（信号与信息处理专业论文）公路隧道led照明配光及调光系统研究.pdf

the distribution of led illumination in highway tunnel and the analysis of brightness-control system a dissertation submitted for the degree of master candidate：zhang qiang supervisor：prof. ma ronggui changan university, xian, china i 摘 要 随着我国经济的发展，基础建设投资力度不断加大，公路隧道数量也在迅速增长， 同时，人们对公路隧道的照明和控制也有了更高的要求。目前我国传统的隧道照明方式 大多为回路控制方式，虽然它能满足基本的使用要求，但无论从节能还是智能化方面考 虑，这种方式都不能满足现实要求。实现照明系统优化的主要目的有两个：第一，可以 节约能源，减少照明系统的运营成本；第二，可以提高照明系统的控制和管理水平，减 少照明系统的维护成本。本课题所研究的led调光系统具有以下优势：节电效果良好、 延长灯具寿命、管理维护方便以及有效的经济回报等。 隧道照明中必须要考虑某些特殊的视觉现象，这是由公路隧道照明的特征决定的， 比如白天或夜晚洞外的亮度与洞内亮度的差异性，此外，还要考虑各种天气对洞外亮度 的影响，这样才能适时地调整洞内照明的亮度，以便达到洞内外亮度的匹配，将交通事 故的发生率降到最低。 通过对隧道led照明灯具亮度数据的分析，提出了一种照度分布的数学模型，可以 据此合理安排隧道里各个段内灯的分布，使各个灯之间照明区域的亮度达到均匀柔和； 通过对led亮度控制器的设计，可以直接用pc对led进行亮度控制，从而最终使整个隧道 的亮度控制和节能都能达到优化状态。 关键词：隧道照明，配光，照度模型，亮度控制器，无线通信，newmsg-rf905 ii abstract with the development of economy in our country, and the strength of investment increased ceaselessly of infrastructure, the number of highway tunnel is also increasing rapidly. higher needs are craved for lighting and control on highway tunnel. at the present time, the traditional way of highway lighting in our country are mostly loop control, although it can meet the basic requirements, but in terms of energy saving or intelligent control, this approach is not a perfect solution still. there are two main objectives to realize the optimization of illumination system: firstly, it can save energy and reduce the operating costs of lighting system; secondly, it can improve the level of control and management of lighting system, and reduce the cost of maintenance. the optimization of illumination system has the following advantages: saving energy effectively, prolonging the service life of led, making management and maintenance convenient, getting huge economic returns, and so on. some special visual phenomena must be considered in highway tunnel lighting, which is decided by the features of highway tunnel lighting, for