隧道照明控制系统设计(附件)【字数：8070】
本课题的研究是基于在隧道照明的系统中出现一些问题。同时又根据隧道中照明设备的特点，结合自己所学的知识。设计了一套符合隧道照明系统的软硬件设计。本文首先探讨的是整个照明系统的硬件部分。并将控制系统分为三类主机，PLC和其他现场设备。基于电力载波技术的现场总线可用于实现照明和通信，并降低系统布线成本。设计系统网络配置和数据存储结构以及详细的过程，以介绍灯控制和状态查询的具体方法。软件设计的重点是设计照明控制系统的PLC软件控制模块。根据每个模块的功能分析，给出了每个软件模块的实现过程，以执行上下位机及下位机和灯之间的通信协议的特定格式。使用梯形图语言为每个模块编写特定的软件代码。最后，我们建立了一个系统实验平台来测试整个系统的调光。
目录
引言 1
（一）研究背景 1
（二）国内发展现状 1
（三）照明系统存在的问题 1
（四）本文研究内容 1
一、隧道照明控制系统硬件设计 3
（一）隧道照明控制系统的硬件架构 3
（二）PLC系统 3
（三）控制系统调节功率的方法 6
二、隧道照明控制系统软件设计 6
（一）软件结构 6
（二）上位机调试软件模块 7
（三）PLC软件模块 7
（四）具体软件代码 10
三、系统实现 11
（一）实验系统 11
（二）实验系统调光 12
（三）系统可靠性分析 14
总结 15
参考文献 16
致谢 17
引言
（一）研究背景
中国的地形地貌复杂多变，其中山丘更是占据了大多数的地方。在一些山区为了节省路上往往挖通了很多的隧道。可以说隧道在山区中的道路和一些平原地区穿江是很常见的。在车辆进入和穿过隧道口的时候，驾驶员在视觉上会出现强烈的不适应感。隧道环境在高度上相对封闭，水平净宽狭窄，因此隧道的外界光线比我的要强得多。当车辆进入隧道时，驾驶员眼前会出现“黑洞”。要花很长时间才能适应在强壮的地方看到周围的环境，并进入光线较弱的地方。在驾驶员将要穿过隧道口时候，隧道外面的强光会让驾驶员眼前出现白茫茫的一 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
片。这种现象跟黑洞现象一样，叫“白洞现象”。而“黑洞现象”的原因恰恰相反。在隧道的中央部分，隧道中的雾气在车灯的照耀下会散开，让驾驶员的视线受到影响。为了避免上述现象的产生或者说减少上述现象的发生，往往在隧道中安装一些灯光。增加了隧道中的亮度。这样就能大大减缓行车在隧道中出现的事故。
（二）国内发展现状
在国内研究情况下，主要研究方向是从照明系统的设计方法，控制方法的讨论着眼于照明系统的优化和节能，并转向实现照明自动化。上述作者的研究是基于照明曲线来控制照明系统的。照明设施往往采用的是LED灯源。有些作者的研究是在公路照明系统上依照FPGA设计。所采用的控制器是CAN现场总线，方法是对现场数据的收集和计算。对收集到的数据通过CANBUS网络技术传输到LED节点，通过这样的方式来控制LED灯源的照明，以此来提供整个隧道的照明。这样的控制方式相对其他控制方式在成本方面具有较大的优势。但是也有缺点，缺点是不能根据隧道中的车流量和车辆速度来自动控制照明设备。并不能直接的对交通流量和隧道的亮度来控制。
（三）照明系统存在的问题
传统的隧道照明会存在两个问题，一个是照明本身存在的设计问题，第二个是对灯源的控制方面存在的问题。在先前对隧道照明亮度的设计中就先考虑到随着时间的推移，隧道中的照明设备会出现亮度冗余降低现象。在实际的隧道中，较亮的灯光往往会增加实际的支出成本。往往公路运营部为了节约成本，前期考虑使用成本较低的高钠灯作为隧道的光源。但是高钠灯有一个缺点，就是作为灯源，它的使用寿命不长。综合考虑各方面的因素，使用高钠灯无遗是增加了运营成本。这么高的运营成本支出是必就造成公路的利润降低。现在对隧道照明设备的更改方向是对隧道中的车辆和速度进行实时监控，以此来控制隧道中的照明处在什么状态。
