嵌入式隧道照明控制器的总体设计

[摘 要] 隧道作为交通中的特殊路段，在使用中有很多方面需要进行特别处理，首先就是隧道的照明系统。目前，隧道照明很多采用人工控制的方式进行开关和检查，这种方式存在种种人为因素带来的弊端。而嵌入式隧道照明控制器可以以车流量为控制重点，结合外界光照强度，对隧道内的灯光进行合理控制，达到节电的目的。因此，本文对嵌入式隧道照明控制器的总体设计进行了探讨。

[关键词] 嵌入式隧道 照明 设计

一、嵌入式技术介绍

随着我国经济的快速发展，我国能源危机日渐严重，特别是近几年的拉闸限电现象，己严重影响到了许多不能停电运营的行业。据了解，我国照明耗电量约占总耗电量的10%一12%。而需要24小时全天候照明的隧道照明系统，占据整个照明用电很大的比例，节能空间很大。因此，如何能在保证行车安全的前提下最大程度的节能便成了照明设计工作的函待解决的问题。因此，对于隧道的照明系统设计，不仅仅要考虑照明灯具的安装设计，更要考虑到照明的控制系统，使得既符合人眼睛的视觉要求，又能在各种环境下适时适当的调整灯具的亮灭，最大程度的节省能源。嵌入式系统一般指非PC系统，是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统，对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。简单地说，嵌入式系统集系统的应用软件与硬件于一体，类似于PC中BIOS的工作方式，具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点，特别适合于要求实时和多任务的体系。嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术、电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物，这一点就决定了它是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。经过几十年的发展，嵌入式系统已经在很大程度上改变了人们的生活、工作和娱乐方式，而且这些改变还在加速。

二、嵌入式隧道照明控制器的总体设计

1、隧道照明控制系统的设计

隧道属于公路的特殊构造物，是公路交通的咽喉地段。所以隧道照明控制器要操作简单，功耗低，安全可靠，价格适中。控制器内的数据要能够通过打印机输出，以便相关人员查询。在隧道入口、出口以及距离入口20~30米处各安装一个车辆传感器，检测有无车辆驶向隧道、是否进入隧道，并且检测该汽车有无离开隧道。光强传感器检测隧道内和隧道外的光强。这些传感器将上述信号传给隧道照明控制器的CPU，由CPU对信号进行运算处理，如对指定的计数器进行加、减运算;控制灯具的启停等。单车道的车辆检测的原理图如图所示。

每当汽车从车辆传感器上经过进入隧道，隧道照明控制器的计数器会加汽车驶出隧道，计数器会减1。当汽车违章调头，经过车辆传感器，计数器减计数器为0时，隧道照明控制器会延时关闭或调整LED灯的亮度。隧道照明控制系统包括:车辆传感器、光强传感器、隧道照明控制器、功率控制系统。由于多数隧道在夜间几乎没有车通过，所以在夜间无车时，隧道照明控制器切断LED灯电源，有车时接通电源，使LED灯在车到来时处于点亮状态，为司机提供合适的光线。当检测汽车出去后，延时关闭隧道灯光，节约电能。白天车流量不大的情况下，当检测没有车辆进入隧道时，根据光强传感器所检测到的洞内外光强差值，在隧道内只开启相应的基本照明，当车辆检测器检测到车辆将进入隧道时，开启隧道洞口的加强照明，当车辆进入隧道后，则将车辆前面一段相应距离的加强照明开启，一旦后面无车辆跟进，则将汽车身后的加强照明关闭。白天车流量较大时，隧道照明控制器将正常开启所有照明设备。利用光强传感器还可判断晴天、阴天、白天、晚上，由功率控制系统开启、关闭或调整灯具光强相应的照明。可对单个的照明进行单控，也可对区域照明进行群控。控制策略随时可根据实际情况进行修正。这样不仅节约大量的电能，还能保护灯具，降低运营成本。