instance, the difference of brightness during the day and night, in addition, the effects of changes of weather on outside brightness should be considered so as to timely adjust the lighting brightness. so as to achieve match of brightness outside and inside, then lead the incidents of traffic accidents to a minimum level. through the analysis of illumination data in highway tunnel, put forward a mathematical model on brightness distribution, so the reasonable arrangement of led in each section in tunnel. so that the brightness of led in each area is uniform and soft. beside, the design of brightness controller can also realize intelligent lighting. finally, both the brightness control and energy saving can achieve a optimal state. keywords: tunnel lighting; light distribution; illumination model; brightness controller; wireless communication; newmsg-rf905 iii 目 录 第一章 绪论 . 1 1.1 课题背景 . 1 1.2 目前国内外关于灯具配光的主要进展 . 1 1.3 国外发展现状 . 2 1.4 国内发展现状 . 3 1.5 课题研究的意义 . 4 1.6 本文主要内容 . 4 第二章 公路隧道 led 照明灯具配光方案 . 6 2.1 单灯测量实验 . 6 2.2 隧道现场的亮度测试 . 11 2.2.1 照度测试方案 . 11 2.2.2 对测试结果的分析 . 13 第三章 led 亮度控制器的设计 . 16 3.1 大功率白光 led 照明灯具的发展状况 . 16 3.2 led 亮度调节基本原理 . 16 3.3 目前针对 led 的主要调光方法 . 18 3.4 pwm 技术 . 19 3.5 led 调光系统硬件设计 . 20 3.5.1 串口通信 . 21 3.5.2 led 照明灯具的实际应用环境 . 24 3.5.3 usart 通信部分 . 25 3.6 pwm 控制部分-lm3407 . 32 3.7 led 调光系统软件设计 . 33 3.7.1 软件总体流程 . 33 3.7.2 相关函数说明 . 34 第四章 基于 nrf905 的无线亮度调节 . 39 4.1 无线射频收发模块 newmsg-rf905 . 39 iv 4.1.1 关于 nrf905 . 39 4.1.2 本课题所采用的 newmsg-rf905 . 39 4.1.3 newmsg-rf905 接口电路管脚说明 . 40 4.1.4 newmsg-rf905 的工作模式 . 40 4.2 基于 nrf905 的 led 调光系统亮度控制器硬件设计 . 41 4.3 系统软件设计 . 42 4.3.1 软件结构流程图 . 42 4.3.2 软件设计的主要部分 . 43 第五章 公路隧道 led 调光系统的实际应用情况 . 52 5.1 依托工程简介 . 52 5.2 公路隧道 led 调光系统的具体控制功能介绍 . 52 5.3 本课题研制的 led 调光系统所具备的优势 . 54 第六章 结论与展望 . 56 参考文献 . 57 致 谢 . 59 长安大学硕士学位论文 1 第一章 绪论 1.1 课题背景 随着我国经济的快速发展，截至 2010 年底，全国公路网总里程已达 398.4 万公里， 其中高速公路通车里程达到 7.4 万公里1。我国公路隧道无论在数量，还是规模上都已 进入世界前列，并且处于重要的发展阶段2。其中高速公路的里程增长速度也在世界前 列。大量高速公路隧道的建成通车，极大地促进了国民经济的快速增长。与此同时，对 公路隧道照明的节能和智能控制的也有了更高的要求。 