應(yīng)用無線地磁流量檢測(cè)的隧道智能照明系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)

熊婧　李保

摘要：針對(duì)國(guó)省道隧道流量分布不均勻的現(xiàn)狀，為達(dá)到最大限度節(jié)約照明電能的目的。設(shè)計(jì)一種應(yīng)用無線地磁車流量檢測(cè)的隧道智能照明控制系統(tǒng)，系統(tǒng)采用無線地磁采集實(shí)時(shí)隧道車流量，結(jié)合傳統(tǒng)的時(shí)控模式及隧道內(nèi)外照度儀數(shù)據(jù)，通過嵌入式控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)隧道照明燈組的開啟數(shù)量及亮度指標(biāo)的實(shí)時(shí)調(diào)控，工程試驗(yàn)表明，該系統(tǒng)軟具有較好的調(diào)光效果。

關(guān)鍵詞：無線地磁 隧道照明 嵌入式系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP383 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）06-0152-02

針對(duì)廣大山村隧道普遍存在流量不大、分布不均等特點(diǎn)，其主要流量集中在白天，晚上流量稀少，現(xiàn)階段普遍采集全天候固定的照明控制策略，自動(dòng)化程度不高，同時(shí)照明利用率低，容易造成能源浪費(fèi)。

隨著車輛實(shí)時(shí)檢測(cè)傳感技術(shù)、無線通訊技術(shù)[1]以及計(jì)算機(jī)控制策略技術(shù)[2]等在交通行業(yè)廣泛地應(yīng)用，使得基于實(shí)時(shí)車流量、時(shí)序控制以及隧道內(nèi)外照度指標(biāo)等輸入?yún)?shù)控制照明回路開啟數(shù)目和其亮度等級(jí)的智能控制系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)和發(fā)展。

1 系統(tǒng)技術(shù)方案

系統(tǒng)提出依據(jù)整個(gè)隧道間隔布置的地磁車輛檢測(cè)器的車流量數(shù)據(jù)，應(yīng)用嵌入式控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道照明燈組開啟及亮度等級(jí)控制；提供一整套實(shí)時(shí)隧道照明智能控制裝置，能實(shí)時(shí)采集整個(gè)隧道的車檢器信息，根據(jù)控制策略實(shí)現(xiàn)隧道不同區(qū)域的照明控制，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)主要包括地磁無線車輛檢測(cè)傳感單元、地磁無線車輛檢測(cè)接收單元、數(shù)據(jù)匯集單元、隧道照明智能控制單元、隧道區(qū)域控制器單元、單路照明控制器單元等。系統(tǒng)中地磁無線車輛檢測(cè)傳感單元、地磁無線車輛檢測(cè)接收單元負(fù)責(zé)采集并傳輸隧道內(nèi)實(shí)時(shí)車輛信息（含行駛方向、占有情況等），其中地磁無線車輛檢測(cè)傳感單元每隔a米（a根據(jù)隧道的限速和流量分布情況，以經(jīng)驗(yàn)值得出）布控于隧道各個(gè)車道路面下[3][4]，同時(shí)隧道入口端分布向外延伸n米，其中：

n=P*（T+t） （公式：1）

注：n=無線地磁傳感器距隧道口距離；

T=隧道照明智能控制系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間（單位：ms）；

t=系統(tǒng)必要的延時(shí)（單位：ms）

地磁無線車輛檢測(cè)接收單元負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)收集傳感器單元數(shù)據(jù)，地磁無線車輛檢測(cè)傳感單元與地磁無線車輛檢測(cè)接收單元之間通過RF433M無線載波通訊；隧道照明智能控制單元運(yùn)行照明智能控制程序，根據(jù)內(nèi)置智能算法和控制策略來控制各區(qū)域照明燈組的開啟和亮度信息。

2 應(yīng)用無線地磁流量檢測(cè)的隧道智能照明硬件模塊

2.1 地磁無線車輛檢測(cè)傳感單元、地磁無線車輛檢測(cè)接收單元

地磁無線車輛檢測(cè)傳感單元按照間隔若干米安裝于隧道每個(gè)車道路面下0.2-0.4米處，傳感器單元采用自主供電，當(dāng)其上有車輛經(jīng)過時(shí)，輸出檢測(cè)信號(hào)；地磁無線車輛檢測(cè)接收單位通過RF433M無線載波通信實(shí)時(shí)接收地磁無線車輛檢測(cè)傳感單位的信號(hào)，接收單位按照協(xié)議通過光纖將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送到數(shù)據(jù)匯集單元。