（四）本文研究内容
本课题主要是根据现有隧道的照明方式进行改进，设计一套符合实际的并且能够节省成本的隧道照明系统。首章介绍研究方法、系统软件和硬件设计以及系统控制方法的一系列讨论。使用欧姆龙的PLC来收集和传输灯和其他设备的实时信息。
第一章主要介绍了本课题的研究背景，为什么要在隧道中安装照明设备。以及现在在使用的隧道照明设备存在的问题。
第二章主要介绍的是整个隧道照明系统的硬件架构。包含但不限于电源模块，串行单元模块等。并对系统中的单元模块进行了介绍。最后介绍了控制系统调节功率用到的方法。
第三章主要介绍的是系统的软件设计部分，首先对系统的软件结构进行框架的设计。并介绍了上位机和各个软件模块之间的关系。最后介绍了PLC控制模块和相对应的程序。
第四章系统的实现，实验平台的建立，单个电路实验系统的整体调光测试，报告了调光界面和实际的照明变化，调光结果表明系统的稳定性良好。
一、隧道照明控制系统硬件设计
（一）隧道照明控制系统的硬件架构
在上一章节介绍了目前隧道中的照明系统，隧道中的照明系统在技术和系统控制方面并不相同。本文提出了一种可靠有效的实施方法，以节省隧道照明的能源，降低运营成本，并实现这一目标或技术。考虑到对系统的分析，本文设计了隧道照明控制系统。该系统的硬件架构如图11所示。
/
图11控制系统硬件架构图
本课题设计的隧道照明控制系统，其控制系统的来源是基于电力线通信的Lonworks现场总线，该技术能提供隧道照明设备的网格化控制。同时该系统还能够自动的检测过往车辆的信息以及提供隧道中灯光的亮度等。这些一整套的控制都是由PLC主机计算出的输出信号通过载波的形式控制。通过收集隧道中的信息来合理的调节隧道中的照明设备亮度。以实现隧道中灯的亮度调节，节省运营成本。与此同时该系统中的另外一个优势是通过网络端口实现设备的互联。这样能够保证在远端实现对隧道中照明设备的控制。这样实现互联能够运用到一些环境较差的人迹罕至的地方。
（二）PLC系统
目录
引言 1
（一）研究背景 1
（二）国内发展现状 1
（三）照明系统存在的问题 1
（四）本文研究内容 1
一、隧道照明控制系统硬件设计 3
（一）隧道照明控制系统的硬件架构 3
（二）PLC系统 3
（三）控制系统调节功率的方法 6
二、隧道照明控制系统软件设计 6
（一）软件结构 6
（二）上位机调试软件模块 7
（三）PLC软件模块 7
（四）具体软件代码 10
三、系统实现 11
（一）实验系统 11
（二）实验系统调光 12
（三）系统可靠性分析 14
总结 15
参考文献 16
致谢 17
引言
（一）研究背景
中国的地形地貌复杂多变，其中山丘更是占据了大多数的地方。在一些山区为了节省路上往往挖通了很多的隧道。可以说隧道在山区中的道路和一些平原地区穿江是很常见的。在车辆进入和穿过隧道口的时候，驾驶员在视觉上会出现强烈的不适应感。隧道环境在高度上相对封闭，水平净宽狭窄，因此隧道的外界光线比我的要强得多。当车辆进入隧道时，驾驶员眼前会出现“黑洞”。要花很长时间才能适应在强壮的地方看到周围的环境，并进入光线较弱的地方。在驾驶员将要穿过隧道口时候，隧道外面的强光会让驾驶员眼前出现白茫茫的一 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
片。这种现象跟黑洞现象一样，叫“白洞现象”。而“黑洞现象”的原因恰恰相反。在隧道的中央部分，隧道中的雾气在车灯的照耀下会散开，让驾驶员的视线受到影响。为了避免上述现象的产生或者说减少上述现象的发生，往往在隧道中安装一些灯光。增加了隧道中的亮度。这样就能大大减缓行车在隧道中出现的事故。
