基于LED 光色動(dòng)態(tài)可調(diào)的隧道照明控制系統(tǒng)研究*

張軍朝，薛 帥，侯 瑞，張欣宇

(1.太原理工大學(xué)電氣與動(dòng)力工程學(xué)院，山西 太原030024；2.山西省電氣傳動(dòng)及物聯(lián)網(wǎng)工程研究中心，山西 太原030024；3.山西省“1331 工程”基于大數(shù)據(jù)的智慧城市照明數(shù)據(jù)共享與公共服務(wù)平臺(tái)工程技術(shù)研究中心，山西 太原030024；4.太原理工大學(xué)軟件工程學(xué)院，山西 太原030024)

隨著高速公路隧道建設(shè)事業(yè)的不斷推進(jìn)，隧道數(shù)量、總里程一直在持續(xù)增長，隧道照明控制系統(tǒng)逐漸成為海內(nèi)外相關(guān)學(xué)者競相研究的熱點(diǎn)[1]。 目前，隧道照明控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中主要考慮人眼視覺、節(jié)能與亮度之間的關(guān)系，即亮度成為隧道照明兼顧安全性與節(jié)能性的主要標(biāo)準(zhǔn)。 文獻(xiàn)[2]考慮洞外亮度、天氣條件、路面干濕情況等外部條件設(shè)計(jì)了隧道照明智能控制器，通過圖像傳感器、雨水傳感器作為環(huán)境采集裝置采集外部條件作為輸入量自動(dòng)調(diào)節(jié)亮度輸出，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能。 文獻(xiàn)[3]設(shè)計(jì)了一種隧道照明閉環(huán)反饋智慧控制系統(tǒng)，以照明所需亮度和實(shí)際測量亮度為基礎(chǔ)，采用PI 閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)方法，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)照明系統(tǒng)輸出，在保證實(shí)際照明亮度達(dá)到要求的同時(shí)最大限度地降低了能耗。 文獻(xiàn)[4]提出一種基于閉環(huán)回路串行通信結(jié)構(gòu)的LED 隧道燈調(diào)光方案，燈節(jié)點(diǎn)可通過執(zhí)行主控制器指令自動(dòng)生成地址編碼，實(shí)現(xiàn)了單燈獨(dú)立調(diào)光控制，提高了調(diào)光靈活性，具有很大的節(jié)能潛力。 上述研究都是通過調(diào)節(jié)亮度的方式達(dá)到隧道內(nèi)部安全節(jié)能的目的，設(shè)計(jì)過程中并未將光源色溫作為一項(xiàng)影響隧道交通安全的指標(biāo)來融入照明系統(tǒng)。 最新研究表明，光源色溫對駕駛員眼睛的視認(rèn)性和舒適性具有一定影響，會(huì)直接影響人眼的反應(yīng)時(shí)間及對小目標(biāo)的可見度值[5-6]。 將色溫作為隧道光環(huán)境的一項(xiàng)指標(biāo)用于指導(dǎo)照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，具有非常重要的意義。

文獻(xiàn)[7]設(shè)計(jì)的隧道照明控制系統(tǒng)可根據(jù)太陽的位置、季節(jié)、天氣等情況通過模糊控制算法自動(dòng)調(diào)節(jié)光源的亮度和色溫，實(shí)現(xiàn)隧道的最精確照明，但該系統(tǒng)缺乏一個(gè)精準(zhǔn)的色溫調(diào)節(jié)指導(dǎo)模型，色溫與亮度采用分級(jí)調(diào)節(jié)方式，不能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。 文獻(xiàn)[8]設(shè)計(jì)的隧道智慧照明控制系統(tǒng)利用洞外檢測模塊檢測洞外的光照、色溫等環(huán)境參數(shù)，并實(shí)時(shí)輸出光照需求值，在保證駕駛員行車安全的前提下，降低了隧道的能耗，提高了人眼舒適性。 但LED 調(diào)光采用電壓線性調(diào)光方式，存在色溫偏移，同時(shí)色溫調(diào)節(jié)采用冷暖白光結(jié)合方法，在顯色性上沒有優(yōu)勢。

