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毕业设计(设计)
英文文献翻译
Title: Application of Wireless Intelligent Control System for HPS Lamps and LEDs Combined Illumination in Road Tunnel
无线智能控制系统在HPS灯和LED组合照明在公路隧道中的应用
Jinxing Lai,1,2 Junling Qiu,1,2 Jianxun Chen,1 YaqiongWang,2,3 and Haobo Fan1,2
1Shaanxi Provincial Major Laboratory for Highway Bridge amp; Tunnel, Changrsquo;an University,
Xirsquo;an 710064, China
2School of Highway, Changrsquo;an University, Xirsquo;an 710064, China
3School of Electronics and Control Engineering, Changrsquo;an University,
Xirsquo;an 710064, China
因为隧道中环境因素的特殊性，应开发合理的隧道照明系统，以优化隧道环境。考虑到采用高压钠(HPS)的传统隧道照明系统的高成本，以及单光源在隧道入口的效果，提出了在道路隧道中采用HPS灯和LEDs照明系统组合的节能照明系统，可以充分利用这两种灯，设计了基于HPS灯和LED组合照明和微控制器单元（MCU）Si1000无线通信技术的无线智能控制系统。重点设计了本系统的远程监控，无线通信和PWM调光模块。强度检测器和车辆流量检测器可以被配置在无线智能控制系统中，用于将信息收集到主控制单元，然后通过以太网将信息发送到监控中心。监测中心根据计算结果，得到控制策略，控制单元将参数无线发送给灯具，以调整隧道各段的亮度，实现道路隧道组合照明的无线智能控制。
1.引言
正如我们所知，公路隧道，顶部和两边都是封闭的，是一种特殊的管状结构。隧道内的环境与外界环境相比，有以下特点:亮度高，空气质量差，能见度低，等等。由于隧道中环境的特殊性，应开发出合理的隧道照明系统，从而使司机在隧道[1]中拥有舒适的视觉环境。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灯在公路隧道照明中广泛应用。传统HPS灯有很长的工作寿命、高光效、高色温、更舒适环境[4];然而,实际使用寿命将大幅缩短发光时输出变化不稳定的电压波动;此外,公路隧道的常规操作限制电能量损失大,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,有效形式的照明[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],使解决方案可以缩短适应时间在白天开车时进入隧道。考虑到效率,90%的电力使用的LED转化为光。摘要提出了具有HPS灯和led灯的综合照明系统[7]。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光分布的隧道入口和过渡段[8]。的相互关系,不同颜色的光源照度温度和显色指数是主要问题解决隧道照明系统相结合。因此,隧道照明实验室,如图1所示,由我们组[7],建立了用于探索不同的光源之间的相互作用。因此，在实验室中，我们已经证明，当led和HPS灯同时打开时，单独的led和分开的HPS灯的测试结果与测试值是一致的，测试结果如图2所示。两者之间的关系，不考虑测量误差的影响，可以看作是线性加性性质。
在过去的几十年里，随着工业自动化的快速发展和公路隧道的运营管理，高速隧道的照明控制技术一直在不断进步。公路隧道照明控制模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一段新时期即将来临，它正朝着一体化、网络化和智能化的方向发展。什么是智能控制模式?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，提出了基于HPS灯和led的无线智能控制系统，结合照明和微控制单元(MCU)Si1000无线通信技术。
图1：照明实验室[7]
图2：光源与测试部分的照度
纵坐标：照度 横坐标：测试部分
只打开LED
只打开HPS灯
同时打开LED和HPS灯
单独的LED和单独的HPS灯的总和
2.无线智能控制系统
2.1.系统架构.
