基于電力載波通信的LED隧道照明控制器設計

劉新宇

摘 要

隨著經濟的發展，人類的活動范圍不再受到自然環境的制約，越來越多的穿山高速公路和地鐵等隧道工程逐步建立起來。而穿山高速公路以及地鐵等工程都涉及到了照明系統，由于這些地方通常地處偏僻，距離總控制室很遠，導致人工控制很難達到目的。為了更合理的利用電力資源，減少資源浪費，并方便控制相關的照明設施，本文提出了一種基于電力載波通信的LED隧道照明控制器。控制器主要由LED恒流驅動電路以及相應的主控單元等組成，可以實現對LED隧道照明進行組網控制，且經過測試表明該控制器控制效果非常好，工作穩定并且不需要太多的成本投入，有著廣闊的應用前景。

【關鍵詞】電力載波通信 LED隧道照明控制器 設計

照明系統是隧道機電工程里最根本，最關鍵的一部分，照明系統直接關系著隧道的安全和人們的出行。對于照明系統的控制，既能做到減少人力消耗，也能減少能源的損耗和浪費。近幾年來，隨著我國大功率LED技術的廣泛發展，照明產業也迎來了新的機遇與挑戰，LED技術開始被廣泛運用到通用照明領域。目前，我國隧道照明的控制方式分為三種，即人工手動控制、自動實時控制以及分時段時序控制。這些控制方式存在著一定的局限性，大多數無法進行遠程控制。如果隧道地處偏僻地區，那么將很難實現對照明系統的實時控制。因此，筆者結合實踐設計出一種基于電力載波通信的LED隧道照明控制器，以此來彌補傳統控制系統存在的不足。

1 低壓電力載波通信技術的基本概念

在對新型控制器的設計做介紹之前，筆者先來談一談低壓電力載波通信技術。所謂低壓電力載波通訊技術就是將低壓配電線作為信息傳輸介質，從而進行對數據或者語音等的傳輸。鑒于供電網是一種低成本且方便可靠的通信媒介，因此，使得電力載波通信也變得成本低且方便易實現。隨著低壓電力載波通信技術的不斷發展，電力載波通信已經被廣泛應用到眾多遠程控制系統中。所以，將低壓電力載波技術引入到隧道LED照明控制系統中也具有可行性。

2 基于電力載波通信的LED隧道照明控制器構造及工作原理

2.1 控制系統及控制器的組成

控制器的系統主要有遠程監控系統、現場智能化的LED隧道照明控制器單元以及隧道路段照明集中控制器。遠程控制系統和集中控制器間用GPRS網絡實現連接，并且集中控制器是通過電力載波通信網來對各個照明控制器終端數據進行采集的。采集處理后再傳輸到遠程上位機上，同時接收并轉發上位機的指令信息，最后由控制器終端實現指令信息的接收和執行。控制器主要由主控單元、LED恒流驅動電路以及電力載波模塊組成，主要負責對LED恒流輸出以及PWM調光等功能進行控制。主要包括環境照度檢測電路、電力載波通信電路、人機接口電路以及PWM調光控制電路等。

2.2 控制器硬件與軟件設計

控制器的硬件部分主要分為：主控單元MCU、低壓電力載波通信電路、LED恒流驅動電路以及其它電路。主控單元的芯片采用的是NEC高性能單機片即MCU。以NEC78F0511為控制核心，其具有良好的集成性能，集成自帶內部晶振、串行接口、內嵌8通道10位轉換器、內置看門狗定時器、PWM定時計數器等多種功能以及豐富的I/O接口。對于低壓電力載波通信電路采用的是北京福星曉程電子科技股份公司的PL2102芯片，該芯片是特別針對電力網的特點進行研發。它由單一的+5伏電壓供電，以及一個外部的接口電路與電力線耦合，設計非常簡單。通常大功率的LED需要采用恒流源進行驅動，以保障LED使用的安全性，并能夠達到理想的發光強度。本設計采用帶PFC的AC/DC開關以及DC/DC的恒流驅動兩級電路結構，更能提高電源的可靠性。設計的控制器LED恒流驅動電路，前級采用帶PFC的AC/DC開關，后級采用DC/DC恒流驅動芯片XL6005所組成的驅動電路。對于其他硬件電路，照度檢測電路，采用的是光敏電阻經過放大處理后，經過MCU的A/D轉化并采集后進行處理。按鍵采用獨立按鍵形式，車流量監測電路采用的是紅外線監測系統，電源采用開關電源組成正五伏穩壓輸出。對于控制器軟件是基于NEC集成開發平臺PM+V6.30進行設計的，主要的功能模塊采用的是C語言程序行進編寫的。

2.3 控制器工作原理

控制器需要實時的與隧道路段集中控制器通過電力載波通信單元實現數據交換，并及時反饋有關LED隧道燈具的各種參數信息，接受相應的指令并執行相關動作。控制器可以設定成兩種模式，即就地控制和遠程控制。如果設定為就地控制，控制器只需負責上傳相應的參數信息，并根據實時的環境流度以及車流量的大小就地對LDE調光控制。如果設定成遠程控制模式，控制器除了要上傳相關參數信息外，還要負責接收集中控制器的指令并進行控制動作。

3 結語

綜上可見，基于低壓電力載波通信的LED照明控制器的設計，具有成本較低、可靠性高且容易實現等的特點，不僅可以實現對每盞LED隧道燈具的遠程開關，還可以實時的檢測工作狀態和故障等，減少了傳統遠程控制通信在布線上的投入成本，增加了系統的經濟性與靈活性，進而提高了自動化水平，為LED照明控制技術發展提供了新的思路和方向。

參考文獻

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[3]徐立鑫.基于電力線載波通信的高速公路隧道照明系統的遠程控制[D].陜西科技大學，2012.

作者單位

河北省廊坊開發區東之喬通信工程有限公司 河北省廊坊市 065000endprint