系统控制方案0809.docx

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系统控制方案0809

系统控制方案20110809

发光二极管灯隧道无级调光系统的工作模式可分为两种，一种是调光+监控模式，另一种是调光模式。

在主机软件上选择操作模式。

1）调光+监控模式:

主机软件可以通过发送不同的控制命令来改变隧道内灯的亮度；同时，可以采集灯的工作状态，判断灯电源或发光二极管是否正常工作。

2）调光模式:

主机软件可以通过发送不同的控制命令来改变隧道内灯的亮度，但不能采集灯的实时工作状态2.系统硬件实现1）调光+监控模式:

该模式要求灯有自己的控制器来检测灯的工作状态。

整个系统可以分为三级控制结构，如图1所示2）调光模式

该模式不要求灯有自己的控制器来检测灯的工作状态。

整个系统可以分为两个阶段的控制结构，如图2所示。

3.系统各硬件部分描述1）调光+监控模式

系统分为三级控制结构

（1）控制中心主机软件:

通过主机软件控制隧道现场灯的亮度，实时采集灯的工作状态

（2）区域控制器

通过接收主机软件的命令来控制灯的亮度，并实时收集灯的工作状态并上传到主机软件

对于不同长度的隧道，区域控制器的数量也是不同的，不同的区域控制器通过IP地址来区分

-1-

区域控制器和监控计算机通过简单网络管理协议（SNMP）相互通信网络电缆光纤转换器光纤转换器光纤转换器光纤转换器光纤转换器监控计算机（主机软件）网络电缆光纤

区域控制器区域控制器区域控制器RS485灯控制器灯控制器灯控制器灯控制器灯控制器灯控制器灯控制器灯控制器灯控制器灯控制器灯控制器灯控制器灯控制器灯控制器灯控制器灯控制器灯控制器灯控制器灯图1调光+监控模式系统硬件部分结构图

-2-

网络电缆光纤转换器光纤转换器监控计算机（主机软件）网络电缆光纤转换器光纤转换器光纤转换器光纤转换器光纤转换器

区域控制器区域控制器区域控制器区域控制器0-5V控制电压信号灯灯灯灯灯灯灯灯灯灯灯灯灯图2调光模式系统硬件结构图

-3-

区域控制器和灯控制器使用自定义串行端口协议（RS485总线）和半双工查询方法

区域控制器硬件采用工业控制板和RS232/RS485转换器，可分为四路RS485输出，每路最大理论节点数为128

③灯控制器

灯控制器安装在灯上，通过RS485总线与区域控制器通信，负责接收区域控制器的命令，改变灯驱动电源的输出电流或将灯的工作状态返回给区域控制器

灯控制器以工业单片机为核心，调光部分采用脉宽调制控制方式。

状态获取部分判断电源工作状态和发光二极管的工作状态灯控制器的电源由发光二极管驱动电源提供。

（4）光纤转换器

作为监控中心一般远离隧道现场，直接网络传输只能保证100米的距离，因此在监控中心和区域控制器之间增加一个光纤转换器，将网络数据转换成光纤信号传输

根据现场实际情况，如果隧道现场已经有网络交换机，区域控制器可以直接连接到网络交换机，不需要光纤转换器如果现场没有网络交换机，可以选择即插即用型工业以太网交换机或网络管理型工业以太网交换机（环网自愈型）。

2）调光模式

系统分为两种控制结构

（1）控制中心主机软件:

通过主机软件控制隧道现场灯的亮度

（2）区域控制器

通过接收来自主机软件的命令来控制灯的亮度

对于不同长度的隧道，区域控制器的数量也是不同的，不同的区域控制器通过IP地址来区分

区域控制器使用简单网络管理协议（SNMP）与监控计算机通信区域控制器使用0-5VDC电压信号来控制灯，0V对应最高亮度（100%），5V对应最低亮度（0%）

区域控制器的硬件采用工业级工业控制板（带数模转换模块）和0-5V控制信号驱动

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通道，可分为四个输出通道，每个驱动电流不小于30mA，每个通道理论最大灯数为400个

③带调光+监控模式的光纤转换器（4）灯控制器灯控制器

2，系统功能

1，兼容性要求

①系统主机软件应兼容调光模式和调光+监控模式。

主机软件可用于选择系统工作的模式。

为了防止用户误操作，需要设置模式切换的权限。

（2）两种模式下区域控制器的硬件和软件可以不同

③一套主机软件（即控制主机）可以控制多孔灯，数量不少于10孔

④考虑到控制和显示清晰，系统控制分为单洞控制。

例如，前一坪隧道可分为两个洞:

前一坪左洞和前一坪右洞在控制和显示2.调光+监控模式下的系统功能

①主机软件应能在初始化时输入隧道相关信息，至少应包括隧道名称（包括左右洞）、出口方向、入口方向、隧道长度、设计速度、设计交通量、隧道外亮度等。

（2）主机软件应能够输入初始化期间所有隧道洞使用的区域控制器的相关信息，至少应包括区域控制器的IP地址、每个分支控制的灯的数量以及每个分支所属的隧道段（例如入口段、过渡段等）。

）

【原则上，区域控制器的同一个分支只能控制同一区段的灯，但同一区域控制器的不同分支可以分别控制不同区段的灯】（3）初始化时，主机软件应能输入所有控制灯的相关信息，至少包括灯所属区域控制器的IP、灯所属区域控制器的分支、灯所属的隧道段、灯的逻辑地址、灯的物理地址、灯的电源状态、灯的发光二极管状态、灯的工作时间、灯的调光参数等。

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[灯的电源状态、灯的发光二极管状态、灯的工作时间、灯的调光参数在初始化时可能没有填入具体的值；灯的逻辑地址可以在区域控制器的不同分支中重复。

灯具的物理地址应考虑系统容量，至少应为2字节。

④主机软件应支持增加或减少灯具数量的功能。

⑤主机软件应支持将区域控制器控制的灯的相关信息传递给区域控制器的功能。

主机软件上的所有灯数量和信息变化可以自动传送到相应的区域控制器。

⑥主机软件的调光模式应包括手动模式、自动时间控制模式和自动灯光控制模式，可在软件中灵活选择。

⑦主机软件的手动调光模式应支持以下功能:

★预置方案功能

可以预先输入多个预置方案，每个方案可以预先设置隧道各段的亮度。

选择不同的方案后，整个隧道的亮度将同时改变。

预设方案的数量不得少于8个★区间调光功能

可以选择隧道的某一段进行调光。

设置调光参数后，该部分中的所有灯都将被统一调整到设置的亮度。

★区域控制器调光功能

可以选择隧道的某个区域控制器进行调光。

设置调光参数后，区域控制器下的所有灯都被统一调整到指定的亮度。

也可以选择区域控制器的一个分支进行调光，在设置调光参数后，该分支下的所有灯都被统一调整到指定的亮度。

★单灯调光功能

可以选择隧道中的一盏灯进行调光。

设置调光参数后，灯被调整到规定亮度

[主要用于测试]⑧主机软件的自动时间控制模式可以在选择不同的预设方案后，根据方案中的时间段自动调整隧道亮度

预置方案的数量不少于8个

每个预设方案的时间段不得少于5段。

-6-

每个孔的预设方案可以不同

⑨主机软件的自动灯光控制模式应支持以下功能:

★亮度采集设备应设置在隧道现场

★根据现场实际情况，即隧道之间的距离，系统中可以有任何亮度采集设备

★软件中可以为不同的隧道分配多个亮度采集设备，即用于隧道亮度控制的亮度采集设备的参数

★亮度采集设备连接到独立的控制器。

控制器和其他区域控制器形成光纤环形网络，亮度参数返回给主机软件。

★自动灯光控制模式应能在软件中设置调光关系，即当采集到隧道外的不同亮度时，应调整隧道内各段的亮度以入口段为例:

孔外亮度（设备返回值）0501002002000

每个段至少可以通过5个亮度文件进行调整，孔外亮度是指设备返回值，段内亮度是亮度比例

★为避免亮度边界频繁调整，应进行软件滤波

⑩主机软件应能清晰显示所有被管理灯具的实时状态，并能以图例或统计表的形式显示在界面上出现故障灯时应有提示功能，当故障灯数量超过一定数量时应发出声音报警（故障灯数量上限可在软件中设置）

