2011年8月第22卷第4期照明工程学报ZHAOMING GONGCHENG XUEBAO Aug．2011Vol.22No.4LED 隧道照明控制系统的研究与开发张玲郝翠霞（南京工业职业技术学院，江苏南京210046）摘要：针对山区高速公路隧道车流量较小、能耗高等特点，研制出一种隧道LED 照明控制系统。
系统包括控制计算机、隧道照明控制器以及LED 照明控制调光模块，本文介绍了LED 隧道照明控制系统架构、控制策略、通信方式和所采用的DALI 数字可寻址照明协议，着重介绍了基于PWM 技术的LED 照明调光控制模块的原理、硬件构成、工作方式、技术要点。
LED 隧道照明控制系统能自动采集洞外照度、时间、车流量等信息，分析计算后下发调光指令，由LED 照明调光控制模块通过PWM 方式调节LED 灯平均工作电流，从而自动调节隧道内照明灯的光通量，以最大限度地节能降耗，提高隧道运营管理效益，具有一定的推广应用价值。
关键词：高速公路隧道照明；LED 照明控制器；DALI 协议；节能The Research and Development of LEDTunnel Lighting Control SystemZhang LingHao Cuixia（Nanjing Institute of Industry Technology ，Nanjing210046）AbstractA LED lighting control system ，which consisted of control computer ，tunnel light controller and LED lighting dimming control module ，is developed for the low traffic volume and high energy consumption freeway tunnel in mountain area．This paper describes the frame ，control strategy ，communication mode of LED tunnel lighting controller system and the DALI Digital Addressable Lighting Agreement that used ，and highlights the principle ，hardware ，work pattern ，technical points of the LED lighting dimming control module which based on PWM technology．The LED tunnel lighting control system can automatically capture the illuminance outside the tunnel ，time ，traffic volume and so on．And based on all the information collected ，the system can analyze and send dimming command to adjust the average working current of LED by the PWM method in LED lighting dimming control module ，so that the brightness of the lights inside the tunnel can automatically be adjusted to maximize energy-saving and improve the effectiveness of the operation and management ，which is worth to be promoted and applied．Key words ：freeway tunnel lighting ；LED lighting controller ；DALI protocol ；energy-saving基金项目：南京工业职业技术学院科研基金项目YK09-04-021引言在山区高速公路建设中，隧道所占比例很大，建成通行后公路隧道用电费用相当惊人。
由于偏远山区经济欠发达，车流量很小，隧道照明费用已成为高速公路隧道管理部门的一笔沉重负担，特别在运营的前几年，征收的通行费还不够运营养护支出。
第22卷第4期张玲等：LED 隧道照明控制系统的研究与开发37如何提高隧道的运营效率、降低能源消耗，成为高速公路建设亟待解决的问题。
图1LED 隧道照明控制系统结构示意图现有的隧道照明控制大多采用时序控制法，主要通过投退不同的照明回路，以增减工作灯具数量的方式来达到目的。
这种控制方法虽然简单、可靠，但未完全考虑环境因素对隧道照明的影响，如天气条件、隧道通风状况、交通量以及车速对照度的要求等，不能完全满足隧道照明的要求，并且能耗高。
随着半导体照明技术的快速发展，目前高效节能的LED 照明灯已越来越多地应用于隧道照明系统中。
与传统的光源相比，LED 具有低压、低功耗、高可靠性、长寿命等优点，是一种符合环保、节能的绿色照明光源。