針對上述問題，本文基于LED 光源將色溫動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)這一理念引入隧道照明系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)了一套基于LED 光色動(dòng)態(tài)可調(diào)的隧道照明控制系統(tǒng)。 采用LED 三基色光源作為照明燈具，結(jié)合PWM 調(diào)光技術(shù)，推導(dǎo)出三通道PWM 調(diào)光的光色動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)模型，并從硬件和軟件的角度給出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，最后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M。

1 隧道照明系統(tǒng)總體架構(gòu)

基于LED 光色動(dòng)態(tài)可調(diào)的隧道照明控制系統(tǒng)包括上位機(jī)控制平臺(tái)、GPRS 遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)、主控制器、ZigBee 無線通信網(wǎng)絡(luò)、分控制器、LED 燈組6 部分。 系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 隧道照明控制系統(tǒng)總體架構(gòu)

下面對圖1 中各部分的功能進(jìn)行具體闡述:

(1)上位機(jī)控制平臺(tái):在具有固定IP 地址的上位機(jī)上，基于LabVIEW 軟件開發(fā)隧道照明控制平臺(tái)，包括LED 光色動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)子程序、LabVIEW TCP/IP 通信傳輸子程序、隧道不同路段亮度調(diào)節(jié)子程序等。 控制平臺(tái)通過洞外環(huán)境條件，設(shè)置不同路段的色溫值和亮度值，經(jīng)上位機(jī)計(jì)算出占空比，傳輸?shù)紾PRS 通信模塊。

(2)GPRS 遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò):由GPRS 通信模塊組成。 通過GPRS 公網(wǎng)遠(yuǎn)程訪問具有固定IP 地址的上位機(jī)，采用TCP/IP 協(xié)議與上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)距離無線通信，負(fù)責(zé)接收上位機(jī)發(fā)送的控制指令，然后發(fā)送至主控制器。

(3)主控制器:隧道照明控制系統(tǒng)的核心部分，負(fù)責(zé)對GPRS 模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并通過串口發(fā)送給ZigBee 協(xié)調(diào)器。

(4)ZigBee 無線通信網(wǎng)絡(luò):采用星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，主控制器端配置一個(gè)ZigBee 協(xié)調(diào)器，每個(gè)LED 燈具配置一個(gè)ZigBee 終端節(jié)點(diǎn)，即一對多的通信方式。主控制器將控制指令通過ZigBee 網(wǎng)絡(luò)下達(dá)到分控制器中。 星型網(wǎng)絡(luò)適用于短隧道，當(dāng)實(shí)際隧道為長隧道、特長隧道時(shí)，可采用樹狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或者網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)搭建，在星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中增加多個(gè)ZigBee 路由器即可實(shí)現(xiàn)。 本文以短隧道ZigBee 星型無線網(wǎng)絡(luò)為例進(jìn)行說明。

(5)分控制器:一方面通過串口經(jīng)ZigBee 無線通信網(wǎng)絡(luò)接收主控制器的信息，一方面根據(jù)接收的信息輸出三路獨(dú)立的PWM 控制信號(hào)控制LED 驅(qū)動(dòng)電源，對LED 燈組進(jìn)行色溫和光通量的調(diào)節(jié)。

(6)LED 燈組:LED 光源采用三色LED

混合光源，由暖白光(ww)、綠光(g)、冷白光(cw)混合而成；具有PWM 調(diào)光功能的LED 驅(qū)動(dòng)電源。

2 LED 光色動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)模型

在1931 CIE-XYZ 標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)中，對于LED三基色的混光模型，混合光可實(shí)現(xiàn)的光色調(diào)節(jié)區(qū)域是由3 種顏色構(gòu)成的三角形區(qū)域[9]。 以暖白光(ww)、綠光(g)、冷白光(cw)為三基色，推導(dǎo)出三通道PWM 調(diào)光的光色動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)模型。 通過這個(gè)模型，理論上只要給出混合白光目標(biāo)色溫值及光通量值，便可計(jì)算得到驅(qū)動(dòng)三基色光源的三通道PWM占空比，進(jìn)而通過控制硬件電路實(shí)現(xiàn)LED 光色動(dòng)態(tài)連續(xù)可調(diào)。

