公路隧道照明检测系统研究与设计

杨荣广 张阳 张辉

摘要：为了解决公路隧道照明检测劳动强度高、测量速度慢、安全性差等问题，设计并实现了一套公路隧道照明检测系统，研究了基于路面亮度的多测圈检测方法。通过模拟隧道外部亮度变化，实现了对隧道照明控制系统调节响应度和隧道照明亮度分布的快速、连续测量，解决了隧道运营过程中照明检测繁琐耗时、困难危险的问题。

关键词：隧道照明;亮度检测;无线通信;响应度;亮度分布

0    引言

隧道照明的质量直接关系到隧道交通安全和节能效果，良好的照明可以改善交通条件，减轻驾驶员疲劳感，提高行车舒适性，保证隧道行车安全[1]。目前，国内基于照度检测的人工布点法被广泛使用。但是，此方法存在检测工作量大、检测时间长的缺点，而且检测已通车的隧道还存在交通安全隐患[2]。

本文提出一种基于路面亮度的多测圈检测方法，以机动车为平台，不需设置采样点，既不影响道路交通，又能保证测量人员的安全。

1    系统简介

检测系统由程控光源和检测设备两个子系统组成，系统间利用LoRa模块进行无线通信。程控光源通过编程输出周期性标准光源，作为隧道照明系统的输入，模拟洞外亮度变化。检测设备采集隧道内亮度值，通过汇总程控光源输出值和洞内亮度变化值，实现对隧道照明控制系统响应度和隧道照明亮度分布的测量。人工布点法包括四点法和中心法[3]，需要手动设置采样点，然后用照度计逐个记录测量点的照度值。与之相比，本文提出的检测方法可以对隧道同一断面多个测量圈进行同时记录，进行快速、连续测量，简化测量过程，减少检测时间。检测示意图如图1所示。

2    硬件设计

系统选择32位ARM内核处理器STM32F429为主控芯片，其内核为Cortex-M4架构，工作频率为180 MHz，具有极低的功耗。同时，STM32F429具有丰富的资源：定时器、DAC、ADC、通信接口、使用灵活的存储器和强大的图形界面支持等，能满足本系统的应用要求。

程控光源对隧道照明控制系统进行亮度输入，引起照明系统亮度变化或维持亮度稳定。系统的硬件电路主要包括电源模块、MCU模块、人机交互模块、标准源检测、信号处理电路、标准源驱动电路、面光源和LoRa通信模块。

檢测设备通过信号线最多可连接5部亮度仪，实现多通道测量，能够实时显示、存储测量数据，并绘制亮度曲线。系统电路主要包括电源管理模块、MCU模块、人机交互模块、标准源检测电路、信号处理电路、USB存储电路和通信模块。

3    软件设计

系统软件基于STM32的1.4.2版本封装库进行设计，在Keil集成环境下，使用C语言进行开发。程控光源软件主要包括人机交互程序、亮度采集与处理程序、串口通信、亮度PID控制程序等。检测设备由3.7 V锂电池进行供电，在软件设计上具有电量检测、图形显示、数据存储、无线通信等功能。通过LoRa模块两者实现协同工作，对隧道照明调控系统的响应度和隧道照明亮度分布进行测量。系统软件流程图如图2所示。

4    检测流程说明

4.1    响应度测量

测量隧道照明系统响应度时，测量启动信号由检测设备发出。将检测设备静置在入口段的测量区间，完成设置后发出启动信号，程控光源接收到消息后和检测设备同时启动测量，此时程控光源输出周期性锯齿波，同时按照设置时的周期对光源亮度进行采样存储。测量足够的数据后，检测设备发出结束信号，接收程控光源存储的数据并绘制隧道内部亮度变化曲线和程控光源的亮度输出曲线，根据波峰的相位差计算隧道照明控制系统的迟滞情况，从而获得响应度。

4.2    亮度分布测量

测量隧道照明亮度分布时，测量开始信号由程控光源发出。将检测设备搭载至机动车上，完成检测设置后发出信号，程控光源接收到指令后持续稳定地输出，达到稳定的目标亮度后，发送测量启动信号至检测设备，并开始记录亮度值。此时，机动车匀速行驶，以相同的采样周期对隧道内亮度进行采集、显示和存储。通过测量区间后，检测设备发出停止信号，并接收程控光源数据，可以得到不同亮度输入下隧道各区段的亮度分布情况。

通过按键更新检测区段序号，用相同的序号标记同一区段的数据，从而将整个检测过程进行分段处理，进而计算各区段的详细参数，实现连续测量。

5    结语

本文研究并设计了一套基于路面亮度的车载式隧道照明检测系统，能够针对公路隧道照明系统的调节响应度和隧道亮度分布情况进行快速连续检测，解决了公路隧道照明检测繁琐耗时、困难危险等问题，为公路隧道照明的检测积累了经验。

[参考文献]

[1] 马扬业.高速公路隧道照明检测方法探讨[J].广东公路交通，2015（1）：57-60.

[2] 李昊，秦大为.适于LED路灯的车载式道路照明检测系统设计[J].灯与照明，2015，39（1）：42-44.

[3] 张乾.公路隧道照明智能控制系统的设计[D].大连：大连海事大学，2016.

收稿日期：2020-05-15

作者简介：杨荣广（1994—），男，河北迁安人，硕士研究生在读，研究方向：环境检测技术与系统。