（二）国内发展现状
在国内研究情况下，主要研究方向是从照明系统的设计方法，控制方法的讨论着眼于照明系统的优化和节能，并转向实现照明自动化。上述作者的研究是基于照明曲线来控制照明系统的。照明设施往往采用的是LED灯源。有些作者的研究是在公路照明系统上依照FPGA设计。所采用的控制器是CAN现场总线，方法是对现场数据的收集和计算。对收集到的数据通过CANBUS网络技术传输到LED节点，通过这样的方式来控制LED灯源的照明，以此来提供整个隧道的照明。这样的控制方式相对其他控制方式在成本方面具有较大的优势。但是也有缺点，缺点是不能根据隧道中的车流量和车辆速度来自动控制照明设备。并不能直接的对交通流量和隧道的亮度来控制。
（三）照明系统存在的问题
传统的隧道照明会存在两个问题，一个是照明本身存在的设计问题，第二个是对灯源的控制方面存在的问题。在先前对隧道照明亮度的设计中就先考虑到随着时间的推移，隧道中的照明设备会出现亮度冗余降低现象。在实际的隧道中，较亮的灯光往往会增加实际的支出成本。往往公路运营部为了节约成本，前期考虑使用成本较低的高钠灯作为隧道的光源。但是高钠灯有一个缺点，就是作为灯源，它的使用寿命不长。综合考虑各方面的因素，使用高钠灯无遗是增加了运营成本。这么高的运营成本支出是必就造成公路的利润降低。现在对隧道照明设备的更改方向是对隧道中的车辆和速度进行实时监控，以此来控制隧道中的照明处在什么状态。
（四）本文研究内容
本课题主要是根据现有隧道的照明方式进行改进，设计一套符合实际的并且能够节省成本的隧道照明系统。首章介绍研究方法、系统软件和硬件设计以及系统控制方法的一系列讨论。使用欧姆龙的PLC来收集和传输灯和其他设备的实时信息。
第一章主要介绍了本课题的研究背景，为什么要在隧道中安装照明设备。以及现在在使用的隧道照明设备存在的问题。
第二章主要介绍的是整个隧道照明系统的硬件架构。包含但不限于电源模块，串行单元模块等。并对系统中的单元模块进行了介绍。最后介绍了控制系统调节功率用到的方法。
第三章主要介绍的是系统的软件设计部分，首先对系统的软件结构进行框架的设计。并介绍了上位机和各个软件模块之间的关系。最后介绍了PLC控制模块和相对应的程序。
第四章系统的实现，实验平台的建立，单个电路实验系统的整体调光测试，报告了调光界面和实际的照明变化，调光结果表明系统的稳定性良好。
一、隧道照明控制系统硬件设计
（一）隧道照明控制系统的硬件架构
在上一章节介绍了目前隧道中的照明系统，隧道中的照明系统在技术和系统控制方面并不相同。本文提出了一种可靠有效的实施方法，以节省隧道照明的能源，降低运营成本，并实现这一目标或技术。考虑到对系统的分析，本文设计了隧道照明控制系统。该系统的硬件架构如图11所示。
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图11控制系统硬件架构图
本课题设计的隧道照明控制系统，其控制系统的来源是基于电力线通信的Lonworks现场总线，该技术能提供隧道照明设备的网格化控制。同时该系统还能够自动的检测过往车辆的信息以及提供隧道中灯光的亮度等。这些一整套的控制都是由PLC主机计算出的输出信号通过载波的形式控制。通过收集隧道中的信息来合理的调节隧道中的照明设备亮度。以实现隧道中灯的亮度调节，节省运营成本。与此同时该系统中的另外一个优势是通过网络端口实现设备的互联。这样能够保证在远端实现对隧道中照明设备的控制。这样实现互联能够运用到一些环境较差的人迹罕至的地方。
（二）PLC系统
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