摘要：高速公路隧道內(nèi)照明情況關(guān)乎過往車輛的行駛安全，因此高速公路隧道在設(shè)計之初都是采用大功率的照明燈，并以24 h常亮的運行方式來保障過往車輛的安全，這造成了電能的大量浪費。為實現(xiàn)高速公路隧道照明的節(jié)能減排，研制了一種高速公路隧道照明節(jié)能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用測距紅外傳感器對駛?cè)牒婉偝鏊淼赖能囕v進行統(tǒng)計，當隧道內(nèi)存在車輛時，照明燈常亮，否則關(guān)閉照明燈，以此達到節(jié)能的效果。為改良現(xiàn)有主站終端對隧道照明的監(jiān)測方式以適應(yīng)該系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用電壓互感器對供電電源的供電情況進行監(jiān)測，當監(jiān)測到供電電源停電時，啟動備用電源臨時供電，以保證隧道照明燈的正常運行，并將停電信息上傳主站終端，提示工作人員現(xiàn)場運維。

關(guān)鍵詞：高速公路;隧道照明;節(jié)能減排;測距紅外傳感器

中圖分類號：U453.7" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2023）15-0042-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.15.010

0" " 引言

我國的高速公路總里程位居世界第一，路上遍布著大大小小無數(shù)的隧道。隧道內(nèi)照明情況關(guān)乎過往車輛的行駛安全，因此，高速公路隧道在設(shè)計之初都是采用大功率的照明燈，并以24 h全天候常亮的運行方式來保障過往車輛的安全[1-2]。但由于高速公路并非時時都有車輛駛過，在部分時段特別是深夜，隧道處于無車輛駛過的狀態(tài)，此時照明燈常亮就相當于浪費大量的電能。目前我國正處于發(fā)電模式更替階段，但依然是以火力發(fā)電為主，而煤礦資源的稀缺一度造成了電能緊缺的狀況[3];另外，國家目前呼吁節(jié)能減排，實現(xiàn)碳中和，所以高速公路隧道照明燈的運行模式需要進行節(jié)能減排改造，以響應(yīng)國家號召。

本文提出了一種高速公路隧道照明節(jié)能控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用測距紅外傳感器對駛?cè)牒婉偝鏊淼赖能囕v進行統(tǒng)計，當隧道內(nèi)有車輛存在時，照明燈常亮，否則關(guān)閉照明燈，以此達到節(jié)能的效果。為改良現(xiàn)有主站終端對隧道照明的監(jiān)測方式以適應(yīng)該系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用電壓互感器對供電電源的供電情況進行監(jiān)測，當監(jiān)測到供電電源停電時，啟動備用電源臨時供電，以保證隧道照明燈的正常運行，并將停電信息上傳主站終端，提示工作人員現(xiàn)場運維。

1" " 高速公路隧道照明節(jié)能控制系統(tǒng)現(xiàn)場布置設(shè)計

高速公路隧道照明節(jié)能控制系統(tǒng)現(xiàn)場布置圖如圖1所示。

高速公路隧道內(nèi)根據(jù)隧道長度裝設(shè)一定數(shù)量的照明燈。在隧道入口處的左右兩端各安裝一個入口測距紅外傳感器，在隧道出口處的左右兩端各安裝一個出口測距紅外傳感器，測距紅外傳感器用于檢測隧道內(nèi)是否存在車輛。隧道側(cè)面的配電室內(nèi)安裝微機模塊、電壓互感器、舵機模塊1和舵機模塊2。其中，微機模塊是該系統(tǒng)的核心模塊，用于接收、計算數(shù)據(jù)和輸出指令。電壓互感器安裝在供電電源進線處，用于檢測供電電源是否正常供電。舵機模塊1安裝在自備電源切換開關(guān)處，用于對自備電源進行投切。舵機模塊2安裝于隧道照明燈控制開關(guān)總閘處，用于對照明燈進行開合。入口測距紅外傳感器和出口測距紅外傳感器通過沿隧道墻壁布線進而引進配電室，連同電壓互感器二次側(cè)一起連接于微機模塊的輸入接口上，舵機模塊1、舵機模塊2分別連接在微機模塊的輸出接口上。

