高速公路隧道照明节能控制系统研究

论文摘要

随着我国高速公路建设事业的快速发展,隧道的数量剧增。隧道照明是保证隧道内车辆通行安全的重要环节,照明费用已成为公路运营单位的沉重负担。传统的隧道照明系统普遍存在着能源浪费、配光设计不合理等问题,已不能适应现阶段车辆驾驶安全和节能降耗的需要。在国家大力推进低碳经济的新形势下,对隧道照明系统的优化改进势在必行。因此,需要探索一种既能为驾驶员提供舒适驾驶环境,又能降低能源消耗、节省运营成本的隧道照明控制系统方案。本文首先对隧道照明的视觉适应性特点进行了分析,将隧道照明分为入口段、过渡段、中间段、出口段四个照明区段,指出车辆经过隧道时存在“黑洞效应”和“白洞效应”。通过研究我国现阶段隧道照明标准,根据隧道照明亮度需求受洞外环境亮度、交通流量、车速影响的特点,提出了一元参数控制模型、二元参数控制模型、三元参数控制模型三种调光控制模型,并在MATLAB环境下对以上几种调光控制模型进行仿真分析,得出三元调光控制模型节能效果最优的结论。选择大功率LED照明灯具和合适的灯具布置方式,通过分析计算,优化了照明设计。在以上工作的基础上,设计完成了一套照明节能控制系统,该照明节能控制系统具有人工控制、时序控制、智能无级控制三种控制模式,采用PWM对LED照明进行调光,具备以太网监控网络、本地控制网络和DALI总线网络三级网络结构。完成了照明控制系统本地控制器、电流可调LED驱动电源的软硬件设计,其中本地控制器主要由单片机主控单元、RS485总线电平转换、DALI电平转换电路组成,实现从上位控制计算机接收调光数据,并将数据通过DALI总线下发到电流可调LED电源；电流可调LED驱动电源由单片机、DALI电平转换电路组成,实现从DALI总线接收本地控制器发送的调光数据并解析为PWM输出。最后以大坪山隧道为例,分析了隧道照明节能控制系统的经济效益和社会效益。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.2.3 发展趋势
• 1.3 研究内容及论文安排
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 论文安排
• 第二章 高速公路隧道照明节能方法
• 2.1 隧道照明视觉特点
• 2.2 隧道照明节能方法
• 2.2.1 使用新型节能灯具
• 2.2.2 实施照明智能管理和控制方案
• 2.2.3 优化照明设计及配光
• 2.2.4 其它
• 2.3 高速公路隧道照明LED光源
• 2.3.1 隧道照明对光源的要求
• 2.3.2 照明光源使用现状
• 2.3.3 LED灯用于隧道照明中的优势
• 2.3.4 LED灯在隧道的应用须知
• 2.4 本章小结
• 第三章 隧道照明调光控制模型与节能分析
• 3.1 照明相关概念
• 3.2 现行隧道照明标准
• 3.3 入口段照明亮度控制模型
• 3.3.1 分时控制模型
• 3.3.2 一元参数控制模型
• 3.3.3 二元参数控制模型
• 3.3.4 三元参数控制模型
• 3.4 中间段照明照明控制模型
• 3.4.1 分时控制和一元参数控制模型
• 3.4.2 二元参数控制模型
• 3.4.3 三元参数控制模型
• 3.5 过渡段照明和出口段照明
• 3.5.1 过渡段照明
• 3.5.2 出口端照明
• 3.6 隧道照明节能分析
• 3.6.1 各段照明能耗计算
• 3.6.2 节能模拟分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 隧道照明计算与灯具布置
• 4.1 隧道照明计算
• 4.1.1 照度计算
• 4.1.2 亮度与照度的换算
• 4.2 灯具布置
• 4.2.1 布置方式选择
• 4.2.2 照明回路设计
• 4.3 照明设计案例
• 4.3.1 入口段照明设计
• 4.3.2 过渡段照明设计
• 4.3.3 基本段照明
• 4.3.4 出口段照明
• 4.4 本章小结
• 第五章 LED隧道照明控制系统的研究与设计
• 5.1 隧道照明控制模式
• 5.1.1 手动控制
• 5.1.2 时序控制
• 5.1.3 智能无级控制
• 5.2 LED调光
• 5.2.1 LED调光模式
• 5.2.2 PWM设计
• 5.3 系统总体设计
• 5.3.1 系统组成
• 5.3.2 工作原理
• 5.4 网络构建
• 5.4.1 远程网络—以太网
• 5.4.2 本地网络—RS485总线网络
• 5.4.3 DALI总线控制
• 5.5 DALI控制器
• 5.5.1 硬件组成
• 5.5.2 电路设计
• 5.5.3 程序设计
• 5.6 LED可调驱动电源
• 5.6.1 LED电源技术要求
• 5.6.2 DC/DC变换
• 5.6.3 DALI电平转换
• 5.6.4 程序设计
• 5.7 本章小结
• 第六章 隧道照明节能系统节能效益评估—以大坪山隧道照明为例
• 6.1 大坪山隧道照明现状
• 6.2 LED节能系统方案效益
• 6.2.1 效益比较方法
• 6.2.2 社会效益
• 6.2.3 经济效益
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附录