两个阶段,即手动控制模式和自动控制模式( 9]。目前,隧道照明控制系统的新时期来临之即,在集成的方向发展,网络,和智慧。智能控制模式是什么?组成的智能控制技术、人工智能、专家系统、模糊控制算法,神经网络,遗传算法,等等,应用智能控制系统。根据公路隧道CIE适应曲线,智能控制模式可以动态地调整亮度是安全的,舒适、高效和经济的。更具体地说,照明调整根据要求(标准要求)可以成真 10]。为此,无线智能控制系统基于HPS灯和led照明和microcontrol单元(MCU) Si1000无线通信技术。

 2。无线智能控制系统 2.1。系统架构

该系统主要由五个部分( 11),隧道照明网络,亮度检测、车辆流量检测、现场监测单元(前苏联),集中监督中心(CSC),如图 3。和隧道照明网络由HPS灯和led,通过无线协议控制;此外,它的主要成分是隧道照明智能控制系统。亮度检测的目的是检测隧道亮度和照度和传输实时监控数据前苏联。因此,在隧道亮度可以由前苏联。车辆流量检测的目的是检测车辆实时流,同时,传输监测数据前苏联,然后调整相应的隧道灯的亮度由前苏联。同时,CSC的目的是收集的参数亮度和照度,灯具的工作条件,在隧道和车辆流。整个照明系统是监控,它有两个主要组件:监控计算机和软件。前苏联,调整控制灯隧道的基础上优越的主部件的参数,实时传输执行监视命令和数据通过无线信号主机技术。

隧道照明智能控制系统的网络结构。

 2.2。系统的工作原理

无线智能控制系统的工作原理为HPS灯和led照明在公路隧道照明的发光强度在隧道是至关重要的点强度探测到探测器安装在隧道内外。以及汽车流量、车辆速度和其他信息检测到车辆流探测器安装在隧道照明过渡段。规定的计算系统,收集这些信息,提出了相应的控制策略。所有段隧道的照明情况不断调节通过调节灯的发光强度。平稳过渡照明使眼睛适应尽快发光强度的变化,消除了影响亮和暗的差距在视觉盲区 12];更重要的是,照明和节能效率的提高。首先,初始化和校准系统安装后,需要设置。在这个阶段,实时信息,包括隧道访问区域亮度( 13)、车辆速度、车辆流动,等等,将存储在数据存储单元,通过隧道监测设备。同时,关系数据,包括外部照明探测器,洞穴照明探测器,人工照度探测器,和驱动电流的灯,也将保存在数据存储单元校准的过程中。当系统进入工作状态,隧道的监控数据访问区域亮度由主控制器系统查询。同时,车辆的速度和车辆的信息流动在交通视频检测仪器阅读现场总线根据预设检测间隔。然后,预设数据计算和查询的主控制器,并提出了相应的控制策略根据检测数据。之后,数据传输设备传输control-trend隧道信号无线光网络一步一步。每个隧道灯根据标识解决方案。地址确认时,控制器将正确的恒流电源参数,可以调整led的亮度。然后,亮度在隧道的监控数据由主控制器系统查询使用现场总线,与目标亮度和监管不断 14]。当差异范围达到默认值,监管将被终止;否则,control-trend信号将继续传播到接收单位。

 3所示。测控硬件系统的设计

盏灯控制器在无线恒流调光控制系统的核心部分是测控系统。Sil000设备是一个完全集成的混合信号系统级芯片单片机,如图 4,这是在主控制芯片控制块。此外,它集成了超低功耗C805IF930单片机和高透光率Si44320射频芯片,这是营销 硅实验室公司。( 15]。和控制器是由四个模块,电源管理模块、信号采集模块、RF无线模块,恒流驱动程序。

单片机Si1000控制单元。

控制单元

Si1000的内部结构

信号采集模块主要由两部分组成,电压采集和当前的收购。电压信号和电流信号在电路获得监控和存储每个灯的状态(关闭,或故障)和计算设备的参数。无线Sil000单片机的主要部分是射频无线模块,和它的主要功能包括AD转换、PWM输出,数据通信,控制器开关。具体来说,数据通信也可以分成两个部分,接收主机的命令和上传自己的数据。当收到主机的命令,PWM输出和数据通信,分别执行PWM调光命令和开关控制。此外,现有的模块使用恒流驱动程序,可以根据需要选择相应的恒流驱动的灯。