为了进一步发挥LED 照明的技术、经济优势，在采用LED 作为隧道照明时，应注意根据实际情况优化照明设计布灯方案，完善控制策略和控制手段。
LED 灯的驱动电源可以接受调光控制信号，通过调整输出电流控制LED 灯的光输出，这一特点使得我们可以通过采用更为完善的控制技术来降低照明能耗，提高系统的技术水平。
本文将从完善控制策略的角度提出LED 隧道照明控制系统的实现及其应用方案，综合分析隧道照明的要求及其特点，为大功率LED 隧道照明控制系统提供完整的解决方案。
2系统架构设计LED 隧道照明控制系统主要由监控中心的主控计算机、现场LED 隧道照明控制器以及相关通信设备等构成。
隧道照明控制器通过现场传感器采集隧道外照度值、隧道内照度值、车流量、车速等数值，并将数据上传至监控中心。
主控计算机根据规定的调光控制逻辑计算出各隧道、各区段当前的照度参数，再通过通信网络向各隧道LED 照明控制器发出调光控制指令。
根据隧道的特点，隧道照明控制包括入口段区域照明控制、过渡段区域照明控制、基本段区域照明控制（若干）和出口区域照明控制。
隧道照明控制器根据接收到的调节命令，自动调整灯具电源的输出电流（PWM 方式的占空比），改变LED 隧道灯的光通量或者工作状态。
主控计算机通过照度传感器实时检测到当前隧道照明的照度，判断当前的照度是否满足隧道照明要求，如果不满足，就下发新的控制命令给LED 隧道灯，从而改变隧道的照度。
灯具和照明控制器之间，以及灯具和灯具之间的数据传输可采用现场总线连接。
为了满足现场实际的控制需要，隧道照明控制器设置有多路输出接口，最多可同时控制8路输出。
为保证行车安全，调光系统在调节隧道照度时，采用照度渐变控制方式，分步逐级达到目标照度，以避免因照度突然变化而产生不安全因素。
LED 隧道照明控制系统的结构如图1所示。
如图1所示，隧道照明控制器采集车辆检测器、照度检测仪等传感器的检测信号，根据预设的照明控制策略，对整个隧道的照明系统进行控制。
系统38照明工程学报2011年8月的控制策略如下：正常情况下，在没有车辆进入隧道时，根据检测到的洞内外照度差值，在隧道内只开启相应的基本照明；在车辆检测器检测到车辆即将进入隧道时，开启隧道洞口的加强照明；当检测到车辆进入隧道后，则将车辆前面一段相应距离的照明加强；一旦检测到后面无车辆跟进，则将车辆后面的加强照明关闭，并调低基本照明照度。
同时根据检测到的照度值还可判断晴天、阴天、白天、晚上等时间段数据，从而开启或关闭相应的照明灯具。
本系统既可对单个的照明灯进行单控也可对区域照明进行群控，控制策略可随时根据实际情况进行修正，这样能节约大量的电能，有效地降低运营成本。
此外，根据隧道的安防要求，当发生火灾时，本系统还可检测控制隧道内车行横洞卷帘门和通风的状况。
3系统通信网络设计本系统网络拓扑采用总线结构，通讯方式可选用CAN 总线、485总线或Zigbee 无线方式，对应于不同类型的LED 灯具智能接收控制器接口形式。
LED 隧道照明控制系统的拓扑结构如图2所示。
图2系统网络拓扑结构示意图如果LED 灯智能接收控制器的接口是RS485总线型的，则可使用隧道照明控制器的RS485模块，系统接线如图3所示。
CAN 总线和RS485总线的接线方式类似。
CAN 总线具有完善的通信协议，并且速度优于RS485，并且CAN网络中的节点在错误严重的情况下具有自图3RS485总线照明控制示意图动关闭输出功能，从而使总线上其他节点的操作不受影响。
采用CAN 和RS485总线通信技术进行数据传输，都需要专门投资铺设通讯线路，当数据传输总线与LED 灯电源线路并行敷设时，会有高压脉冲耦合侵入，通信质量易受到影响。
而Zigbee 是基于IEEE802.15.4协议的一种新兴的短距离无线通讯技术，能有效解决以上问题，非常适合在测量节点较多、分散、不要求较高数据传输速率的控制领域应用。
本系统中的隧道照明控制器配备Zigbee 模块，能够简单快速地进行Zigbee 组网。
图4为Zigbee 无线网络照明控制示意图。
相对于舞台照明需要场景的快速变化，隧道照明的调光变化较缓慢，因此在通信协议的选择上采用了更为合适的DALI （Digital Addressable Lighting Interface ：数字可寻址照明接口）协议标准。
DALI 是照明控制设备之间数据通信的接口标准，该技术的最大特点是可对系统内LED 灯具独立寻址并进行精确的控制，尽管这些灯具在强电上是同一个回路或不同回路，但在照明控制上与强电线路无直接的联系。
该技术为控制带来极大的灵活性，可根据需要设计满足其需求的照明方案，甚至在安装结束后的运行过程中仍可修改控制参数，而无须对线路做任何改动。
采用DALI 标准的系统，功能模块相对较少，结构简单，安装方便，调试也十分便捷，可以实现许多基于回路控制的智能照明控制系统无法实现的功能。
同时，DALI 技术是双向通讯，不仅可以发送控第22卷第4期张玲等：LED隧道照明控制系统的研究与开发39图4Zigbee无线网络照明控制示意图制指令，而且可反馈LED照明控制器及光源的工作状态和故障信息，这给运营维护和集中管理带来了极大的便利。
DALI协议采用数字照明控制技术，其无可比拟的先进性，精确的控制效果以及技术的标准化和优异的开放性，使得数字照明技术在照明控制领域迅速普及与推广，而运用数字照明也正成为一种设计潮流和应用趋势。