大功率LED隧道照明智能控制系统的研究

论文摘要

高速公路隧道的飞速发展使得隧道照明控制系统的应用越来越多。目前的隧道照明控制系统存在照明过剩或不足、不能连续调光等情况,从而造成了隧道照明费用高,安全系数低等问题。本文针对目前隧道照明控制系统中存在的这些问题展开了研究工作。论文首先研究了大功率LED隧道照明智能控制系统的控制原理和控制策略。利用新型LED光源的调光控制易于实现的优点,以LED灯的平均电流与PWM占空比信号成比例关系研究得出了隧道照明各段的占空比控制调光函数,并将这些控制函数作为这个系统的控制数学模型。控制策略方面,本文以系统的控制原理为基础,研究并设计了基于规则推理的专家控制系统,并以隧道照明设计规范为经验知识研究设计了专家系统的推理判断规则,这些规则充分考虑了影响隧道照明的四种关键因素,避免了复杂算术运算,易于算法程序实现。大功率LED隧道照明智能控制系统的结构采用RS485为通信总线的分布式结构,系统灵活,易于维护。在上述控制原理和控制策略的基础上,本文研究了大功率LED隧道照明智能控制系统的上位机软件设计,并采用Visual Basic编程语言完成了上位机软件的结构和各功能模块的设计,详细阐述了上位机软件的设计与实现过程。该软件具备数据采集、数据备份、数据分析和照明控制等功能。软件界面友好,操作简单。论文对大功率LED隧道照明控制系统的终端进行了研究与设计,终端以PIC16F873A单片机作为核心控制部件,终端与上位机之间的通信连接采用抗干扰性强的RS485。论文分别对通信连接的方式、通信的方法和终端通信接口的硬件与软件设计进行了详细阐述。最后,文章对大功率LED隧道照明智能控制系统进行了照明控制的实验验证。结果表明大功率LED隧道照明控制系统不仅可以满足隧道照明的平滑无级调光,而且具备一定控制精度,具有较好的实际意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 研究意义
• 1.3 研究现状
• 1.4 研究目的
• 1.5 本文的主要内容
• 2 大功率LED隧道照明智能控制系统的控制策略研究
• 2.1 引言
• 2.2 隧道各段照明要求
• 2.2.1 入口段照明
• 2.2.2 过渡段照明
• 2.2.3 中间段照明
• 2.2.4 出口段照明
• 2.3 智能控制系统的控制原理研究
• 2.3.1 光通量、光强、亮度和照度及相互间的关系
• 2.3.2 占空比与亮度之间函数的建立
• 2.3.3 车速与交通量变化引起的隧道照明补偿
• 2.3.4 隧道各段占空比控制调光函数
• 2.4 基于专家系统的智能控制策略研究
• 2.5 智能控制系统的结构
• 2.5.1 智能控制系统的结构
• 2.5.2 智能控制系统的具体组成
• 2.5.3 智能控制系统的通信连接
• 2.6 本章小结
• 3 大功率LED隧道照明智能控制系统的上位机软件设计
• 3.1 引言
• 3.2 上位机软件的功能需求
• 3.3 上位机软件的结构设计
• 3.4 上位机软件功能的设计与实现
• 3.4.1 Visual Basic与RS485总线
• 3.4.2 数据采集功能
• 3.4.3 数据备份功能
• 3.4.4 数据的分析功能
• 3.4.5 照明控制功能
• 3.5 上位机软件的工作流程
• 3.6 本章小结
• 4 大功率LED隧道照明智能控制系统的终端模块设计
• 4.1 引言
• 4.2 终端设计要求
• 4.3 终端结构设计
• 4.4 终端设计与实现
• 4.4.1 HA17358、Max485和PIC单片机简述
• 4.4.2 信号检测电路设计
• 4.4.3 通讯接口电路设计
• 4.5 终端工作流程及PWM 波输出
• 4.5.1 终端工作流程
• 4.5.2 PWM 波输出
• 4.6 本章小结
• 5 大功率LED隧道照明智能控制系统的实现与验证
• 5.1 大功率LED 隧道照明智能控制系统的实验平台介绍
• 5.2 大功率LED 隧道照明智能控制系统的实验验证
• 5.2.1 测试多机通信连接
• 5.2.2 手动控制实验
• 5.2.3 智能控制实验
• 6 结论与展望
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 后续研究工作
• 致谢
• 参考文献
• 附录