无线恒流调光控制系统( 16)可以根据其功能主要分为5个模块,串口通信模块、信号采集模块、无线通信模块、PWM调光控制模块(图 5),开关控制模块。具体来说,无线通信模块由无线数据发送和接收。采用两层网络控制框架的调光控制系统。许多沿隧道轴安装调光控制器和控制器通过光纤冗余以太网互联,这是连接到照明控制工作站管理中心。调光控制器有四个通道RS485总线,分别连接到该地区基本灯具,可以实现动态隧道灯具的调光控制和检验。与此同时,它可以避免斑马的效果由于单方面关了灯的操作( 17]。主从协议使用现场总线通信设备和调光控制器是主站,灯是奴隶。此外,该系统可以被保留与综合监控系统的接口。调光控制系统结构如图 6。

PWM调光控制模块。

基于PWM调光控制系统结构。

 4所示。系统软件设计

考虑到中央控制器失败,这将直接导致所有隧道灯的控制。中使用的模块化结构设计的软件系统。凯尔通过51系列单片机C51开发由凯尔的软件公司。发展计划根据不同的功能和emulator-based调试器结合在一起用凯尔C Uvision集成开发环境,提供一个强大的集成开发调试工具和丰富的资源。Uvision是一个新的强大的集成开发环境(IDE)对于Windows,这能完成整个开发过程的编辑、编译、连接、调试和仿真。首先,IDE本身或使用其他编辑器来编辑C编程和编译汇编。然后,标准的十六进制文件生成,可以处理源代码的调试。最后,调试源代码都写在chip-FLASH通过模拟器。主程序流程如图 7。

主程序流程图。

 5。应用效果评价

实际的公路隧道运营期间,隧道外的亮度变化不稳定地与天气的变化、季节,和时间,导致大量电能损失在隧道。然而,基于无线智能控制系统的照明和microcontrol单元(MCU) Si1000无线通信技术可以动态地调整亮度是安全的,舒适、高效和经济的。

根据智能控制系统的实际应用效果在一个隧道,云南省,中国,亮度是柔软在隧道入口段之间的交互HPS灯(白光)和发光二级管(黄灯),和在隧道出口的可见性以及隧道的路面照度已经满足设计要求。此外,考虑到隧道的运营成本,可以看出,这种智能控制系统可以在很大程度上减少不必要的费用。的相对比值曲线照明调节电力和能源消费中最为图所示 8提出了节能效益的隧道智能照明控制系统。曲线以上的面积意味着浪费电能,这是近3倍的实际能源消耗。甚至四级light-adjusting led的能源消费模式是大约2倍的实际能源消耗。因此,采用智能照明控制系统,照明调整根据要求(标准要求)可以成真。

相对比曲线照明的照明调节电力和能源消费中最为加强部分。

 6。结论

摘要HPS的无线智能控制系统在公路隧道灯和led照明提出了解决照明成本和能耗高的问题。HPS灯和led照明系统照明加强的部分,这可以减少冷和热光照明的作用在隧道入口部分,满足隧道照明的要求。与此同时,发光二极管安装在隧道的基本部分可以有效地降低操作成本。

无线智能控制系统已成功实现首次在中国,可以达到节能的目的和智能控制的目的。智能控制系统,采用远程监控技术、无线通信技术和PWM调光模块,可以很容易地完成信息和命令传输,它主要由隧道照明网络,亮度检测、车辆流量检测、现场监测单元(前苏联),集中监督中心(CSC)。施工强度和施工成本减少,,此外,照明系统的维护方便。另一方面,加上无线传输技术的应用,没有信号行灯之间的存在,系统的灵活性和可扩展性较好,和控制方法和结构配置非常灵活。

总之,假设目前的智能控制技术的发展动态,进一步研究无线智能控制系统的应用为HPS灯和led照明在公路隧道进行相结合,和智能控制系统的作用机理提出了本研究可以作为参考高效设计和隧道照明系统的节能。

 利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

 确认

这部分工作是由中国国家自然科学基金(批准号51008029)。作者也欣然承认评论者的有益的意见和建议,改进的演示。

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