这是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所示。隧道照明网络由HPS灯和led灯组成，通过无线协议控制，而且是隧道照明智能控制系统的主要组成部分。亮度检测是为了探测隧道的亮度和亮度，实时传输监测数据到FSU。因此，隧道的亮度可以由FSU控制。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。整个照明系统被监控，有两个主要的组成部分:在隧道中监控电脑和监控灯的情况，根据上级单位的参数，实时传输执行监控指令和数据，通过无线信号技术来承载计算机。
2.2.系统工作原理
摘要通过在隧道内安装的强度检测器检测出隧道中照明关键点的照明强度，为HPS灯和led的无线智能控制系统的工作原理进行了综合照明。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。在此基础上，提出了相应的控制策略。通过调节光源的发光强度，不断地调节隧道中各个部分的照明情况。平稳过渡照明使眼睛适应尽快发光强度的变化,消除了影响视觉盲区的光明和黑暗的差距[12];更重要的是,照明和节能效率的提高。首先，初始化和校准需要设置一个安装。在此阶段,实时信息,包括隧道访问区域亮度[13]、车辆速度、车辆流量,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,灯和驱动电流,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时，主控制器系统对隧道通道亮度的监测数据进行查询。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，利用主控制器对预置数据进行计算和查询，并根据检测数据提出相应的控制策略。一种数据传输设备通过步向无线隧道光网传输控制趋势信号。每个隧道灯根据标识解决方案。正确地址确认时,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,控制的趋势信号将继续传播到接收单位的力量。
图3：隧道照明智能控制系统网络结构
3.TT＆C硬件系统设计
无线恒流拨号控制系统中的单灯控制器是TTamp;C系统的核心部分。Sil000设备是一个完全集成的混合信号系统-芯片MCU，如图4所示，它是主控制块中的控制芯片。此外，它集成了超低功率的C805IF930 MCU和高透光率的Si44320 RF芯片，该芯片由硅谷公司[15]销售。控制器由四个模块组成，电源管理模块，信号采集模块，射频无线模块，以及恒流驱动。
(a) 控制单位
(b) Si1000的内部结构
图4：MCU Si1000 控制单元
信号采集模块主要由两部分组成:电压采集和电流采集。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 MCU是射频无线模块的主要组成部分，其主要功能包括广告转换、PWM输出、数据通信和控制器开关。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，现有的模块由恒流驱动程序使用，根据灯具的需要，可以选择相应的恒流驱动。
无线恒流调光控制系统[16]可以主要分为5个模块根据其功能、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)和开关控制模块。具体来说,无线通信模块由无线数据发送和接收。在调光控制系统中采用了双层网络控制框架。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。采用四通道RS485总线的调光控制器，分别与该区域的基本灯相连接，可以实现隧道内的灯的动态调暗控制和检测。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，该系统可以通过重新提供接口连接到综合监控系统。模糊控制系统结构如图6所示
图5：PWM调光控制模块
图6：基于PWM的调光控制系统结构
4.系统软件设计
考虑到中央控制器失灵，这将直接导致所有的隧道灯失去控制。模块化结构在软件系统的设计中得到应用。KEIL C51是由KEIL生产的51系列MCU开发的，它是由KEIL在各种功能和基于仿真器的调试器中结合使用的，它使用KEIL C Uvision集成开发环境，提供了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本身或其他编辑器用于编辑C编程并编译汇编程序。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，调试源代码是通过模拟器编写的。主程序流程如图7所示。
图7：主程序流程图
- 应用效果评估
在实际的公路隧道运行期间，隧道外的亮度随天气、季节和时间的变化而变化，导致隧道中出现大量电能损失。然而,基于无线智能控制系统的照明和微单元(MCU)Si100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,互动HPS灯的亮度是如此(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，这种智能控制系统在很大程度上可以减少不必要的开支。光线调整电力和能源消费的相对比值曲线如图8所示,它提出了隧道智能照明控制系统的节能效益。曲线上方的面积意味着浪费的电能，几乎是实际能源消耗的3倍。即使是led具有四层光调节模式的能源消耗，也大约是实际能源消耗的2倍。因此，采用智能照明控制系统，根据要求调整照明(符合标准要求)可以实现。
图8：调光功率和能量消耗的相对比率曲线反映了强度下降。
6.结论
摘要针对高照明成本和高能耗的问题，提出了在公路隧道照明的无线智能控制系统。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)。建筑强度和施工成本减少，照明系统维护方便。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
作者声明与本论文出版方的利益无冲突。
致谢
这项工作得到了中国国家自然科学基金（批准号：51008029）的部分支持。 作者还非常感谢审稿人的有用意见和建议，从而改进了引言。
参考文献
[1] S. F.
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资料编号：[25082]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
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