采用CREE-XRE(美國科稅)公司生產(chǎn)的暖白、綠、冷白三色LED 燈珠制作實(shí)驗(yàn)光源，功率都為1W。 使用杭州創(chuàng)惠公司的CMS-3000S 高精度光譜分析儀測量三色LED 在額定電流工作狀態(tài)下的光色度學(xué)參數(shù)，參數(shù)如表1 所示。

表1 LED 三基色的光色電參數(shù)

1931 CIE-XYZ 色度圖中按表1 中的坐標(biāo)進(jìn)行繪圖，三色基礎(chǔ)光源調(diào)色范圍如圖2 所示。

圖2 LED 三基色混光范圍

從圖2 可看出由暖白、綠、冷白三色光源圍成的三角形區(qū)域可將黑體軌跡線上正常白光段覆蓋，理論上可實(shí)現(xiàn)色溫可調(diào)的白光。 設(shè)混合白光的相關(guān)色溫為T，色品坐標(biāo)為(xw，yw)，光通量為Фw，三刺激值為(Xw，Yw，Zw)，使用的3 種LED 基礎(chǔ)光源的色品坐標(biāo)分別為暖白光(xww，yww)、綠光(xg，yg)、冷白光(xcw，ycw)，光通量分別為Фww、Фg、Фcw，三刺激值分別為(Xww，Yww，Zww)，(Xg，Yg，Zg)、(Xcw，Ycw，Zcw)。

2.1 混合白光相關(guān)色溫與色品坐標(biāo)的關(guān)系

在照明控制系統(tǒng)中，混合白光的相關(guān)色溫T 是隨機(jī)給出的，需要根據(jù)相關(guān)色溫T 計(jì)算色品坐標(biāo)。采用黑體軌跡的Chebyshev 法來根據(jù)混合白光色溫值確定相應(yīng)的色品坐標(biāo)[10]:

在式(1)、式(2)中，計(jì)算得到的坐標(biāo)(u，v)是1960 CIE-UCS 色度圖中的坐標(biāo)，需根據(jù)式(3)、式(4)將坐標(biāo)(u，v)轉(zhuǎn)換成1931 CIE-XYZ 色度圖中的色品坐標(biāo)(x，y)形式，然后進(jìn)行后續(xù)計(jì)算:

2.2 混合白光色品坐標(biāo)與PWM 占空比的關(guān)系

在LED 混光中，混合光的光通量為LED 在額定電流下的光通量與對應(yīng)PWM 占空比的線性組合[11]，即:

在1931 CIE-XYZ 標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)下，根據(jù)CIEXYZ 和CIE-xyY 兩個(gè)色彩空間的數(shù)值轉(zhuǎn)換關(guān)系[12]，可得出混合白光三刺激值與三色基礎(chǔ)光源三刺激值的關(guān)系為:

1931 CIE-XYZ 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，X、Z 兩個(gè)量只代表色度，沒有亮度，但其數(shù)值與色品坐標(biāo)成比例關(guān)系。光通量Ф 與三刺激值Y 相等[13]，則三色基礎(chǔ)光源三刺激值可表示為:

根據(jù)式(14) ～式(16)可知，在三基色色品坐標(biāo)、光通量已知的情況下，只要給出混合白光的相關(guān)色溫以及期望光通量，便可得出三基色的電氣占空比。

3 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 主控制器與分控制器選型

主控制器選用Arduino 系列開發(fā)板中的Arduino Mega2560 模塊。 該模塊集成4 路通信串口，具體引腳分布為:引腳0(RX)和引腳1(TX)、引腳15(RX)和引腳14(TX)、引腳17(RX)和引腳16(TX)、引腳19(RX)和引腳18(TX)。 4 路串口可完全保證主控制器與GPRS 通信模塊、ZigBee 協(xié)調(diào)器通信使用。

分控制器采用Arduino 系列開發(fā)板中的Arduino UNO 模塊。 該模塊集成1 路通信串口，即引腳0(RX)和引腳1(TX)，用于分控制器接收控制指令[14]，同時(shí)模塊的3 個(gè)數(shù)字引腳9、10、11 用于輸出三路獨(dú)立的PWM 占空比信號(hào)。