2" " 高速公路隧道照明節(jié)能控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

高速公路隧道照明節(jié)能控制系統(tǒng)硬件原理圖如圖2所示。

高速公路隧道照明節(jié)能控制系統(tǒng)硬件設(shè)計如下：

微機模塊內(nèi)分為主微機和次微機，主微機主要用于處理入口測距紅外傳感器和電壓互感器二次側(cè)的輸入數(shù)據(jù)，以及后續(xù)的所有數(shù)據(jù)計算和指令輸出;次微機主要用于處理出口測距紅外傳感器的輸入數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)處理結(jié)束后的結(jié)果傳輸?shù)街魑C中進行綜合處理，目的是使入口測距紅外傳感器與出口測距紅外傳感器實現(xiàn)并列運行、單獨處理，彼此不受影響和干擾。

入口測距紅外傳感器與出口測距紅外傳感器均單向?qū)y量數(shù)據(jù)傳入微機模塊。微機模塊單向給舵機模塊2發(fā)送隧道照明燈分合閘指令。測距紅外傳感器的工作原理是由紅外探頭發(fā)射紅外線，在紅外線遇到遮擋物時反彈回來，由于紅外線的傳播速度近似光速，所以當測距紅外傳感器接收到返回的紅外線時，可以利用光速和紅外線從發(fā)射到接收的時間測算傳感器與遮擋物之間的距離，測距紅外傳感器測算速度極快，在使用12 MHz晶振的情況下，每12 μs就能完成一次測算。利用測距紅外傳感器的該原理做如下設(shè)計：高速公路單個車道的寬度標準是3.75 m，隧道設(shè)計通常為雙車道模式，隧道入口和出口左右兩側(cè)的測距紅外傳感器各自監(jiān)測距離最近的車道上車輛駛?cè)牒婉偝銮闆r。當無車輛駛過時，測距紅外傳感器測算距離將大于3.75 m;當有車輛駛過時，測距紅外傳感器測算距離將小于3.75 m。從入口測距紅外傳感器首次測算到測算距離小于3.75 m開始，直到測算距離大于3.75 m為止，記為駛?cè)胍惠v車輛;從出口測距紅外傳感器首次測算到測算距離小于3.75 m開始，直到測算距離大于3.75 m為止，記為駛出一輛車輛。將駛?cè)胲囕v數(shù)與駛出車輛數(shù)作差，得出隧道內(nèi)的實時車輛數(shù)。當隧道內(nèi)車輛數(shù)由0變成1時，微機模塊控制舵機模塊2進行合閘，隧道照明燈亮起;當隧道內(nèi)車輛數(shù)由1變成0時，微機模塊控制舵機模塊2進行分閘，隧道照明燈熄滅。

電壓互感器二次側(cè)將檢測的電信號單向傳入微機模塊，微機模塊單向給舵機模塊1發(fā)送切換自備電源的指令，并將供電電源停電信息單向上傳給主站終端。由于高速公路隧道照明節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)計，隧道內(nèi)照明燈不再是24 h全天候常亮狀態(tài)，這就使得現(xiàn)有主站終端監(jiān)測隧道照明是否正常運行的系統(tǒng)不再完全適用，當隧道照明燈不亮?xí)r，主站終端不再能簡單判斷隧道照明燈是故障還是供電電源停電。為此，在配電室安裝備用電源，當電壓互感器二次側(cè)檢測到供電電源停電時，微機模塊控制舵機模塊1切換成備用電源臨時供電，以保證隧道照明燈的正常運行，保障行駛車輛的安全，同時微機模塊將該隧道供電電源停電信息上傳主站終端，提示工作人員進行現(xiàn)場處理，及時恢復(fù)供電。當電壓互感器二次側(cè)檢測到供電電源恢復(fù)供電時，微機模塊控制舵機模塊1切換回供電電源供電。