目前我国公路隧道现阶段大多数都是采用高压钠灯作为照明光源。 有些设计为了降 低运营成本，虽然有在控制上采用了时序控制方法，比如隧道入口段的两侧加强照明分 为夜晚、白天、晴天和阴天四个等级，但在具体的实际应用中，结果不甚理想，这与现 场环境复杂等因素相关，例如可能会出现单边照明、隔灯等情况。采用这种方式对隧道 照明灯具进行控制， 对行车安全会产生很大的隐患。 当司机从隧道外行驶至隧道入口时， 眼睛逐步适应内部的环境需要一段过度的时间，当入口段两侧照明与外界照明不匹配， 司机就会产生从洞外到洞内的极度不适， 这样会引起司机视觉疲劳或暂时性失明而不能 作出正确的判断，由此可能会引起非常严重的交通事故。 随着科学技术的发展，有很多新型的、可选择的替代光源出现，其中 led 具有功耗 低、效率高、显色指数高等优点，因此被公认为是 21 世纪最令人瞩目的大有发展前景 的绿色光源。国内目前虽然有一些隧道已经使用了 led 作为照明光源，但并没有最大地 发掘出 led 本身所具有的优势， 因为这些隧道普遍使用的控制方式仍然是传统的回路控 制。 科学合理的研究 led 隧道照明灯具的配光方案，并结合科学的控制方法，在基于洞 内外亮度、交通量、行车速度以及人类视觉特性的基础上，优化隧道照明质量的同时减 少电能消耗，以及如何最好的发掘 led 灯具本身固有的优势，就目前而言，具有很大的 现实意义以及长远的应用前景。 1.2 目前国内外关于灯具配光的主要进展 对灯具进行科学合理的配光是一件复杂而有意义工作。所谓科学合理的配光方案， 是指在最经济的条件下达到最优的照明效果，有很多因素需要考虑，比如照明灯具安装 的角度、高度以及灯与灯之间的距离，此外在隧道的入口段，过渡段、中间段及出口段 照明灯具亮度的分布等，因为这些因素对最终的配光效果有很大的影响。照明灯具的配 第一章 绪论 2 光方法有很多，可安装在拱顶、墙壁或吊装顶棚上，沿隧道纵向可单排布置，也可双排 布置。在双排布置的情况下，既可成对布置，也可交错布置（图1.5），国外还有在余 宽上布置投光照明的成功先例3。此外还要考虑具体的隧道环境，比如隧道的高度和宽 度，以及在不同的角度led照明灯的亮度分布等。 图图1.11.1 隧道灯具基本布置方式隧道灯具基本布置方式 1.3 国外发展现状 现代公路隧道的修建，始于 1927 年美国纽约哈德逊河底的荷兰盾隧道4。西方发达 国家在公路隧道照明系统方面的研究起步较国内早，通过长期的实践和研究，技术已经 日趋成熟5。 这些技术都可以为我们今后发展国内的公路隧道照明系统提供很好的借鉴。 早在 20 世纪 60 年代，欧洲就已经出现了自动调光的隧道照明技术。并且已经制定了符 合本国国情的标准6。在隧道照明研究方面已经比较完善6。 为提高灯具的照明效果，西方发达国家很早就开始了基于人类视觉特性的研究，并 制定了一些列数值计算标准，通过长期的实践，技术已经日趋成熟，对日后的研究有很 大的指导意义7。 在隧道照明控制技术方面，已经开始由传统上逻辑意义上的分组控制发展方向开始 逐渐转向根据隧道洞内外光线的亮度、行车速度、车流量、洞外复杂的天气状况等的智 能优化控制。 长安大学硕士学位论文 3 影响最终照明控制效果的除了技术以外，还有照明灯具本身的性质。在改进照明技 术的同时，欧美等发达国家也都非常重视隧道灯具的研究，对灯具结构、外观质量、功 能和轻量化做了大量工作，与此同时对灯具的外壳材料、反射器材料、密封材料、光学 特性以及对灯具和隧道的匹配、逆光照明技术、光源选择及照明设备的维护等方面都做 了一定的研究，取得了一定的成果8。 在白光led出现不久后， 日本逐步开始将其应用在路灯照明上。 2003年美国mooncell 公司开始生产 led 路灯。澳大利亚在首都堪培拉 anzac parade 街道采用 led 路灯进行示 范照明。2005 年 7 月，荷兰 philips 公司首次将三款 led 路灯安装在荷兰 ede 市中心街 道上，2006 年 philips 荣获 led 街道照明灯具 if 产品设计金奖。cree 公司在美国的“led city”示范工程数据表明，其 x lamp led 耗电量只有传统路灯的 30%。香港和台湾也在积 极开发 led 路灯，并取得了较好效果9。 在照明灯具研究方面， 西方发达国家已经基本确定了将大功率白光 led 作为 21 世纪 的替代光源的发展趋势。因此本课题将大功率白光 led 作为研究和使用的灯具，从而开 展后面如配光、控制等工作。 1.4 国内发展现状 国内在隧道照明方面的研究相对西方较晚，在 2000 年之前，甚至没有完善的隧道 照明设计规范。