2.2 基于Win CE 的嵌入式智能控制部分

隧道照明智能控制單元負(fù)責(zé)與數(shù)據(jù)匯集單元（無線地磁檢測(cè)車輛有無信息、隧道外照度儀亮度信息）通訊，依據(jù)數(shù)據(jù)匯集單元提供的信息實(shí)時(shí)對(duì)隧道各照明區(qū)域的照明燈進(jìn)行開關(guān)及亮度調(diào)節(jié)。在智能控制模式下，系統(tǒng)根據(jù)地磁無線車輛檢測(cè)傳感單元的ID號(hào)，依次檢測(cè)最新的數(shù)據(jù)，當(dāng)進(jìn)洞口地磁無線車輛檢測(cè)傳感單元顯示有車輛時(shí)，在排除不是停留車輛的情況下，按照行車方向依次開啟或者調(diào)節(jié)各區(qū)域照明燈亮度。之后按照最新的車檢數(shù)據(jù)，在延時(shí)一定時(shí)間，之間實(shí)時(shí)檢測(cè)進(jìn)洞口是否有車輛，如果有新的車輛行駛進(jìn)來，則跳出關(guān)閉特定區(qū)域照明燈組程序，如果沒有新的車輛行駛進(jìn)來，則當(dāng)延時(shí)時(shí)間到，則執(zhí)行關(guān)閉特定區(qū)域照明燈組程序。在特定時(shí)間內(nèi)如果系統(tǒng)檢測(cè)到隧道中間某個(gè)區(qū)域一直有車輛時(shí)，則認(rèn)定該車為因故停留車輛，則執(zhí)行單個(gè)區(qū)域照明燈組控制方案。

3 應(yīng)用無線地磁流量檢測(cè)的隧道智能照明軟件模塊

3.1 隧道智能照明調(diào)節(jié)軟件控制流程

調(diào)光模塊是智能組件處理單元的核心程序模塊[5]，主要包括智能車流量調(diào)光子流程以及基礎(chǔ)時(shí)序調(diào)光流程。其中智能車流量調(diào)光子流程如圖2所示。

3.2 隧道智能照明調(diào)節(jié)軟件模塊組成

隧道照明智能控制系統(tǒng)軟件包括：照明智能控制器控制軟件和觸摸屏控制軟件。照明智能控制器控制軟件完成無線地磁車檢器數(shù)據(jù)通訊、隧道外照度儀數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、隧道各區(qū)域照明控制信號(hào)通訊、照明方案存儲(chǔ)等功能。觸摸屏控制軟件主要完成隧道照明監(jiān)控、系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)設(shè)置等功能。

隧道照明智能控制系統(tǒng)工作模式有：（1）時(shí)序控制：用戶可設(shè)置各照明回路的LED燈組開啟和關(guān)閉的時(shí)間，設(shè)置完成后，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)置的時(shí)間來自動(dòng)運(yùn)行。（2）自動(dòng)控制：系統(tǒng)在時(shí)序控制的基礎(chǔ)上，可以自動(dòng)根據(jù)無線地磁檢測(cè)的車輛信息、隧道外照度數(shù)據(jù)來動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)隧道內(nèi)需要開啟的燈組數(shù)以及各燈組的亮度等級(jí)。系統(tǒng)主界面如圖3所示。

4 系統(tǒng)總結(jié)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的隧道照明節(jié)能控制系統(tǒng)有助于提高隧道LED照明控制的節(jié)能應(yīng)用，進(jìn)一步解決隧道照明系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性與節(jié)能性的此消彼長(zhǎng)的矛盾。在減少隧道照明用電量的前提下有效提高隧道行車的安全性，同時(shí)依據(jù)無線地磁技術(shù)的實(shí)時(shí)車速及流量信息動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)LED光源的點(diǎn)亮?xí)r間及亮度值，進(jìn)一步提高隧道照明系統(tǒng)的穩(wěn)定性和技術(shù)先進(jìn)性。

根據(jù)筆者所在單位實(shí)際工程項(xiàng)目運(yùn)行效果表明，在項(xiàng)目所在隧道LED燈組特性及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際流量基礎(chǔ)上，照明動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)運(yùn)行后，試驗(yàn)隧道耗電量可節(jié)約20%-30%，系統(tǒng)具有較明顯的節(jié)能效果。

參考文獻(xiàn)

[1]JTJ026.1-1999.公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]張馳，王洵，徐沛娟.公路隧道LED節(jié)能照明及控制系統(tǒng)試驗(yàn)研究[J].新技術(shù)新工藝， 2009（9）：67-69.

[3]龔貽華.城市隧道照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2008.