3" " 高速公路隧道照明節(jié)能控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

設(shè)置備用電源合閘標志為backup，backup為0代表備用電源未合閘，backup為1代表備用電源已合閘。設(shè)置照明燈啟動標志為start，start為1代表照明燈啟動，start為0代表照明燈未啟動。設(shè)置入口測距紅外傳感器的測算距離為d1，出口測距紅外傳感器的測算距離為d2，駛?cè)胨淼儡囕v數(shù)為c1，駛出隧道車輛數(shù)為c2，隧道內(nèi)車輛數(shù)為c0。

高速公路隧道照明節(jié)能控制系統(tǒng)主微機軟件流程圖如圖3所示。

電壓互感器二次側(cè)檢測供電電源是否正常供電，如果電壓互感器二次側(cè)不帶電，則判斷備用電源合閘標志backup是否為1，如果backup不為1，則證明備用電源未啟動，此時主微機控制舵機模塊1合閘啟動備用電源，并向主站終端上傳供電電源停電的信息，再將backup置1;如果backup為1，則證明備用電源已啟動，此時電壓互感器二次側(cè)檢測供電電源是否正常供電，如果供電電源恢復(fù)正常供電，主微機控制舵機模塊1分閘切斷備用電源，再將backup置0。

當入口測距紅外傳感器檢測到d1小于3.75時，證明有車輛駛?cè)胨淼溃貜?fù)測算d1是否一直小于3.75，當測算距離大于3.75時，證明有一輛車輛完整駛?cè)胨淼?，此時c1自加1。出口測距紅外傳感器檢測原理與入口測距紅外傳感器檢測原理相同，當次微機計算完一次c2的值時，實時將c2數(shù)據(jù)傳輸給主微機，及時更新主微機中c2數(shù)據(jù)。

將c1與c2作差得到c0，判斷c0是否大于0，如果c0大于0，則證明隧道內(nèi)有車輛存在，此時判斷照明燈啟動標志start是否為1，如果start不為1，則證明照明燈未啟動，主微機控制舵機模塊2進行合閘啟動照明燈，并將start置1。如果c0不大于0，則證明隧道內(nèi)已無車輛存在，此時判斷start是否為1，如果start為1，則證明照明燈啟動，主微機控制舵機模塊2進行分閘關(guān)閉照明燈，并將start置0。

4" " 結(jié)束語

高速公路隧道照明節(jié)能控制系統(tǒng)利用測距紅外傳感器對駛?cè)牒婉偝鏊淼赖能囕v進行統(tǒng)計，當隧道內(nèi)存在車輛時，照明燈常亮，否則關(guān)閉照明燈，以此達到節(jié)能的效果。為改良現(xiàn)有主站終端對隧道照明的監(jiān)測方式以適應(yīng)該系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用電壓互感器對供電電源的供電情況進行監(jiān)測，當監(jiān)測到供電電源停電時，啟動備用電源臨時供電，以保證隧道照明燈的正常運行，并將停電信息上傳主站終端，提示工作人員現(xiàn)場運維。

[參考文獻]

[1] 崔儀，車現(xiàn)法，范振慶.隧道照明節(jié)能發(fā)展綜述[J].中國照明電器，2018（12）：23-26.

[2] 劉金.高速公路隧道低壓配電系統(tǒng)與照明系統(tǒng)故障分析及解決措施[J].北方交通，2022（10）：74-76.

[3] 王瑞環(huán).“雙碳”背景下火力發(fā)電企業(yè)資金管理存在的問題及對策研究[J].質(zhì)量與市場，2023（1）：151-153.

收稿日期：2023-04-03

作者簡介：陳建楓（1989—），男，廣東汕頭人，助理工程師，研究方向：高速公路監(jiān)控中心智慧運營系統(tǒng)的主要技術(shù)。