与 2000 年 6 月 1 日实行的公路隧道照明设计规范 （jtj26-90）规定 长度大于 100 米的公路隧道应设置照明设施，并将公路照明分为洞外引导照明、入口段 照明、过渡段照明、基本段照明、出口段照明和应急照明10。 我国对公路隧道照明的控制、节能方面研究的比较少，之前主要的研究领域主要是 隧道整体照明设施、设计以及反光材料的性能方面。 国内高速公路隧道照明目前在节能方面主要采用的是包括使用高功率因数的照明灯 具（使用高效电子镇流器） 、缩短电缆长度、隧道内两侧铺反射率高的装修材料、合理 布置配电房的位置、集中调光控制等在内的一些方法。为了进一步节能，设计者还把隧 道内的灯具分为全日灯、黄昏灯、白日灯和应急灯等几个回路进行人工或自动的控制， 有一定的节能效果11。 林才奎等提出了一种公路隧道照明节能控制算法，针对不同的应用情况和环境使用 提出了不同的算法构件12。在视觉科学的基础上，重庆大学陈仲林提出，采用安全实用 和可靠合理的高速公路隧道照明节能措施，使隧道照明水平和质量在“适度”的基础上， 第一章 绪论 4 保证驾驶员快速、安全、舒适地运行，实现隧道照明节能的目的13。 近些年，随着我国经济技术的发展，国内一些地方的隧道逐渐开始采用 led 照明， 并相应开展了一些有实际意义的节能控制示范工程。 比如江西省交通厅信息中心在景鹰 高速公路黄竹山隧道实施的 led 节能照明示范工程，试验证明该技术方案成熟可靠，比 使用传统的高压钠灯可节约电能 3040%，节能效果非常显著。该示范工程对 led 照明 灯仍采用对高压钠灯的分回路控制方法14。 因此使用 led 作为公路隧道照明光源，在此基础上发展基于洞内外光线亮度、车流 量、行车速度等因素在内的控制技术，并且可以在总控制室根据从现场传回来的实时监 控数据而能进行自动控制调光的控制系统， 是我国目前公路隧道照明的研究和发展的趋 势。 1.5 课题研究的意义 由于公路隧道照明有很强的特殊性，它不同于一般意义上的传统的道路照明。公 路隧道照明不仅在在监控系统和公路隧道建设中占有重要地位， 而且也是公路隧道安全 运营的基本保障。伴随着我国近年来综合国力的增强和经济水平的提高，国内的公路建 设事业也突飞猛进的发展，在众多的公路建设项目中，不可避免地会遇到公路隧道的出 现，所以公路隧道的发展也非常快速，伴随而来的问题是所需的运营费用和隧道正常通 车时所需的耗电费用也越来越高。 例如山西大运高速上的雁门关隧道全长约11 km，每 月的电费开支将近30 万元；秦岭终南山特长公路隧道（双洞）全长18.02 km，每月照 明费用高达200 万元以上15。 但我国目前阶段对公路隧道照明技术的研究与公路隧道目 前的飞速发展很不适应，许多突出的问题涌现出来：耗能大、营运费用的日常开支大、 灯具更换困难和安全系数不高等。所以，安全、节能的公路隧道照明控制技术和科学合 理的照明灯具配光方案是今后隧道照明技术的重点发展方向， 这不仅可以使对隧道内照 明灯具的控制更加自由、合理，同时对于我们提倡的节约能源、建设节约型社会也重大 的现实意义。 1.6 本文主要内容 本文主要针对隧道内灯具的布置和led亮度控制器的设计这两方面进行研究。 通过分析发现，根据单灯的亮度分布数据拟合曲线所得结果，可以更合理的布置 隧道单侧（双侧）的灯具分布，在满足优化照明即无斑马线、亮灯之间亮度分布均匀过 度的前提下，科学确定灯与灯之间的距离，避免灯具之间距离太近（产生不必要的资源 长安大学硕士学位论文 5 浪费）或太远（灯与灯之间亮度不能柔和过渡）现象的发生；并且通过实验证实提出了 一种控制led灯亮度的解决方案。 本文主要研究内容： 1单个led灯亮度分布的建模和分析。 2.通过分析单灯的亮度分布，科学合理的安排灯与灯之间的布置。 3.利用atmel公司的atmega16微控制器的usart及national semiconductor公司的 lm3407通过计算机对led灯的亮度进行有线控制。 4. 利用atmega16微控制器和瑞典nordic vlsi公司的nrf905 无线射频收发芯片及 lm3407实现对led灯的无线分级亮度控制。 本文章节安排： 第一章 从国内外当前隧道照明灯具的发展应用及对节能的需要， 明确了科学合理的安 排led灯具位置和开发智能的led调光系统的必要性； 第二章 根据实际应用的led灯光源的亮度分布，为求实现隧道内灯与灯之间距离的合 理安排，提出了一种基于插值算法的亮度分布数学模型； 第三章 分析了基于pwm技术的亮度控制器原理， 实现了利用atmega16的usart接口通过 计算机对led灯进行亮度调节； 第四章 在有线控制完成的基础上，利用nrf905无线射频收发模块实现了对led光源进 行无线亮度控制； 第五章 介绍了本课题研制的公路隧道led调光系统在实际应用中的情况 第六章 对本课题进行了全面的总结， 并对公路隧道led调光系统的发展前景和趋势进行 了展望。 