集通高速公路特長五女峰隧道LED 特殊景觀帶細(xì)化設(shè)計及設(shè)備選型

王軍靜

（中交機電工程局有限公司，北京100000）

1 引言

近年來，伴隨著LED 照明行業(yè)的快速發(fā)展，LED 具有節(jié)能、環(huán)保、體積小、重量輕、使用壽命長等特點，漸漸取代了過去隧道照明使用的高壓鈉燈和白熾燈。LED 燈具已經(jīng)廣泛用于高速公路隧道路照明等項目中。與控制器相互配合，可以實現(xiàn)國旗及各種海底世界、行云流水等特殊圖案及視頻顯示，應(yīng)用在特長隧道中，對行車司機可以起到緩解駕駛疲勞的作用。例如，2018 年，四川二郎山隧道特殊景觀照明曾引發(fā)社會熱議。

吉林省集通安至通化高速公路為交通運輸部品質(zhì)工程，綠色旅游公路，路線全長82.213km，橋隧比37.14%，其中，特長隧道五女峰隧道左洞長7930m，右洞長7871m，洞內(nèi)K24+500 處各設(shè)計有120m 長特殊景觀照明，本方案在吉林省交通規(guī)劃設(shè)計院初步設(shè)計基礎(chǔ)上，綜合考慮施工管理、進(jìn)度、質(zhì)量、安全、成本、節(jié)能、環(huán)保等方面進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化設(shè)計，并進(jìn)行設(shè)備參數(shù)選型，實現(xiàn)景觀照明景觀效果。

2 控制系統(tǒng)總體方案原理簡介

控制系統(tǒng)的總體設(shè)計原理框，該系統(tǒng)由計算機、主控制器、區(qū)域控制器、驅(qū)動電源、LED 燈具5 大模塊組成。其中，控制器是整個系統(tǒng)的核心，主控制器通過各區(qū)域制器控LED 燈具，可以實現(xiàn)國旗及各種海底世界、行云流水等特殊圖案及視頻顯示。

本方案布局分為過渡1 區(qū)、顯示區(qū)、過渡2 區(qū)各40m，布局隧道拱頂對稱布置，寬度13m。

為過往車輛司機視覺提供一個漸變過渡，不至于突然過亮，產(chǎn)生視覺盲視，特設(shè)計過渡1 區(qū)、過渡2 區(qū)，布局低密度，采用4m伊4m。顯示區(qū)用于顯示各種圖片、視頻等，布置高密度，采用16m伊16m。

3 系統(tǒng)硬件選型

3.1 計算機

計算機安裝專業(yè)的LED 控制系統(tǒng)程序，并將視頻文件轉(zhuǎn)變?yōu)槌绦蚩刂莆募l(fā)送到區(qū)域制器，區(qū)域控制器根據(jù)點陣控制LED 各燈珠顏色、光強形成各種圖案。

計算機選用市面臺式計算機，選取時主要參考的參數(shù)為：CPU：I5 及以上；內(nèi)存：8G DDR4；網(wǎng)卡：100/1000Mbps 自適應(yīng)以太網(wǎng)卡；顯卡：4G 顯存獨立顯卡；存儲：2伊500G 7200 轉(zhuǎn)高速防震硬盤RAID 1 數(shù)據(jù)鏡像；聲卡：板載。

3.2 主控制器

LED 燈具按照預(yù)定圖案或視頻發(fā)光，主要原理是通過主控制器芯片將原始圖案或視屏進(jìn)行解析，然后通過通信協(xié)議傳輸至區(qū)域控制器，區(qū)域控制器控制LED 所在電路中的各個位置燈珠輸入電壓來調(diào)節(jié)LED 燈珠顏色和亮度。

本方案采用脈寬調(diào)制（PWM）實現(xiàn)對LED 亮度的調(diào)控，通過控制恒定電壓的直流電源的輸出頻率，調(diào)節(jié)LED 輸入電壓，從而達(dá)到控制燈具的方法。在脈寬調(diào)制過程中，輸出按照特定的頻率來控制，并且根據(jù)顯示需要調(diào)整一個周期內(nèi)電源通和斷的時間，調(diào)節(jié)LED 燈珠兩端的電壓的大小，達(dá)到控制LED 的亮度目的。通過調(diào)節(jié)脈沖電平信號的占空比，調(diào)控?zé)糁閇1]。

本方案選用的主控制器YM-LM501-3G，具體特點如下：

1）控制方式：聯(lián)機控制(以太網(wǎng))/脫機控制。默認(rèn)聯(lián)機優(yōu)先聯(lián)機信號停止后控制器自動切換到脫機模式；

2）控制器支持“LED 演播軟件”（本公司軟件）或“MADRIX”軟件，后者采用ART-NET 協(xié)議；

3）多臺LM501 可組成局域網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)聯(lián)動；

4）LM501 有相應(yīng)外設(shè)接口，可通過DMX 控制器實時調(diào)SD 卡存儲的圖片及視頻；

5）與計算機通過RJ45 口連接，最大可以實現(xiàn)65 000 萬個像素點同時控制；

6）灰度控制范圍：32-65536 級，軟件采用Gamma 校正處理；

7）配置無線接口，支持手機APP 控制。

3.3 區(qū)域控制器

主控制器選用YM-SVE8伊512，具有以下特點：

1）兼容DMX512（1990）國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議；

2）控制功能強：可控制各種驅(qū)動芯片，可選擇范圍廣泛；

3）可連接聯(lián)機也可脫機單元控制；

4）主控與區(qū)域控器通過網(wǎng)線連接，控制距離不超過100m；

5）采用光電隔離的輸入和輸出，保證整個控制穩(wěn)定可靠；

6）控制系統(tǒng)實現(xiàn)RGB256 級灰度，可實現(xiàn)1.6伊107種顏色；

7）配置靈活、亮度、速度調(diào)節(jié)相互獨立；

8）最大可以輸出8 個端口，每個端口最大可控制512 像素點；

9）具有良好的抗干擾能力；

10）支持個性化二次開發(fā)[2]。

3.4 LED 驅(qū)動電源

LED 燈具采用直流電壓驅(qū)動，采用電壓變換電路，使220V 的交流電變低電壓，供燈具調(diào)節(jié)使用。

本方案通過高速公路專線轉(zhuǎn)換低壓220V 交流，再通過變壓器、整流、濾波、穩(wěn)壓輸出12V 直流電源。采用驅(qū)動電源型號為PLV400B-220S12/PLV400B-220S24 分別輸出為DC12V 和DC24V。

3.5 LED 燈具

本方案選用的LED 燈具型號為XSD-P25/ XSD-P40 兩種型號，分別為直徑40mm 的圓形點光源和25mm伊25mm 的方形點光源，選用的LED 燈具均為DMX512 信號協(xié)議。

DMX512 信號協(xié)議在LED 燈具中的使用，其優(yōu)點是其中的一個出現(xiàn)故障不會影響連路上其他燈具的正常工作。

4 效果圖

本項目的效果圖如圖1 所示。

圖1 效果圖

5 結(jié)語

本細(xì)化設(shè)計方案采用計算機、主控制器、分控制器、LED驅(qū)動電源、LED 燈具等設(shè)備形成系統(tǒng)，既能實現(xiàn)隧道內(nèi)部醒目景觀和視頻圖案，達(dá)到緩解司機視覺疲勞的作用，又能達(dá)到隧道照明的作用，實用意義強，適合高速公路特、中長隧道景觀照明系統(tǒng)工程使用。