網(wǎng)絡(luò)化智能調(diào)光LED隧道照明系統(tǒng)

　　摘要：本課題的主要研究內(nèi)容是根據(jù)《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計規(guī)范》要求研究設(shè)計了網(wǎng)絡(luò)化智能調(diào)光LED隧道燈控制系統(tǒng)。照明燈具采用可調(diào)光的LED光源，結(jié)合無線通信模塊搭建無線燈具網(wǎng)絡(luò)，以及控制系統(tǒng)輸入?yún)?shù)采集的無線傳感器網(wǎng)絡(luò);系統(tǒng)通過傳感器網(wǎng)絡(luò)采集洞內(nèi)外亮度，車速車流量作為控制輸入?yún)?shù)，經(jīng)監(jiān)控計算機處理實現(xiàn)隧道照明的實時調(diào)光控制^[1]。

　　智能隧道燈介紹

　　智能LED隧道燈硬件部分分為LED驅(qū)動電路、LED調(diào)光電路、傳感器驅(qū)動電路、通信模塊以及數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊。目前已完成以紅外傳感器控制的調(diào)光LED隧道燈樣品的部分設(shè)計。

　　LED隧道燈恒流源驅(qū)動電路

　　電路由EMI輸入抑制電路、輸入整流濾波電路、IC輔助供電電路、功率調(diào)節(jié)電路、輸出整流濾波、恒壓與恒流輸出反饋控制電路等組成。

　　恒壓與恒流輸出反饋控制電路以芯片LM358為核心，該芯片內(nèi)置兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運算放大器。通過采集LED燈上的電流電壓輸入到放大器中與基準(zhǔn)電壓作比較，比較結(jié)果輸出到光耦。光耦導(dǎo)通狀態(tài)的變化對功率調(diào)節(jié)模塊進(jìn)行影響。

　　功率調(diào)節(jié)模塊以L6562為控制芯片。當(dāng)由于某種原因LED電流減小時，通過LM358輸出到光耦，光耦放大后輸出給L6562。芯片對輸入信號進(jìn)行反相處理，輸出脈沖寬度增大。寬度增大的輸出脈沖驅(qū)動功率轉(zhuǎn)換級的開關(guān)管，進(jìn)行一次PWM調(diào)節(jié)，通過增加占空比的方式使次級輸出電壓增加。這樣LED兩端的電壓也增大，于是電流隨之增大，這就維持了LED的電流恒定。同樣，若由于某種原因使LED電流增大時，其控制過程相反^[2]。

　　調(diào)光模塊設(shè)計

　　調(diào)光模塊采用NE555組成的延時開關(guān)電路，該模塊接收傳感器的輸出信號，通過電容充放電實現(xiàn)延時功能。NE555輸出端接光耦，功能類似于開關(guān)，光耦另一端電路通過改變LM358的基準(zhǔn)比較電壓來改變運算放大器的輸出，進(jìn)而控制功率調(diào)節(jié)模塊達(dá)到調(diào)光的功能。

　　傳感器模塊設(shè)計

　　傳感器可使用紅外或微波檢測，可放置于隧道口或集成到燈具中。當(dāng)傳感器集成在燈具中時，可將檢測車輛的信號直接輸入到調(diào)光模塊的輸入端。如果將傳感器放置于隧道口，則可以檢測車流量以及車速等信息。并將該信息發(fā)送到上位機通過算法對調(diào)光模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

　　控制器設(shè)計

　　驅(qū)動電路

　　變壓器次級線圈感應(yīng)電壓經(jīng)二極管整流，兩個C11為濾波電路，得到直流輸出電壓。

　　恒壓電路工作原理：U3B、TL431、R34、R35、U3、PC817組成電壓控制環(huán)路。TL431是精密電壓調(diào)整器，陰極K與控制極R直接短路構(gòu)成精密的2.5V基準(zhǔn)電壓。2.5V基準(zhǔn)電壓由電阻R36送到U3B正相輸入端;而反相輸入端則由R34、R35的分壓比來設(shè)定。若輸出電壓上升，則R35電壓也上升，該電壓與反相端2.5V基準(zhǔn)電壓比較，U3B輸出誤差信號，該信號流入光耦中的LED，進(jìn)而通過反饋控制網(wǎng)絡(luò)控制一次PWM輸出占空比，使輸出電壓工作在恒壓狀態(tài)。

　　恒流電路工作原理：U3A、TL431、R45、R32、U3、PC817組成電流控制環(huán)路。R45是輸出電流取樣電阻，輸出電流在R45上產(chǎn)生R45/IOUT的電壓降。該電壓送到U3A的反相輸入端，而2.5V基準(zhǔn)電壓則由R38、R39、R40組成的分壓電路，再將分壓電壓送到正相輸入端，輸出電流在R45上的電壓降與2.5V基準(zhǔn)電壓分壓電壓進(jìn)行比較，輸出誤差信號改變光耦LED中的電流，進(jìn)而通過反饋控制網(wǎng)絡(luò)控制一次PWM輸出占空比，使輸出恒流。采用由放大器組成的恒壓、恒流控制電路可實現(xiàn)很高的恒壓與恒流精度。因電路采用放大器形式，因此R45的電阻值可選為mΩ級，對電路轉(zhuǎn)換效率基本無影響。