基于STM32的隧道照明智能控制系统设计

摘要

随着国内公路建设的快速发展，隧道数量也在逐年增多。隧道作为特殊的公路路段，其内的光线亮度与外界相差甚大。因此，需要在其内部安装照明设施，以减少驾驶员进出隧道时引起的视觉问题，从而保证行车人员的安全。目前，大多数的隧道照明控制系统采用的是时序分级控制法，该方法是根据不同时段的照明预案对隧道照明回路的逻辑开关进行控制的，照明值的设定均以设计参数的最大值来考虑，无法依据实时环境参数进行动态合理地调节隧道内的照明亮度，不仅给行车人员带来安全隐患，还造成了一定程度的能源浪费。因此，针对传统照明控制系统存在的能耗大、适应性差、安全性低、智能化程度低等问题，本文以“按需照明”为理念、节能为宗旨、新型照明调光技术为基础，构建一套基于STM32的隧道照明智能控制系统，重点围绕智能控制和节能两个方面进行研究。具体工作如下:
　　首先，本文从隧道照明的相关技术出发，对比分析无极灯、钠灯和LED灯三种常见的隧道照明装置，并介绍隧道照明中手动、自动、智能三种控制技术，同时列举目前常用的照明调光技术和信号传输方式，并对比分析各自的原理及优缺点，从而引出本文所设系统所需的节能控制技术。
　　其次，针对大长隧道，本文从总体结构上对隧道照明系统进行分析与设计:将系统分为监控中心和控制中心，重点采用分层思想将控制中心分为主控制器、调光控制器和LED控制器，并对各部分之间的通信方式和系统的控制方式进行选择与分析。同时对系统的控制策略进行研究:依据《公路隧道照明设计细则》中的设计要求，结合模糊神经网络控制算法，建立以隧道洞外亮度、过往车辆的车速及车流量为输入参数，以隧道照明调光值为输出的控制模型，并对该模型的控制效果进行了验证。
　　最后，针对所设系统的控制单元进行详细设计。主要以STM32为主控芯片进行主控制器、调光控制器、LED控制器的设计。其中主控制器用于接收洞外亮度、车速及车流量等实时数据，并经过控制算法的处理，输出照明调光信号;调光控制器，接收主控制器下发的调光指令，制定相应的调光策略，进一步输出调光指令;LED控制器接收调光控制器下发的调光指令，驱动LED照明装置，完成隧道照明调光任务，实现“按需照明”，达到节能目的。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的研究背景与意义

1．2 隧道照明的国内外研究现状及发展

1．2．1 国内外研究现状

1．2．2 目前发展趋势

1．3 课题的研究目的及内容

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究内容

1．4 论文安排

2 系统相关技术概述

2．1 照明装置

2．2 照明控制方式

2．3 照明调光技术

2．4 照明控制信号传输方式

2．5 小结

3 系统总体设计

3．1 系统功能需求分析

3．2 系统总体结构设计

3．3 系统通信方式

3．3．1 一级通信

3．3．2 二级通信

3．4 控制方式分析

3．5 小结

4 系统控制策略

4．1 公路隧道照明设计要求

4．1．1 入口段照明

4．1．2 过渡段照明

4．1．3 中间段照明

4．1．4 出口段熙明

4．1．5 应急照明

4．2 模糊神经网络原理

4．2．1 模糊控制

4．2．2 神经网络

4．2．3 模糊神经网络

4．3 基于模糊神经网络的隧道照明控制

4．3．1 模糊规则库的建立

4．3．2 模糊神经网络训练算法

4．4 实验仿真

4．5 小结

5 隧道照明控制单元设计

5．1 硬件架构设计

5．2 一级主控制器硬件设计

5．2．1 采集设备选择

5．2．2 硬件组成

5．2．3 电路设计

5．3 二级调光控制器硬件设计

5．3．1 硬件组成

5．3．2 电路设计

5．4 三级LED控制器硬件设计

5．4．1 硬件组成

5．4．2 电路设计

5．5 系统软件设计

5．5．1 控制单元程序设计

5．5．3 通信协议设计

5．6 小结

结论

致谢

参考文献

附录

攻读学位期间的研究成果