梁兆健
甘肅隴原信息科技有限公司 甘肅蘭州 730000
照明控制系統(tǒng)是隧道運營中能耗最高的部分,也是與行車安全性最密切相關(guān)的部分。目前我國的公路隧道照明管理系統(tǒng)仍面臨許多問題,例如舊機電設(shè)備、低功耗照明設(shè)備少和智能控制能力差。這些問題和技術(shù)缺陷的存在與我國高質(zhì)量公路,特別是高速公路的快速發(fā)展形成鮮明對比和矛盾[1]。
在過去的公路隧道照明管理系統(tǒng)中,難以滿足隧道的實時照明需求,導(dǎo)致出現(xiàn)了過度照明和低效照明的現(xiàn)象。隧道智能照明控制系統(tǒng)引入了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),可根據(jù)季節(jié)和隧道內(nèi)外不同的光照強度實時動態(tài)調(diào)整隧道照明,有效地應(yīng)對了照明過度和照明效率低下的問題,實現(xiàn)隧道照明的現(xiàn)代化。
基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的公路隧道智能照明系統(tǒng)的總體方案圖如圖1所示。該系統(tǒng)的核心是嵌入式控制系統(tǒng)。
圖1 公路隧道智能照明系統(tǒng)整體方案
物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)接受分布式控制,嵌入式控制子系統(tǒng)分布在隧道中的各個位置,其主控制器接受ARM9來收集有關(guān)隧道中照明,交通流量和能耗的數(shù)據(jù),并配備了無線傳輸模塊,將收集的數(shù)據(jù)實時發(fā)送到遠程終端。遠程終端接收到前端收集到的數(shù)據(jù)后,對模糊控制算法的分析得出實時的隧道照明系統(tǒng)控制量,分段進行隧道照明控制[2]。
嵌入式控制系統(tǒng)是整個控制終端的核心部分,為實現(xiàn)實時收集和處理數(shù)據(jù)的可能性,選擇了ARM9微處理器作為嵌入式系統(tǒng)的基本處理器。ARM9通過訪問地址訪問光傳感器以獲取隧道每個位置的光強度數(shù)據(jù),同時偶爾訪問智能電表以收集隧道照明能耗數(shù)據(jù),并通過串行端口訪問線圈檢測器終端以獲取交通流信息。嵌入式系統(tǒng)收到必要的數(shù)據(jù)后,將數(shù)據(jù)存儲在本地存儲中,數(shù)據(jù)將根據(jù)TCP/IP通信協(xié)議傳輸?shù)竭h程服務(wù)器終端,以分析和控制遠程服務(wù)器。
模糊控制算法是智能隧道照明控制的基本控制算法。根據(jù)模糊控制算法的原理,當自然光強度較低時,有必要在隧道的進出口處包括較少的照明設(shè)備。相反,當來自外部的自然光較強時,應(yīng)僅在隧道的入口和出口處打開更多的照明設(shè)備。在隧道的中部,人眼逐漸適應(yīng)了昏暗的環(huán)境,目前主要根據(jù)交通流量來控制光的強度,以達到節(jié)能的目的。通常在不同的時間段內(nèi),隧道中的車輛數(shù)量會發(fā)生變化,并且不同的天氣狀況會對車輛數(shù)量產(chǎn)生更大的影響。為滿足光強度,一般根據(jù)最大車輛數(shù)量來設(shè)計家用隧道的光強度,如果對隧道的照料保留了最大的設(shè)計光,則導(dǎo)致大量的功率損耗。
交通流量數(shù)據(jù)的收集主要是使用環(huán)形線圈傳感器完成的,該傳感器大多埋在路面下方。通過感應(yīng)線圈檢測交通流量和速度是監(jiān)視公路車輛工作條件的重要部分之一,利用該傳感器,可獲得諸如道路流量、道路占用率和道路的被監(jiān)視部分的速度之類的數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)可用作估算道路車輛的體積和擁堵的重要基礎(chǔ)。當車輛通過環(huán)形線圈時,線圈中感應(yīng)出電流,線圈的電感發(fā)生變化,檢測器檢測到電感和檢測電路的變化,線圈中電流的振蕩頻率被轉(zhuǎn)換成脈沖,計算脈沖數(shù)[3]。一對感應(yīng)線圈可埋在條帶的一部分中,當車輛通過兩個感應(yīng)線圈時,檢測器計算兩個線圈之間的時間差,以轉(zhuǎn)換車速以實現(xiàn)車速檢測。
為達到節(jié)省照明能源的目的,首先需要收集有關(guān)隧道照明能源消耗的數(shù)據(jù),嵌入式系統(tǒng)應(yīng)與電力收集系統(tǒng)通信,并讀取隧道照明消耗的實時電力數(shù)據(jù)。智能電表是監(jiān)視電力數(shù)據(jù)的最直接的設(shè)備,安裝在隧道照明的線路輸入處,可實時收集和計數(shù)照明電路上的電流、功率和能耗。智能電表可實時實現(xiàn)電參數(shù)的采集和平均統(tǒng)計并存儲采集的數(shù)據(jù),嵌入式系統(tǒng)可以根據(jù)設(shè)備的通信協(xié)議請求數(shù)據(jù)。智能電表可以根據(jù)不同的地址定義訪問不同位置的電表信息,對所提供信息的反饋。嵌入式系統(tǒng)比較模糊控制前后的能耗,從而依次確定是否達到了節(jié)能的目的。
隧道中亮度數(shù)據(jù)的收集主要用于實現(xiàn)基于STM32控制器設(shè)計的,布置在不同位置的光傳感器。光傳感器通常安裝在隧道的每個部分中,內(nèi)置系統(tǒng)通過地址訪問并要求每個傳感器在隧道的每個位置接收光,卷數(shù)據(jù)及存儲和傳輸數(shù)據(jù)。光傳感器的功能不僅完成光數(shù)據(jù)的收集,還可收集環(huán)境的溫度和濕度,系統(tǒng)選擇的護理傳感器使用Modbus協(xié)議通過串行端口與嵌入式系統(tǒng)進行通信。總線上最多可連接250個光傳感器,嵌入式系統(tǒng)可按地址要求這些傳感器收集有關(guān)整個隧道照明的數(shù)據(jù)。
當前,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展為公路隧道的照明系統(tǒng)帶來了機遇,將智能化的照明系統(tǒng)應(yīng)用到公路隧道中,不僅對照明進行節(jié)能控制,還能為人們的出現(xiàn)安全進行保障,在公路隧道的照明系統(tǒng)中有一定的應(yīng)用價值。