段入口段入口段入口段入口段入口段亮度（100%）10204070100[灯状态分为正常、电源故障、发光二极管故障、通讯故障）？

主机软件应能够根据灯的逻辑地址和物理地址计算故障灯在隧道中的位置。

-7-

以里程数的形式显示为了实现这一功能，主机软件应能输入不同路段灯之间的实际间距，同时应能输入隧道入口处第一个灯的起始里程数。

？

主机软件应该能够清楚地显示所管理的所有区域控制器的实时状态，并且可以在界面上以图例或文本的形式显示当故障区域的控制器出现时，应发出声音警报。

？

根据灯的实时状态，主机软件应该能够计数每个灯的工作时间。

？

当区域控制器和主机软件之间的通信中断时，区域控制器可以根据预设的调光方案进行控制，因此主机软件应该具有下载区域控制器的预设调光方案的功能。

应在主机软件上设置

预设调光方案，然后传输至区域控制器。

注意:

不同的区域控制器可能有不同的预设方案。

预设方案应包括设置区域控制器所有分支的调光参数

？

主机软件应支持灯信息的查询功能。

输入灯的某个属性后，应能查询其他相关信息。

例如，进入右侧隧道入口段的“入口段”以查找隧道入口段中所有灯的其他信息

？

主机软件应具有操作权限的控制功能

？

主机软件应具有备份灯具和区域控制器相关数据库的功能，并可转换成EXCEL格式输出。

3，调光模式下的系统功能

①主机软件应能在初始化时输入隧道相关信息，至少应包括隧道名称（包括左右洞）、出口方向、入口方向、隧道长度、设计速度、设计交通量、隧道外亮度等。

（2）主机软件应能在初始化期间输入所有隧道洞使用的区域控制器的相关信息，至少应包括区域控制器的IP地址、每个分支控制的灯的数量、隧道段（如入口段、过渡段等）。

）以及每个分支的调光参数等。

【原则上，区域控制器的同一支路只能控制同一区段的灯，但同一区域控制器的不同支路可以分别控制不同区段的灯】（3）主机软件应支持增加或减少灯数的功能

④主机软件的调光模式应包括手动模式、自动时间控制模式和自动灯光控制模式。

这三种模式可以在软件中灵活选择

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⑤主机软件的手动调光模式应支持以下功能:

★预置方案功能

可预先输入多种预置方案，每种方案可预先设置隧道各段的亮度。

选择不同的方案后，整个隧道的亮度将同时改变预设方案的数量不得少于8个★区间调光功能

可选择区间隧道进行调光。

设置调光参数后，该部分中的所有灯都将被统一调整到指定的亮度。

★区域控制器调光功能

可以选择隧道的某个区域控制器进行调光。

设置调光参数后，区域控制器下的所有灯都被统一调整到指定的亮度。

也可以选择区域控制器的一个分支进行调光，在设置调光参数后，该分支下的所有灯都被统一调整到指定的亮度。

⑥主机软件的自动定时控制模式，可以根据方案中的时间，在选择不同的预设方案后，自动调整隧道亮度

预置方案的数量不少于8个

每个预设方案的时间段不得少于5段。

每个孔的预设方案可以不同

⑦主机软件的自动灯光控制模式应支持以下功能:

★隧道现场应设置亮度采集设备

★根据现场实际情况，即隧道之间的距离，系统中可以有任何亮度采集设备

★软件中可以为不同的隧道分配多个亮度采集设备，即用于隧道亮度控制的亮度采集设备的参数

★亮度采集设备连接到独立的控制器。

控制器和其他区域控制器形成光纤环形网络，亮度参数返回给主机软件。

★自动灯光控制模式应能在软件中设置调光关系，即当采集到隧道外的不同亮度时，应调整隧道内各段的亮度

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以入口段为例:

孔外亮度（设备的返回值）0501002002000

每段至少可通过5个亮度文件进行调整，孔外亮度指设备的返回值，段内亮度为亮度比例

★为避免亮度边界频繁调整，应进行软件滤波

⑧主机软件应能清晰显示所管理的所有灯具的实时调光参数，并能在界面上以图例或文字的形式显示

⑨主机软件应能清晰显示所管理的所有区域控制器的实时状态，并能在界面上以图例或文字的形式显示当故障区域的控制器出现时，应发出声音警报。

⑩主机软件应能根据灯的调光状态计算出每个支灯的工作时间。

？

当区域控制器和主机软件之间的通信中断时，区域控制器可以根据预设的调光方案进行控制，因此主机软件应该具有下载区域控制器的预设调光方案的功能。

应在主机软件上设置

预设调光方案，然后传输至区域控制器。

注意:

