网络化智能调光LED隧道照明系统

　　摘要：本课题的主要研究内容是根据《公路隧道通风照明设计规范》要求研究设计了网络化智能调光LED隧道灯控制系统。照明灯具采用可调光的LED光源，结合无线通信模块搭建无线灯具网络，以及控制系统输入参数采集的无线传感器网络;系统通过传感器网络采集洞内外亮度，车速车流量作为控制输入参数，经监控计算机处理实现隧道照明的实时调光控制^[1]。

　　智能隧道灯介绍

　　智能LED隧道灯硬件部分分为LED驱动电路、LED调光电路、传感器驱动电路、通信模块以及数模转换模块。目前已完成以红外传感器控制的调光LED隧道灯样品的部分设计。

　　LED隧道灯恒流源驱动电路

　　电路由EMI输入抑制电路、输入整流滤波电路、IC辅助供电电路、功率调节电路、输出整流滤波、恒压与恒流输出反馈控制电路等组成。

　　恒压与恒流输出反馈控制电路以芯片LM358为核心，该芯片内置两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器。通过采集LED灯上的电流电压输入到放大器中与基准电压作比较，比较结果输出到光耦。光耦导通状态的变化对功率调节模块进行影响。

　　功率调节模块以L6562为控制芯片。当由于某种原因LED电流减小时，通过LM358输出到光耦，光耦放大后输出给L6562。芯片对输入信号进行反相处理，输出脉冲宽度增大。宽度增大的输出脉冲驱动功率转换级的开关管，进行一次PWM调节，通过增加占空比的方式使次级输出电压增加。这样LED两端的电压也增大，于是电流随之增大，这就维持了LED的电流恒定。同样，若由于某种原因使LED电流增大时，其控制过程相反^[2]。

　　调光模块设计

　　调光模块采用NE555组成的延时开关电路，该模块接收传感器的输出信号，通过电容充放电实现延时功能。NE555输出端接光耦，功能类似于开关，光耦另一端电路通过改变LM358的基准比较电压来改变运算放大器的输出，进而控制功率调节模块达到调光的功能。

　　传感器模块设计

　　传感器可使用红外或微波检测，可放置于隧道口或集成到灯具中。当传感器集成在灯具中时，可将检测车辆的信号直接输入到调光模块的输入端。如果将传感器放置于隧道口，则可以检测车流量以及车速等信息。并将该信息发送到上位机通过算法对调光模块进行远程控制。

　　控制器设计

　　驱动电路

　　变压器次级线圈感应电压经二极管整流，两个C11为滤波电路，得到直流输出电压。

　　恒压电路工作原理：U3B、TL431、R34、R35、U3、PC817组成电压控制环路。TL431是精密电压调整器，阴极K与控制极R直接短路构成精密的2.5V基准电压。2.5V基准电压由电阻R36送到U3B正相输入端;而反相输入端则由R34、R35的分压比来设定。若输出电压上升，则R35电压也上升，该电压与反相端2.5V基准电压比较，U3B输出误差信号，该信号流入光耦中的LED，进而通过反馈控制网络控制一次PWM输出占空比，使输出电压工作在恒压状态。

　　恒流电路工作原理：U3A、TL431、R45、R32、U3、PC817组成电流控制环路。R45是输出电流取样电阻，输出电流在R45上产生R45/IOUT的电压降。该电压送到U3A的反相输入端，而2.5V基准电压则由R38、R39、R40组成的分压电路，再将分压电压送到正相输入端，输出电流在R45上的电压降与2.5V基准电压分压电压进行比较，输出误差信号改变光耦LED中的电流，进而通过反馈控制网络控制一次PWM输出占空比，使输出恒流。采用由放大器组成的恒压、恒流控制电路可实现很高的恒压与恒流精度。因电路采用放大器形式，因此R45的电阻值可选为mΩ级，对电路转换效率基本无影响。