第二章 公路隧道led照明灯具的配光方案 6 第二章 公路隧道led照明灯具的配光方案 在现实的工程应用中，科学合理的布置led照明灯具具有很大的现实意义。当灯具之 间的距离过于偏大时，会有斑马线产生，使隧道内整体亮度的分布不均与；而灯具之间 的距离偏小时，结果是除了隧道整体亮度分布不均与外，更主要的是浪费能源，当隧道 长度越长，需要布置的led灯就会越多，因灯具之间的距离偏小而引起的能源浪费就越 明显。 为了确定实际使用的led照明灯的亮度和照度分布情况，以便更合理的为照明配光 提供理论依据，有必要对单灯亮度、照度进行实际测量。 2.1 单灯测量实验 本实验目的是通过对单灯的亮度和照度进行测量，从而得出单灯的亮度和照度分 布状况，进而为灯具的合理分布提供了理论依据。 分角度和距离在灯的不同亮度等级（电流）进行测量。测量时关闭了室内的灯及 移走了周围反光大的物体， 环境比较理想； 距离的测量是用卷尺， 而角度的测量为估计； 本次测量的为加强照明灯，用手持编码器来调节亮度，其中亮度测量采取估值（亮度测 量时，对光比较敏感，极小的晃动亮度计都会使亮度值发生变化），而照度值在每个亮 度等级的每个角度都测量了10次，最后通过求均值取得； 由于相同功率的照明灯具的光线分布一致，故以单灯70w的led为例，其中将灯的 亮度由灭至最亮分为10个等级，测量此led灯分别在不同条件下（观测角度依次为30度、 60度和90度，观测距离依次为1米和2米。这样均匀的选择观测角度有一定的代表意义； 由于受实验室空间大小的影响，观测距离分别取1米和2米。当然，如果为了获得更多的 数据，可以增加观测角度和观测距离的数量。本使用的方法同样适合于在更多数据的场 合下）的亮度，照度和电流的大小，如图2.1所示。实验观测数据如表2.1所示： 图图2.1 2.1 单灯测量的具体观测示意图单灯测量的具体观测示意图 长安大学硕士学位论文 7 亮度等级一 30度 60度 90度 亮度（cd/m2） 5360/5110 5730/5690 5950/5950 照度（lux) 119/33 161/50 239/62 电流（a） 0.088 亮度等级二 30度 60度 90度 亮度（cd/m2） 10500/10100 11300/10700 11700/11200 照度（lux) 260/63 322/95 446/114 电流（a) 0.119 亮度等级三 30度 60度 90度 亮度（cd/m2） 15400/14470 16400/15900 16670/16500 照度（lux) 412/94 444/142 638/171 电流（a） 0.148 亮度等级四 30度 60度 90度 亮度（cd/m2） 20300/19600 20500/21400 22500/21700 照度（lux) 495/121 656/184 833/224 电流（a） 0.18 亮度等级五 30度 60度 90度 亮度（cd/m2） 25500/24500 26600/26500 28400/27000 照度（lux) 640/154 774/225 1032/269 电流（a） 0.214 亮度等级六 30度 60度 90度 亮度（cd/m2） 30200/29200 31300/31600 34000/32200 照度（lux) 811/187 1012/275 1171/330 电流（a） 0.248 第二章 公路隧道led照明灯具的配光方案 8 亮度等级七 30度 60度 90度 亮度（cd/m2） 35400/34400 37300/36500 39100/37500 照度（lux) 951/210 1117/320 1345/376 电流（a） 0.283 亮度等级八 30度 60度 90度 亮度（cd/m2） 39800/38400 42800/41700 44400/39900 照度（lux) 1095/239 1289/364 1511/399 电流（a） 0.319 亮度等级九 30度 60度 90度 亮度（cd/m2） 44400/43800 46400/47000 49500/47900 照度（lux) 1186/273 1430/401 1700/481 电流（a） 0.355 亮度等级十 30度 60度 90度 亮度（cd/m2） 49300/47900 52600/51000 54600/52800 照度（lux) 1364/301 1605/450 1935/529 电流（a） 0.392 表表2.1 2.1 在在观测角度为观测角度为3030、6060、9090度，观测距离为度，观测距离为1 1、2 2米的条件下米的条件下所测得的亮度和照度所测得的亮度和照度 （注： 以上图表中的角度指的是观测的角度， 即观测者所处平面的法线与led灯平面之间的夹角。 ） 从上面列表里的实验数据中可以看出，影响led灯亮度的因素主要有三个：距离，角 度和不同的亮度等级。灯的亮度与距离成反比，而与亮度等级和角度成正比关系。 用matlab绘制距离灯中心1米和2米时的曲线如下图所示： 长安大学硕士学位论文 9 图图2.22.2 观测观测距离距离为为1 1米米时的亮度变化曲线时的亮度变化曲线 图图2.32.3 观测距离为观测距离为1 1米时的亮度变化曲线米时的亮度变化曲线 由图2.2和图2.3中的曲线可以得到以下结论： 在距离一定时， 随着电流 （亮度等级） 的增加，亮度大小也随之增加；而且同一电流（亮度等级）下，角度越大，所观测的亮 第二章 公路隧道led照明灯具的配光方案 10 度值也就越大；当一个灯所处的电流（亮度等级）、和角度都一定的条件下，观测距离 越近，那么所观测的亮度结果越大。 下面我们用一个表达式来简单的表示一下亮度和电流（亮度等级）、观测角度、 观测距离之间的基本关系：假设亮度用d表示，电流用i表示，观测角度和观测距离分别 用j和l表示，那么存在以下的关系 （2.1） 以上简述的表达是理论上的“精确”表述关系，但由于是三元函数，即使求出各个 项的系数，用图示直观的表达仍然困难，因为现实中我们看到的图形维数最多是三，所 以可考虑将上式中与距离l有关的项去掉，这样式（2.2.1） 便简化为 （2.2） 式（2.2.2）对现实仍具有指导意义（假设现场的灯距离地面为1m，我们以下做 的数据分析都以观测距离1米时的实验结果为基准，当然这不太现实，实际中的观测距 离要远比1m大，但由于实验条件所限，我们可把在实验室测得的数据运用于分析中，然 后得出据实验室观测数据所得的结论，确定基于观测距离为1m时相邻的两个led灯的最 佳距离，然后把这种分析方法可用于实际中，即实际应用时可把观测数据换为现场的观 测数据，但方法是同样的）此式中的各个系数得到后，我们可以画出它的三维分布图， 然后就可以直观的看出两个灯的最佳距离。现在以观测距离为1m时得到的数据进行分 析。 在观测距离为1m时，用一维数组x表示不同的电流，即x=0.088 0.119 0.148 0.18 0.214 0.248 0.283 0.319 0.355 0.392,用一维数组y1、y2、y3表示在不通电流情况 下对应的亮度值。对于研究多个变量之间的联系，我们采用多分量回归分析的方法。与 单变量回归分析类似，多变量回归分析也需要对函数建模。 从图2.1和图2.2的来看，其变化规律类似于指数函数，可用一元线性回归将亮度 变化的基数取为1，,，之后便可求出系数矩阵f，然后便会得到在不同的角度时， 亮度与亮度等级（电流）之间的关系。由于在实验室观测的此组数据的数学分析和下一 小节在随到现场观测的数据分析所使用的方法类似， 因此我们把重点分析放在下一小节 长安大学硕士学位论文 11 里的观测数据上。 2.2 隧道现场的照度测试实验 上面的单灯测量实验是在实验室里完成，对实际中隧道的配光具有一定的指导意 义。 但如果将灯装在现实隧道环境里进行测试， 那么将所测量的数据进行认真地分析后， 会对整个隧道led照明灯具的配光更具有现实的指导意义。一般是在未安装隧道两侧照 明灯具的时机，将单个led照明灯具根据要求放在隧道的侧壁上，把所测得数据经过研 究分析和论证后，便确定了最终的配光方案，比如在不同的路段灯与灯的距离为多少时 才能在满足行业标准规定的同时而又节约电能。隧道测量实景如下图所示： 图图2.42.4 隧道隧道现场现场测量实景测量实景 2.2.1 照度测试方案 本次现场测试所选的地点为黄沙岭隧道右线的中间段。在控制程序中，每个灯的亮度 值划分为0-255共256个等级，这256个等级从0到255依次对应从灯的关闭到最亮之间的 状态。具体观测截面示意图如图2.5所示： 第二章 公路隧道led照明灯具的配光方案 12 图图2.52.5 隧道现场观测示意图隧道现场观测示意图 如上图所示，中间段的单侧led灯之间的距离为8米，我们在同一截面距离等均的5个 点上依次对led照度进行观测。图中有三个观测截面，观测截面2和观测截面1都是在两 侧正对方向的led灯的垂直平分线上，这两个截面之间的距离为8米。观测截面1处于单 侧相邻的两个led照明灯具中间，它与观测截面2之间的距离为4米。当单侧led灯处于全 开状态时 ， 我们在观测截面1上的5个距离等均点上就可以测出单侧两个相邻led之间光 的叠加效果。 （1） 在只开左侧led情况下，由观测截面2处所测得的照度值（lux）： 表表2.2 2.2 观测截面观测截面2 2上等均的上等均的5 5个观测点测得的照度值个观测点测得的照度值 位置1位置2位置3位置4位置5 亮度162.52.21.61.31 亮度324.543.12.31.7 亮度487.96.85.24.23.2 亮度648.275.54.43.4 亮度808.57.35.84.63.6 亮度9615.613.210.28.26.2 亮度11215.613.310.48.36.4 亮度12816.11410.98.97.1 亮度14423.119.415.312.39.5 亮度16023.419.715.612.69.8 亮度17623.720.515.812.79.8 亮度19230.326.220.116.112.6 亮度20830.823.620.616.812.7 亮度22431.126.320.716.613.2 亮度24037.932.324.920.315.8 亮度25537.832.52520.216.1 （2） 在只开左侧led情况下，由观测截面1处所测得的照度值（lux）： 表表2.3 2.3 观测截面观测截面2 2上等均的上等均的5 5个观测点测得的照度值个观测点测得的照度值 长安大学硕士学位论文 13 位置1位置2位置3位置4位置5 亮度162.11.81.51.21 亮度3243.632.31.7 亮度486.56.15.143.4 亮度647.67.15.74.43.5 亮度808.67.86.24.94 亮度9612.611.99.87.86.3 亮度11213.712.810.48.46.7 亮度12814.613.911.29.27.1 亮度14418.817.814.711.79.7 亮度16019.818.615.312.59.9 亮度17620.719.61612.910.3 亮度19224.923.619.415.613 亮度2082624.319.916.213.1 亮度22426.925.320.216.313.2 亮度24030.928.92419.615.8 亮度25532.430.324.42016.1 2.2.2 对测试结果的分析 从表2.2和表2.3中的数据可以看出其中的数据分布具有这样一种规律： 观测截面1和 观测截面2在亮度值和截面上观测位置相同的情形下， 观测截面1在此时的观测值比观测 截面2大；同一截面上的不同观测位置，随着观测位置由1到5，观测的照度值会逐渐变 小。以下是同一截面上在不同的五个观测点下的照度值随着亮度的变化曲线。 图图2.62.6 观测截面观测截面2 2上的上的距离距离等均等均5 5个点上的照度随个点上的照度随亮度等级的变化关系亮度等级的变化关系 第二章 公路隧道led照明灯具的配光方案 14 图图2.72.7 观测截面观测截面1 1上的上的距离距离等均等均5 5个点上的照度随亮度等级的变化关系个点上的照度随亮度等级的变化关系 对于图2.5和图2.6，都各有5条观测曲线，可以根据一元回归分析得出不同截面的不 同观测位置上的照度值随亮度等级的变化关系。 从图2.6和图2.7中可以看出，每一个观测位置的照度随亮度等级的变化曲线都比较 均匀，而且同一截面上的等均的5个观测点的变化曲线在相同的亮度等级时，照度差的 分布是可以近似认为是均匀的。 下面我们用根据数据采样点所得到的回归函数来对照度分布的均匀性进行分析。 （1） 用一元线性回归方法分别算出图2.6里的各个观测位置所绘制的曲线的函数。自 变量x取亮度等级，因变量f(x)为照度，取一组基函数为1，,多项式阶 数的选择是一个比较复杂的问题，在这里我们将其选为3，即 x+,，则所得的位置1系数矩阵为 ，即x+，用同样的方法可以 依次得到位置2，3, 4, 5的系数矩阵依次为 长安大学硕士学位论文 15 ，即 分别为 , ,则 截面2上等均5个点上的更精细的观测曲线的变化轨迹如图2.8所示。 图图2.8 2.8 截面截面2 2上等均上等均5 5个点的照度观测值的多项式回归曲线个点的照度观测值的多项式回归曲线 图2.8中的y1、y2、y3、y4和y5分别对应。由此 我们可以得出截面2上的5个观测点在相同的亮度等级下它们之间的照度值差可 近似认为是相等的，及照度在截面2上的分布近似的视为是均匀的。截面1的分析 与截面2方法相同，这里不再赘述。 第三章 led亮度控制器的设计 16 第三章 led亮度控制器的设计 3.1 大功率白光led照明灯具的发展状况 前些年大功率 led 在国内一些隧道的实际使用中出现了很多问题，比如有些情