基于电力载波通信的LED隧道照明控制器设计

摘 要

随着经济的发展，人类的活动范围不再受到自然环境的制约，越来越多的穿山高速公路和地铁等隧道工程逐步建立起来。而穿山高速公路以及地铁等工程都涉及到了照明系统，由于这些地方通常地处偏僻，距离总控制室很远，导致人工控制很难达到目的。为了更合理的利用电力资源，减少资源浪费，并方便控制相关的照明设施，本文提出了一种基于电力载波通信的LED隧道照明控制器。控制器主要由LED恒流驱动电路以及相应的主控单元等组成，可以实现对LED隧道照明进行组网控制，且经过测试表明该控制器控制效果非常好，工作稳定并且不需要太多的成本投入，有着广阔的应用前景。

【关键词】电力载波通信 LED隧道照明控制器 设计

照明系统是隧道机电工程里最根本，最关键的一部分，照明系统直接关系着隧道的安全和人们的出行。对于照明系统的控制，既能做到减少人力消耗，也能减少能源的损耗和浪费。近几年来，随着我国大功率LED技术的广泛发展，照明产业也迎来了新的机遇与挑战，LED技术开始被广泛运用到通用照明领域。目前，我国隧道照明的控制方式分为三种，即人工手动控制、自动实时控制以及分时段时序控制。这些控制方式存在着一定的局限性，大多数无法进行远程控制。如果隧道地处偏僻地区，那么将很难实现对照明系统的实时控制。因此，笔者结合实践设计出一种基于电力载波通信的LED隧道照明控制器，以此来弥补传统控制系统存在的不足。

1 低压电力载波通信技术的基本概念

在对新型控制器的设计做介绍之前，笔者先来谈一谈低压电力载波通信技术。所谓低压电力载波通讯技术就是将低压配电线作为信息传输介质，从而进行对数据或者语音等的传输。鉴于供电网是一种低成本且方便可靠的通信媒介，因此，使得电力载波通信也变得成本低且方便易实现。随着低压电力载波通信技术的不断发展，电力载波通信已经被广泛应用到众多远程控制系统中。所以，将低压电力载波技术引入到隧道LED照明控制系统中也具有可行性。

2 基于电力载波通信的LED隧道照明控制器构造及工作原理

2.1 控制系统及控制器的组成

控制器的系统主要有远程监控系统、现场智能化的LED隧道照明控制器单元以及隧道路段照明集中控制器。远程控制系统和集中控制器间用GPRS网络实现连接，并且集中控制器是通过电力载波通信网来对各个照明控制器终端数据进行采集的。采集处理后再传输到远程上位机上，同时接收并转发上位机的指令信息，最后由控制器终端实现指令信息的接收和执行。控制器主要由主控单元、LED恒流驱动电路以及电力载波模块组成，主要负责对LED恒流输出以及PWM调光等功能进行控制。主要包括环境照度检测电路、电力载波通信电路、人机接口电路以及PWM调光控制电路等。

2.2 控制器硬件与软件设计

控制器的硬件部分主要分为：主控单元MCU、低压电力载波通信电路、LED恒流驱动电路以及其它电路。主控单元的芯片采用的是NEC高性能单机片即MCU。以NEC78F0511为控制核心，其具有良好的集成性能，集成自带内部晶振、串行接口、内嵌8通道10位转换器、内置看门狗定时器、PWM定时计数器等多种功能以及丰富的I/O接口。对于低压电力载波通信电路采用的是北京福星晓程电子科技股份公司的PL2102芯片，该芯片是特别针对电力网的特点进行研发。它由单一的+5伏电压供电，以及一个外部的接口电路与电力线耦合，设计非常简单。通常大功率的LED需要采用恒流源进行驱动，以保障LED使用的安全性，并能够达到理想的发光强度。本设计采用带PFC的AC/DC开关以及DC/DC的恒流驱动两级电路结构，更能提高电源的可靠性。设计的控制器LED恒流驱动电路，前级采用带PFC的AC/DC开关，后级采用DC/DC恒流驱动芯片XL6005所组成的驱动电路。对于其他硬件电路，照度检测电路，采用的是光敏电阻经过放大处理后，经过MCU的A/D转化并采集后进行处理。按键采用独立按键形式，车流量监测电路采用的是红外线监测系统，电源采用开关电源组成正五伏稳压输出。对于控制器软件是基于NEC集成开发平台PM+V6.30进行设计的，主要的功能模块采用的是C语言程序行进编写的。

2.3 控制器工作原理

控制器需要实时的与隧道路段集中控制器通过电力载波通信单元实现数据交换，并及时反馈有关LED隧道灯具的各种参数信息，接受相应的指令并执行相关动作。控制器可以设定成两种模式，即就地控制和远程控制。如果设定为就地控制，控制器只需负责上传相应的参数信息，并根据实时的环境流度以及车流量的大小就地对LDE调光控制。如果设定成远程控制模式，控制器除了要上传相关参数信息外，还要负责接收集中控制器的指令并进行控制动作。

3 结语

综上可见，基于低压电力载波通信的LED照明控制器的设计，具有成本较低、可靠性高且容易实现等的特点，不仅可以实现对每盏LED隧道灯具的远程开关，还可以实时的检测工作状态和故障等，减少了传统远程控制通信在布线上的投入成本，增加了系统的经济性与灵活性，进而提高了自动化水平，为LED照明控制技术发展提供了新的思路和方向。

参考文献

[1]张玲，郝翠霞.LED隧道照明控制系统的研究与开发[J].照明工程学报，2011，（04）.

[2]汪义旺，张波，吴铄.基于电力载波通信的LED隧道照明控制器设计[J].电源技术，2011，（08）.

[3]徐立鑫.基于电力线载波通信的高速公路隧道照明系统的远程控制[D].陕西科技大学，2012.

作者单位

河北省廊坊开发区东之乔通信工程有限公司 河北省廊坊市 065000