公路隧道照明檢測系統研究與設計

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，設計并實現了一套公路隧道照明檢測系統，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，實現了對隧道照明控制系統調節響應度和隧道照明亮度分布的快速、連續測量，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。

關鍵詞：隧道照明;亮度檢測;無線通信;響應度;亮度分布

0? ? 引言

隧道照明的質量直接關系到隧道交通安全和節能效果，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? ? 系統簡介

檢測系統由程控光源和檢測設備兩個子系統組成，系統間利用LoRa模塊進行無線通信。程控光源通過編程輸出周期性標準光源，作為隧道照明系統的輸入，模擬洞外亮度變化。檢測設備采集隧道內亮度值，通過匯總程控光源輸出值和洞內亮度變化值，實現對隧道照明控制系統響應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? ? 硬件設計

系統選擇32位ARM內核處理器STM32F429為主控芯片，其內核為Cortex-M4架構，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，能滿足本系統的應用要求。

程控光源對隧道照明控制系統進行亮度輸入，引起照明系統亮度變化或維持亮度穩定。系統的硬件電路主要包括電源模塊、MCU模塊、人機交互模塊、標準源檢測、信號處理電路、標準源驅動電路、面光源和LoRa通信模塊。

檢測設備通過信號線最多可連接5部亮度儀，實現多通道測量，能夠實時顯示、存儲測量數據，并繪制亮度曲線。系統電路主要包括電源管理模塊、MCU模塊、人機交互模塊、標準源檢測電路、信號處理電路、USB存儲電路和通信模塊。

3? ? 軟件設計

系統軟件基于STM32的1.4.2版本封裝庫進行設計，在Keil集成環境下，使用C語言進行開發。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。檢測設備由3.7 V鋰電池進行供電，在軟件設計上具有電量檢測、圖形顯示、數據存儲、無線通信等功能。通過LoRa模塊兩者實現協同工作，對隧道照明調控系統的響應度和隧道照明亮度分布進行測量。系統軟件流程圖如圖2所示。

4? ? 檢測流程說明

4.1? ? 響應度測量

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

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出。將檢測設備搭載至機動車上，完成檢測設置后發出信號，程控光源接收到指令后持續穩定地輸出，達到穩定的目標亮度后，發送測量啟動信號至檢測設備，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亮度進行采集、顯示和存儲。通過測量區間后，檢測設備發出停止信號，并接收程控光源數據，可以得到不同亮度輸入下隧道各區段的亮度分布情況。

通過按鍵更新檢測區段序號，用相同的序號標記同一區段的數據，從而將整個檢測過程進行分段處理，進而計算各區段的詳細參數，實現連續測量。

5? ? 結語

本文研究并設計了一套基于路面亮度的車載式隧道照明檢測系統，能夠針對公路隧道照明系統的調節響應度和隧道亮度分布情況進行快速連續檢測，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驗。

[參考文獻]

[1] 馬揚業.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設計[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的設計[D].大連：大連海事大學，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：環境檢測技術與系統。