车辆检测的原理图

2、光源的选择

路灯的电光源按充入气体(或蒸气)的种类和气压高低分为:高压汞灯、低压钠灯、高压钠灯、金卤灯等。目前城市路灯的常用电光源主要是金卤灯、高压汞灯、高压钠灯和白炽灯。高压汞灯、高压钠灯有时会出现忽明忽灭现象，再起动时间一般3~15分钟。在灯泡长期燃点过程中由于电网电压突变，灯泡老化和维修质量等原因，才会出现这种忽明忽灭现象。形成的原因可分为周期性和非周期性两大类。在灯泡长期使用后，工作电压会逐步上升，当超过允许值的上限电压时，在电源电压正常无波动时尚能维持亮灯。如果电源电压突然降低10%，高压汞灯会自行熄灭;高压钠灯会因灯管功率不足，输出光减少。当电源电压恢复正常，并且灯泡也冷却到一定程度，其放电管内金属蒸气气压下降，金属气凝结后，才会再起动亮灯，造成非周期性忽明忽灭。传统光源使用传统的电感镇流器，它具有许多缺点:功率因数低，一般只有0.4左右，这大大地增加了电网的无功负担;重量大、体积大、损耗大;谐波含量高;功率稳定性差:电网电压变化时，功率变化大，会影响灯的使用寿命等。而电子镇流器能够改善它的功率因数低、但是谐波污染大，且无法实现远程控制和调光。尤其是当关闭灯具后再启动需要等待3到巧分钟，这就加大了控制难度。LED路灯比传统光源光效更高、能耗更低、响应速度更快，可以立即点亮，LED路灯只要调整电流，就可以随意调光，低压运行，几乎可达到100%的光输出，调光时低到近乎零输出[l6]。根据上述特点，它成为隧道照明节能的首选光源。

3、车辆检测方案设计

线圈车辆检测方式经过几十年的发展到现在已标准化，技术成熟易于掌握。计数非常精确同时系统非常稳定，不受环境的影响。车辆检测器一般设置互通立交前后或特大桥、隧道两端(洞内)。由于设置间距较大一般在5公里甚至更远，当车辆检测器前后线圈中只有一个检测到车辆时(如车辆非法换道)车辆检测处理器不将这辆车计入计算。数字雷达车辆检测器可以检测高速公路上的任何车辆包括摩托车、多轴、高车身的车辆、拖车。在各种天气情况下，诸如强风、尘沙、暴雨、寒雪、霜雾、烈日、噪音、极度温差等均能正常运行;能够精确检测到每辆车.即使车辆有高度50%的部分被遮挡物遮挡时都不会被漏掉:所发射的数字雷达波能够穿过隔离带树丛或防眩板，从而不形晌相邻车道的检测精度。能防止由于临近车道车辆造成的误检。采用了目前最先进的数字雷达波技术。可以同时检测多达8条车道的车流量、占用率及车辆平均速度它是最先进的文通检测感应器。微波文通检测器非常适合作为文通流信息采集设备在高速公路上。视频车辆检测器可提供全面的交通数据信息和事故检测信息。如道路上车辆的车流量、平均速度、平均车头时距、车道占用率、车型分类、停车报警、逆行报警，拥堵报警等信息;可为管理人员提供可视圈像，使管理更直观:单台摄像机可检测多车道。它的缺点在于易受恶劣气候条件影响，夜晚进行车辆检测的精度比白天要低一些，但是我们可以使用低照度的高灵敏度(红外补偿)黑白摄像机来改善检测与分割的效果。综合以上检测方法的优缺点，脉冲超声检测器、雷达检测器、光电检测器的检测精度和抗干扰性能较差;视频检测器的成本较高、实时性较差，并且检测精度受到软硬件的影响。而感应线圈式检测器具有性能稳定、性价比高、工程应用方便等优点，目前全世界使用较多的还是线圈车辆检测器和视频车辆检测器。

三、结语

总之，随着经济的飞速发展，我国进入了高耗能发展阶段，能耗与GDP比例比欧美、日本等发达国家差距进一步拉大。为了可持续发展，节能降耗已经成为我国的战略方针。本文基于嵌入式技术，探讨了一种新型的嵌入式隧道照明控制器的设计与应用，它改变了以前人工控制造成电能大量浪费的情况，为隧道照明控制提供了一种新方法。

参考文献：

[1]吕康成.隧道工程试验检测技术.人民交通出版社.2007.

[2]韩直.公路隧道机电系统的现状与发展.地下空间.2007.

[3]许海热等.嵌入式系统技术与应用.北京:机械工业出版社，2007.