基于DeviceNet的隧道照明控制系統設計

毛建東，李 蒙，黃文斌

（1.西安航天神舟建筑設計院 陜西 西安 710075；2.洛陽理工學院 河南 洛陽 471023；3.華度智通（廊坊）工程咨詢有限公司 河北 廊坊 065000）

隨著我國高速公路的快速發展，公路隧道的公里數逐年遞增，且公路隧道的趨勢是越來越長，為了減少車輛在進出隧道時因光線變化對駕駛員造成視覺沖擊，保證行車的安全性和提高舒適性，隧道照明設施的規模及數量越來越大。但隨之而來的問題是：數量巨大的照明燈具的使用耗費了巨大的電能，造成隧道運營成本過高。因此有必要對公路隧道內的照明控制系統進行深入的研究[1]。本系統采用DeviceNet網絡架構了隧道照明控制系統，在保證隧道照明質量的同時，采用動態調光的設計理念，設計具有實時調節控制功能的調光鎮流器，有效提高LED的光電轉換效率，提高隧道照明控制水平，可通過節約能耗顯著降低隧道的運營成本[2-3]。

1 基于DeviceNet的隧道照明控制系統

1.1 DeviceNet現場總線概述

DeviceNet是90年代中期發展起來的一種基于CAN總線技術的符合全球工業標準的開放型通信網絡。它既可連接底端工業設備，又可將可編程控制器、操作員終端、傳感器、光電開關、電動機起動器、驅動器等現場智能設備連接起來，減少了I/O接口和布線數量，實現了工業設備的網絡化和遠程管理。由于采用了許多新技術及獨特的設計，與其他現場總線相比，它具有突出的高可靠性、實時性和靈活性[4]。

DeviceNet通信協議是一個簡單且高效的協議，適用于最低層的現場總線。DeviceNet本身也是一種串行通信鏈接，提供的直接互連性不僅改善了設備間的通信，可以減少昂貴的硬接線，而且提供了相當重要的設備級診斷功能。DeviceNet這些特性非常適合隧道照明控制系統對通信控制鏈路的要求，因此采用DeviceNet實現隧道照明控制系統。

1.2 隧道照明控制系統的結構

目前國內隧道照明控制系統多采用將燈具分成若干回路，根據洞外亮度來確定開啟回路的多少，不對單個燈具進行調光，一般采用光控和時控相結合的方式對隧道照明進行控制，這種控制方式雖有配線簡單，故障率低的優點，但在換擋過程中會使駕駛員有不適感，且照度均勻度不好。本系統采用基于DeviceNet協議的可連續調光的隧道智能照明控制策略則很好的解決了以上問題。系統結構如圖1所示。

圖1 隧道智能照明系統結構圖Fig.1 Structure diagram of tunnel intelligent lighting system

該系統為兩層網絡結構，底層為由現場設備（可調光電子鎮流器、亮度檢測器、車輛檢測器）組成的DeviceNet網絡控制層，頂層為由照明控制計算機組成的信息處理層。

信息處理層是直接面向用戶的部分，其可以實現復雜的控制功能：可實現遠程燈具開關控制、接收由控制層傳來的數據，在進行處理決策后，下發命令給控制層，實現燈調光控制，當檢測器出現故障時，能夠自動或手動轉為時序控制、當隧道內出現特殊情況時，可由人工轉為手動控制，將燈具開到最亮。該層網絡照明控制計算機通過以太網交換機和數字光端機實現與控制層網絡的互聯。

DeviceNet網絡控制層可直接實現對LED燈具的控制，并將現場檢測器采集到的數據實時傳給信息處理層網絡作為控制決策的依據，并接受由信息處理層下發的控制命令，通過可連續調光電子鎮流器實現調光控制。

2 可調光電子鎮流器設計

2.1 可調光電子鎮流器工作原理

隧道照明中傳統的照明光源是白熾燈、熒光燈、高壓汞燈、低壓鈉燈和高壓鈉燈。隨著科技的發展，LED燈以及電磁感應燈這些新型電光源也逐步用于道路和隧道照明中。LED燈具有顯色指數高、功耗低、光源利用率高等優點，因此LED燈具必將逐步取代傳統的照明燈具，成為市場的主流[5]。

本系統是通過電子鎮流器的設計來控制LED燈的亮度，結構如圖2所示。LED燈通過EMI濾波器抑制電路對電網的輻射干擾之后，經過橋式整流電路將AC變換成DC，再引入功率因數校正APFC電路，提高電源的功率因數，減少對電網造成諧波污染；燈具接受調光控制命令，通過主控制器實現對LED控制模塊的驅動，調節電流輸出，從而實現對LED燈的調光控制[6]。

圖2 可調光電子鎮流器的結構框圖Fig.2 Structure diagram of adjustable photoelectron ballast

2.2 主控器硬件設計

可調光電子鎮流器的核心是主控制器，根據節點的功能要求，使用模塊化的設計理念，硬件電路可分為電源模塊、通信模塊、控制模塊3大部分。系統結構如圖3所示。

圖3 主控電路結構圖Fig.3 Structure diagram of main control circuit

電源模塊負責給整個主控制器進行供電，通信模塊由SJA1000和82C250構建DeviceNet通信接口，控制模塊根據用戶下達的控制指令，通過數模變化及調光電路最終實現LED燈的調光功能。

2.3 軟件設計

主程序首先對微處理器89S52、CAN控制器SJA1000以及各對象類進行初始化，接著進行重復MAC ID檢測，判斷網絡上是否有相同地址的節點在線。如果網絡上沒有相同MAC ID的節點，設備將轉為上線狀態。由于在SJA1000初始化的時候，已經開啟了接收中斷和錯誤中斷，剩下所有的事情都可以交給CAN中斷服務程序來完成。在接收到網絡上其他設備發送的報文之后，CAN中斷程序將被調用。根據DeviceNet規范對報文的各種定義與要求，主程序會處理該報文的指令解析，并根據指令實現相關照明控制服務程序的調用。主程序流程如圖4所示。

圖4 主程序流程圖Fig.4 Flow chart of main program

3 結 論

為改善現有隧道照明控制系統燈光亮度控制連續性差，照度分布不均勻的缺點，設計了基于DeviceNet協議的可調光電子鎮流器，構建了隧道智能照明控制系統，可以根據環境情況、隧道中車輛情況控制隧道照明燈光照度連續可調，有利于提高隧道照明質量，節約能源，降低隧道運營成本。

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