3.2 GPRS 通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

GPRS 通信模塊選用SIM900 GSM/GPRS 擴(kuò)展板。 GPRS 通信模塊與主控制器之間通過串口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，連接方式為:首先將GPRS 通信模塊與主控制器之間的地和電源引腳連接，其次將主控制器的引腳19(RX)和引腳18(TX)組成的串口與GPRS模塊的串口TXD、RXD 引腳相連，這樣通過GPRS模塊實(shí)現(xiàn)主控制器與上位機(jī)控制平臺(tái)之間的無線通信，圖3 所示為連線示意圖。

圖3 主控制器與GPRS 模塊連線示意圖

由于GPRS 通信模塊已內(nèi)置TCP/IP 協(xié)議，因此主控制器只需使用AT 指令便可訪問GPRS 通信模塊，并進(jìn)行數(shù)據(jù)接收[15]。 兩個(gè)模塊在上電或復(fù)位工作后，首先要進(jìn)行串口通信波特率設(shè)置，系統(tǒng)將波特率設(shè)置為9 600 bit/s，編程設(shè)置語句為Serial.begin(9600)。 串口波特率設(shè)置完成后，需要激活GPRS模塊相關(guān)功能，即可實(shí)現(xiàn)GPRS 模塊與主控制器的串口通信。

3.3 ZigBee 無線通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

選用的ZigBee 模塊具體型號(hào)為XBee S2。 XBee S2 模塊與Arduino 模塊之間皆采用串口通信方式，具體為串口transparent 操作模式。 XBee S2 模塊作為協(xié)調(diào)器與主控制器的串口連接示意圖如4 所示。

圖4 協(xié)調(diào)器與主控制器連接示意圖

XBee S2 模塊作為終端節(jié)點(diǎn)設(shè)備與分控制器串口的連接示意圖如圖5 所示。

圖5 終端節(jié)點(diǎn)設(shè)備與分控制器連接示意圖

具體通信過程如下:主控制器接收到GPRS 模塊送來的控制指令，直接通過串口將控制指令傳輸給XBee S2 協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器按照ZigBee 協(xié)議將控制指令通過ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)傳輸給XBee S2 終端節(jié)點(diǎn)設(shè)備，終端節(jié)點(diǎn)設(shè)備再經(jīng)串口將控制指令下發(fā)給分控制器。 這樣主控制器與分控制器之間就通過ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)建立了一條無線傳輸通道。

3.4 光源驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

LED 屬恒流器件，驅(qū)動(dòng)電源需輸出三路恒流分別對三基色LED 光源供電，以便調(diào)節(jié)PWM 占空比得到理想的光源色溫輸出。 光源采用暖白光、綠光、冷白光三色LED 混合光源，故需要3 組獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)電源，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電源需支持PWM 調(diào)光功能。 本文選擇PT4115 驅(qū)動(dòng)芯片，支持PWM 信號(hào)控制方式，同時(shí)能夠提供恒流驅(qū)動(dòng)[16]。 設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路如圖6 所示。

圖6 PT4115 驅(qū)動(dòng)電路

4 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)

4.1 下位機(jī)色溫調(diào)節(jié)程序設(shè)計(jì)

采用Arduino 專用的Arduino IDE 軟件對分控制器進(jìn)行色溫調(diào)節(jié)程序設(shè)計(jì)。 控制指令來源于上位機(jī)的計(jì)算值，并通過串口發(fā)送。 分控制器串口接收的控制指令是一串以英文逗號(hào)字符分隔的數(shù)字，例如255，100，158，代表三路不同的PWM 占空比信號(hào)，設(shè)計(jì)的程序通過識(shí)別逗號(hào)分隔符以數(shù)組存儲(chǔ)方式將三路占空比信號(hào)獨(dú)立分開并經(jīng)引腳9、10、11 輸出PWM 信號(hào)控制LED 驅(qū)動(dòng)電路。

色溫調(diào)節(jié)程序設(shè)計(jì)過程中，需用到串口波特率設(shè)置函數(shù)Serial.begin(9600)；串口通道信息讀取函數(shù)Serial.read()；模擬值(PWM 信號(hào))輸出函數(shù)analogWrite()；引腳輸出指定函數(shù)pinMode()等，色溫調(diào)節(jié)程序流程框圖如圖7 所示。