不同的区域控制器可能有不同的预设方案。

预设方案应包括设置区域控制器所有分支的调光参数

？

主机软件应具有操作权限的控制功能

？

主机软件应具有备份灯具和区域控制器相关数据库的功能，并可转换成EXCEL格式输出。

段入口段入口段入口段入口段入口段入口段入口段亮度（100%）10204070100-10-

4调光其他要求和说明

①为避免隧道内亮度突然变化影响交通安全，调光随时进行。

必须采用逐渐变化的方式，将当前亮度逐渐调整到目标亮度。

每次调整的次数和间隔时间可在软件中设置（总延迟时间可控制在8s以内）

②为了实现上述功能，系统应在数据库中存储当前亮度参数。

③系统的调光参数为8位代码，最多可分为256级。

代码0-255线性对应于电源输出电流的0-100%。

然而，0-100%的电流输出与0-100%的亮度并不线性对应。

为了使控制更加精确，可以在软件中设置相应的调光代码和亮度输出比率表，如下:

调光代码0123255

上表中的调光代码为0-255，可以在软件中随时修改亮度比率以符合实际情况该表适用于系统中的所有部分和灯，因此只需要一个表。

④系统中所有调光方案的亮度设置参数都是根据亮度比进行的，然后通过查找表确定目标亮度对应的调光码

亮度比（%）0.2%4%5%100%-11-

3，灯控制器功能和实现

1，接收写地址编码功能

①灯控制器在投入使用前必须进行地址编码，包括逻辑地址和物理地址

（2）同一485总线上的所有灯具控制器逻辑地址码不得重复，整个系统中任何灯具的物理地址不得重复

③逻辑地址码和物理地址码都从1开始，不能从0开始。

如果微控制器收到0地址码，它将不会执行它。

④逻辑地址编码范围为0x01-0xFF，1字节物理地址编码范围为0x0001-0xFFFF，前两个字节为高字节

⑤灯控制器的逻辑地址和物理地址存储在单片机的闪存中，保证断电后不会丢失。

⑥具体操作参见通信协议2.在接收调光群控功能

①的群控模式下，485总线上的所有灯被统一调节到一定的亮度（或关闭）

（2）群控模式除命令字不同外，灯具控制器地址必须为0x00，否则拒绝执行（3）群组控制模式不要求灯控制器回复3.接收单灯调光功能

①在单灯调光模式下，485总线上的灯被调节到某一亮度（或关闭）

（2）单灯调光模式要求灯控制器回复，回复时直接返回原命令。

4.状态上传功能

①灯控制器收到区域控制器的查询命令后，需要上传机器的调光状态、发光二极管状态和电源状态

（2）考虑到可擦可编程只读存储器的可擦次数限制，灯的状态存储在单片机的随机存储器中

③单片机应循环检测发光二极管和电源状态，并实时更新内存中的状态数据如果区域控制器发送了关闭灯照明的命令，则跳过对发光二极管的状态检测

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5，调光保护

如果灯控制器和区域控制器之间的通信时间超过10分钟，灯控制器将自动将灯亮度调节到最大[值（如果灯处于关闭状态，首先将其打开，然后将其调节到最大值）]

时间的计算如下:

是根据14字节和2400bps的最大命令计算的。

一盏灯所需的时间为14*10/2400=58.3毫秒。

假设一个区域控制器最多控制500盏灯，轮询时间为58.3*500=29.15秒

考虑到每次数据交换都需要一定的延迟，实际轮询时间可以计算3次，约为87.5秒考虑到区域控制器还需要与监控计算机交换数据，并且在轮询过程中可能会插入其他临时控制操作，最终最大轮询间隔被确定为10分钟

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4、区域控制器和灯控制器之间的通信协议

通信波特率暂时为2400bps，帧结构为10位，包括1位起始位、8位数据、1位停止位1.变暗组控制1）区域控制器发送开始字0x5A:

①的描述。

开始字是0x5A，表示命令的开始

（2）命令字0x05指示调光组控制

③灯控制器地址在实际设置中必须为0x00[，所有灯控制器地址都应从0x01开始，并且不应设置为0x00]

④调光数据为0x00-0xFF，0x00表示照明关闭，0x01-0xFF线性对应1%-100%亮度

⑤校验和是指命令字+灯控制器地址+调光数据的计算结果，为1字节，多余部分溢出

⑥的结束字是0xA5，表示命令结束⑦该命令不要求灯控制器回复

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命令字0x05灯控制器地址0x00调光数据0x00-0xFF校验和0xXX结束字0xA5

