公路隧道照明檢測系統(tǒng)研究與設(shè)計

楊榮廣 張陽 張輝

摘要：為了解決公路隧道照明檢測勞動強度高、測量速度慢、安全性差等問題，設(shè)計并實現(xiàn)了一套公路隧道照明檢測系統(tǒng)，研究了基于路面亮度的多測圈檢測方法。通過模擬隧道外部亮度變化，實現(xiàn)了對隧道照明控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)響應(yīng)度和隧道照明亮度分布的快速、連續(xù)測量，解決了隧道運營過程中照明檢測繁瑣耗時、困難危險的問題。

關(guān)鍵詞：隧道照明;亮度檢測;無線通信;響應(yīng)度;亮度分布

0? ? 引言

隧道照明的質(zhì)量直接關(guān)系到隧道交通安全和節(jié)能效果，良好的照明可以改善交通條件，減輕駕駛員疲勞感，提高行車舒適性，保證隧道行車安全[1]。目前，國內(nèi)基于照度檢測的人工布點法被廣泛使用。但是，此方法存在檢測工作量大、檢測時間長的缺點，而且檢測已通車的隧道還存在交通安全隱患[2]。

本文提出一種基于路面亮度的多測圈檢測方法，以機動車為平臺，不需設(shè)置采樣點，既不影響道路交通，又能保證測量人員的安全。

1? ? 系統(tǒng)簡介

檢測系統(tǒng)由程控光源和檢測設(shè)備兩個子系統(tǒng)組成，系統(tǒng)間利用LoRa模塊進行無線通信。程控光源通過編程輸出周期性標(biāo)準(zhǔn)光源，作為隧道照明系統(tǒng)的輸入，模擬洞外亮度變化。檢測設(shè)備采集隧道內(nèi)亮度值，通過匯總程控光源輸出值和洞內(nèi)亮度變化值，實現(xiàn)對隧道照明控制系統(tǒng)響應(yīng)度和隧道照明亮度分布的測量。人工布點法包括四點法和中心法[3]，需要手動設(shè)置采樣點，然后用照度計逐個記錄測量點的照度值。與之相比，本文提出的檢測方法可以對隧道同一斷面多個測量圈進行同時記錄，進行快速、連續(xù)測量，簡化測量過程，減少檢測時間。檢測示意圖如圖1所示。

2? ? 硬件設(shè)計

系統(tǒng)選擇32位ARM內(nèi)核處理器STM32F429為主控芯片，其內(nèi)核為Cortex-M4架構(gòu)，工作頻率為180 MHz，具有極低的功耗。同時，STM32F429具有豐富的資源：定時器、DAC、ADC、通信接口、使用靈活的存儲器和強大的圖形界面支持等，能滿足本系統(tǒng)的應(yīng)用要求。

程控光源對隧道照明控制系統(tǒng)進行亮度輸入，引起照明系統(tǒng)亮度變化或維持亮度穩(wěn)定。系統(tǒng)的硬件電路主要包括電源模塊、MCU模塊、人機交互模塊、標(biāo)準(zhǔn)源檢測、信號處理電路、標(biāo)準(zhǔn)源驅(qū)動電路、面光源和LoRa通信模塊。

檢測設(shè)備通過信號線最多可連接5部亮度儀，實現(xiàn)多通道測量，能夠?qū)崟r顯示、存儲測量數(shù)據(jù)，并繪制亮度曲線。系統(tǒng)電路主要包括電源管理模塊、MCU模塊、人機交互模塊、標(biāo)準(zhǔn)源檢測電路、信號處理電路、USB存儲電路和通信模塊。

3? ? 軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件基于STM32的1.4.2版本封裝庫進行設(shè)計，在Keil集成環(huán)境下，使用C語言進行開發(fā)。程控光源軟件主要包括人機交互程序、亮度采集與處理程序、串口通信、亮度PID控制程序等。檢測設(shè)備由3.7 V鋰電池進行供電，在軟件設(shè)計上具有電量檢測、圖形顯示、數(shù)據(jù)存儲、無線通信等功能。通過LoRa模塊兩者實現(xiàn)協(xié)同工作，對隧道照明調(diào)控系統(tǒng)的響應(yīng)度和隧道照明亮度分布進行測量。系統(tǒng)軟件流程圖如圖2所示。

4? ? 檢測流程說明

4.1? ? 響應(yīng)度測量

測量隧道照明系統(tǒng)響應(yīng)度時，測量啟動信號由檢測設(shè)備發(fā)出。將檢測設(shè)備靜置在入口段的測量區(qū)間，完成設(shè)置后發(fā)出啟動信號，程控光源接收到消息后和檢測設(shè)備同時啟動測量，此時程控光源輸出周期性鋸齒波，同時按照設(shè)置時的周期對光源亮度進行采樣存儲。測量足夠的數(shù)據(jù)后，檢測設(shè)備發(fā)出結(jié)束信號，接收程控光源存儲的數(shù)據(jù)并繪制隧道內(nèi)部亮度變化曲線和程控光源的亮度輸出曲線，根據(jù)波峰的相位差計算隧道照明控制系統(tǒng)的遲滯情況，從而獲得響應(yīng)度。

4.2? ? 亮度分布測量

測量隧道照明亮度分布時，測量開始信號由程控光源發(fā)出。將檢測設(shè)備搭載至機動車上，完成檢測設(shè)置后發(fā)出信號，程控光源接收到指令后持續(xù)穩(wěn)定地輸出，達到穩(wěn)定的目標(biāo)亮度后，發(fā)送測量啟動信號至檢測設(shè)備，并開始記錄亮度值。此時，機動車勻速行駛，以相同的采樣周期對隧道內(nèi)亮度進行采集、顯示和存儲。通過測量區(qū)間后，檢測設(shè)備發(fā)出停止信號，并接收程控光源數(shù)據(jù)，可以得到不同亮度輸入下隧道各區(qū)段的亮度分布情況。

通過按鍵更新檢測區(qū)段序號，用相同的序號標(biāo)記同一區(qū)段的數(shù)據(jù)，從而將整個檢測過程進行分段處理，進而計算各區(qū)段的詳細參數(shù)，實現(xiàn)連續(xù)測量。

5? ? 結(jié)語

本文研究并設(shè)計了一套基于路面亮度的車載式隧道照明檢測系統(tǒng)，能夠針對公路隧道照明系統(tǒng)的調(diào)節(jié)響應(yīng)度和隧道亮度分布情況進行快速連續(xù)檢測，解決了公路隧道照明檢測繁瑣耗時、困難危險等問題，為公路隧道照明的檢測積累了經(jīng)驗。

[參考文獻]

[1] 馬揚業(yè).高速公路隧道照明檢測方法探討[J].廣東公路交通，2015（1）：57-60.

[2] 李昊，秦大為.適于LED路燈的車載式道路照明檢測系統(tǒng)設(shè)計[J].燈與照明，2015，39（1）：42-44.

[3] 張乾.公路隧道照明智能控制系統(tǒng)的設(shè)計[D].大連：大連海事大學(xué)，2016.

收稿日期：2020-05-15

作者簡介：楊榮廣（1994—），男，河北遷安人，碩士研究生在讀，研究方向：環(huán)境檢測技術(shù)與系統(tǒng)。