圖7 色溫調(diào)節(jié)程序流程框圖

4.2 上位機(jī)控制平臺(tái)設(shè)計(jì)

上位機(jī)控制平臺(tái)采用LabVIEW 軟件進(jìn)行界面開發(fā)[17]，主要由系統(tǒng)登錄子程序、LabVIEW TCP/IP通信傳輸子程序、LED 光色動(dòng)態(tài)可調(diào)子程序、隧道不同路段光色調(diào)節(jié)子程序組成。

4.2.1 系統(tǒng)登錄子程序

系統(tǒng)登錄子程序作為用戶與控制平臺(tái)的橋梁，具有十分重要的安全意義。 程序中包括用戶名、登錄密碼選項(xiàng)，用戶只有輸入正確信息，才有權(quán)限進(jìn)行控制平臺(tái)的操作，同時(shí)該程序還有修改密碼選項(xiàng)，十分便捷。 系統(tǒng)登錄子程序框圖如圖8 所示。

圖8 系統(tǒng)登錄子程序框圖

4.2.2 LabVIEW TCP/IP 通信傳輸子程序

上位機(jī)LabVIEW 軟件與GPRS 模塊之間采用TCP/IP 協(xié)議相互通信。 LabVIEW TCP/IP 通信傳輸子程序框圖如圖9 所示。

圖9 LabVIEW TCP/IP 通信傳輸子程序框圖

4.2.3 LED 光色動(dòng)態(tài)可調(diào)子程序

LED 光色動(dòng)態(tài)可調(diào)子程序是根據(jù)第2 節(jié)推導(dǎo)出的計(jì)算模型開發(fā)的，通過公式數(shù)學(xué)→腳本與公式→公式，將計(jì)算模型進(jìn)行圖形化編程。 圖10 所示為LED 光色動(dòng)態(tài)可調(diào)子程序框圖。

圖10 LED 光色動(dòng)態(tài)可調(diào)子程序框圖

4.2.4 隧道不同路段亮度調(diào)節(jié)子程序

隧道一般分為入口段、過渡段、中間段、出口段，每一段都有其對應(yīng)的照明亮度標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則[18]，開發(fā)了根據(jù)洞外亮度可調(diào)節(jié)的隧道不同路段亮度調(diào)節(jié)子程序。 圖11 所示為隧道不同路段亮度調(diào)節(jié)子程序框圖。

圖11 隧道不同路段亮度調(diào)節(jié)子程序框圖

4.2.5 控制平臺(tái)程序

將LED 光色動(dòng)態(tài)可調(diào)子程序、TCP/IP 通信傳輸子程序、隧道不同路段亮度調(diào)節(jié)子VI 合并，搭建上位機(jī)控制平臺(tái)。 圖12 所示為控制平臺(tái)程序框圖。

圖12 控制平臺(tái)程序框圖

4.2.6 上位機(jī)控制平臺(tái)界面

圖13 所示為控制平臺(tái)的登錄界面。

圖13 登錄界面

圖14 所示為由LED 光色動(dòng)態(tài)可調(diào)子程序生成的PWM 占空比計(jì)算界面。 通過該界面，在LED 三基色光源參數(shù)已知的情況下，只要將光源基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)定好，并給出混合白光目標(biāo)色溫及目標(biāo)光通量，便可在線實(shí)時(shí)計(jì)算出所需的三路獨(dú)立PWM 占空比信號(hào)。

圖14 PWM 占空比計(jì)算界面

將LED 光色動(dòng)態(tài)可調(diào)子程序、TCP/IP 通信子程序、隧道不同路段亮度調(diào)節(jié)子程序合并，組成LED 光色動(dòng)態(tài)可調(diào)隧道照明控制平臺(tái)界面，如圖15所示。 該控制平臺(tái)可根據(jù)隧道洞外的亮度和天氣情況設(shè)置色溫值和亮度值，進(jìn)而控制下位機(jī)實(shí)現(xiàn)LED光色調(diào)節(jié)。