2，单灯调光1）区域控制器发送开始字0x5A描述:

①开始字0x5A，指示命令开始

（2）命令字0x0A指示单灯变暗

③灯控制器地址为0x01-0xFF[，指本地地址]

④调光数据为0x00-0xFF，0x00表示照明关闭，0x01-0xFF线性对应1%-100%亮度

⑤校验和是指命令字+灯控制器地址+调光数据的计算结果，为1字节，多余部分溢出

⑥的结束字是0xA5，表示命令结束⑦该命令要求灯控制器回复

2）灯控制器对开始字0x5A的回复描述:

①开始字0x5A，指示命令开始

（2）命令字0x0A指示单灯变暗

③灯控制器地址为0x01-0xFF[，指本地地址]

④调光数据为0x00-0xFF，0x00表示照明关闭，0x01-0xFF线性对应1%-100%亮度

⑤校验和是指命令字+灯控制器地址+调光数据的计算结果，为1字节，多余部分溢出

⑥的结束字是0xA5，表示命令结束

命令字0x0A灯控制器地址0x01-0xFF调光数据0x00-0xFF校验和0xXX结束字0x5A命令字0x0A灯控制器地址0x01-0xFF调光数据0x00-0xFF校验和0xXX结束字0xA5-15-

3，单灯状态查询1）区域控制器发送一个起始字0x5A描述:

①起始字是0x5A，表示命令的起始

（2）命令字0x50表示单灯状态查询

③灯控制器地址为0x01-0xFF[，指本地地址]

④校验和是指计算命令字+灯控制器地址的结果，为1字节，多余部分溢出

⑤的结束字是0xA5，表示命令结束6.该命令要求灯控制器回复

2）灯控制器回复起始字命令字0x5A0x50灯控制器地址调光状态发光二极管状态电源状态校验和0xXX结束字0xA5命令字0x50灯控制器地址0x01-0xFF校验和0xXX结束字0xa50x01-0xff0x00-0xff0x55/0xaa0xaa说明:

①起始字是0x5A，表示命令开始

（2）命令字0x50表示单灯状态查询

③灯控制器地址为0x01-0xFF[，指本地地址]（4）调光状态为0x00-0xFF，指灯具当前执行的调光数据⑤指示灯状态为0x55或0xAA，0x55表示正常，0xAA表示故障⑥电源状态为0x55或0xAA，0x55表示正常，0xAA表示故障

⑦校验和是指命令字+灯控制器地址+调光状态+发光二极管状态+电源状态的计算结果，为1字节，超过部分溢出

⑧的结束字是0xA5，表示命令结束

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4，写灯控制器代码1）区域控制器发送起始字命令字灯控制器逻辑地址0x01-0xFF灯控制器物理地址0x00-0xf0x01-0xff（高字节）（低字节）0xXX校验和结束字0x5A描述:

0xA0xa5①起始字为0x5A，表示命令开始

（2）命令字0xA0表示写灯具控制器代码

③灯控制器的逻辑地址为0x01-0xFF[，参考本地逻辑地址]

④灯控制器的物理地址为0x0001-0xFFFF，分为高字节和低字节，[之前的高字节和之后的低字节表示本地物理地址]

⑤校验和是指计算命令字+灯控制器逻辑地址+灯控制器物理地址高字节+灯控制器物理地址低字节的结果，为1字节，超过部分溢出

⑥的结束字是0xA5，表示命令结束⑦该命令要求灯控制器回复

2）灯控制器应答开始字命令字灯控制器逻辑地址0x01-0xFF灯控制器物理地址0x00-0xF0x01-0xFF（高字节）（低字节）0xXX校验和结束字0x5A描述:

0xA0xA5①开始字0x5A，指示命令开始

（2）命令字0xA0表示写灯具控制器代码

③灯控制器的逻辑地址为0x01-0xFF[，参考本地逻辑地址]

④灯控制器的物理地址为0x0001-0xFFFF，分为高字节和低字节，[之前的高字节和之后的低字节表示本地物理地址]校验和

⑤是指计算命令字+灯控制器逻辑地址+灯控制器物理地址高字节+灯

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控制器物理地址低字节的结果，为1字节，部分溢出

⑥的结束字是0xA5，表示命令结束

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