圖15 隧道照明控制平臺(tái)界面

5 模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)效果驗(yàn)證

為驗(yàn)證系統(tǒng)的可行性，根據(jù)上述內(nèi)容，在實(shí)驗(yàn)室將上位機(jī)控制平臺(tái)和下位機(jī)軟硬件系統(tǒng)進(jìn)行搭建，重點(diǎn)對LED 光色動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)這一重要功能在隧道中的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行測試。 采用12 盞由暖白光、綠光、冷白光3 種光源混合的LED 燈具作為模擬測試光源，具體的燈具分布情況如表2 所示。

表2 燈具分布情況

從表2 中可看出，其中入口段2 盞為TH1 和TH2 兩段各分布一盞；入口過渡段3 盞為TR1、TR2、TR3 三段各分布一盞；中間段2 盞；出口過渡段3 盞為TR1、TR2、TR3 三段各分布一盞，出口段2盞為TH1 和TH2 兩段各分布一盞，這樣的分布方式實(shí)際模擬隧道內(nèi)頂部安裝燈具效果。

各隧道路段采用不同的色溫組合方案，其中:入口段和出口段色溫隨外界環(huán)境變化而調(diào)節(jié)；中間段色溫采用漸變色溫組合方案，具體的方案組合變化情況如表3 所示，該組合方案反應(yīng)時(shí)間最短，可保證駕駛員快速識(shí)別障礙物并且緩解視覺疲勞[5]。

表3 中間段色溫組合方案

結(jié)合燈具分布情況及色溫調(diào)節(jié)方案，下面對隧道各路段LED 光色動(dòng)態(tài)變化與PWM 控制信號(hào)之間的關(guān)系進(jìn)行驗(yàn)證。 根據(jù)表2 將隧道不同路段燈具按照實(shí)際要求順序擺好，并與分控制器進(jìn)行連接。 由上位機(jī)通過控制平臺(tái)發(fā)送控制指令，分控制器通過串口接收控制指令，各分控制器獨(dú)立輸出三路PWM控制信號(hào)控制相應(yīng)路段的LED 光源進(jìn)行光色動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。 圖16 所示為搭建的照明控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

圖16 照明控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

經(jīng)過各部分之間聯(lián)合調(diào)試，LED 光色動(dòng)態(tài)可調(diào)隧道照明控制系統(tǒng)可以穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。 圖17(a)、17(b)所示為系統(tǒng)模擬的照明效果圖。 圖17(a)為入口段3 000 K、中間段7 500 K、出口段4 000 K 的照明效果圖。 效果圖一中各色溫段對應(yīng)的占空比數(shù)值如表4 所示。

圖17 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)M照明效果圖

表4 效果圖一各色溫段對應(yīng)占空比

圖17(b)為入口段6 500 K、中間段4 500 K、出口段3 000 K 的照明效果圖。 效果圖二中各色溫段對應(yīng)的占空比數(shù)值如表5 所示。

表5 效果圖二各色溫段對應(yīng)占空比

根據(jù)以上模擬實(shí)驗(yàn)可以看出，該系統(tǒng)可通過上位機(jī)準(zhǔn)確輸出PWM 占空比控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)隧道不同路段照明環(huán)境的實(shí)時(shí)光色動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

6 結(jié)語

為提高隧道照明環(huán)境的視認(rèn)性和舒適性，滿足人眼視覺需求，解決長期困擾隧道照明的“白洞效應(yīng)”和“黑洞效應(yīng)”問題，達(dá)到按需照明、有效節(jié)能的目的，本文以Arduino 開源平臺(tái)為核心，設(shè)計(jì)了一套基于LED 光色動(dòng)態(tài)可調(diào)的隧道照明控制系統(tǒng)。 通過搭建模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)驗(yàn)證得到，設(shè)計(jì)的ZigBee、GPRS 通信網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線通信，避免了有線布線的困擾；LED 光色動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)模型可以很好地指導(dǎo)光源進(jìn)行光色動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，借助LabVIEW 軟件準(zhǔn)確輸出控制指令，實(shí)現(xiàn)了隧道內(nèi)部不同路段照明環(huán)境的實(shí)時(shí)光色動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，為隧道照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了一定的參考。