CN113498238B - 一种隧道照明检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道照明检测系统及方法，系统包括用于模拟隧道外亮度变化，可以实现预设的亮度输出，并采集、存储和输出亮度数据的程控光源，亮度仪，所述的亮度仪包括亮度测量单元和信号处理电路，信号处理电路可将亮度测量单元的亮度模拟信号转换为数字信号；检测设备，与亮度仪相连，与程控光源系统进行无线通信，可设置亮度仪的采样周期和时间，显示、存储亮度仪采集的亮度值，本发明克服了现有技术的不足，该系统不需人工布点，减少测量人员对现场环境干扰，具有测量速度快、劳动强度低、数据记录及处理方便、安全性好的特点。
Description
技术领域
本发明涉及隧道照明检测技术领域，具体属于一种隧道照明检测系统及方法。
背景技术
隧道亮度调节系统的响应度是值得关注的。隧道亮度调节系统的响应度过于灵敏，隧道内灯光会忽明忽暗，会影响驾驶，产生交通安全隐患，同时亮度的频繁变化，也会减少灯具寿命；如果隧道亮度调节系统的响应度过于迟钝，隧道内照明调节不及时，可能引起不必要的能源浪费，甚至达不到必要的亮度引发交通事故。因此需要对隧道内的隧道亮度调节系统进行检测，以避免照明系统对驾驶的影响。
原先的行业标准是采用逐点照度法测量后再计算。人工布点法包括四点法和中心法，具体的测量方法是在测量段内划分网格，然后用手持照度计逐个测量相关点照度。若选四点法是在每个网格四角进行测量，中心法则把测点设置在每个矩形网格的中心。
该系统需要人工布点，工作强度大，且测量过程繁琐、耗时，测量人员对现场环境干扰大，测量误差大。
发明内容
本发明的目的是提供一种隧道照明检测系统及方法，克服了现有技术的不足。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：
一种隧道照明检测系统，包括：
程控光源，用于模拟隧道外亮度变化，可以实现预设的亮度输出，并采集、存储和输出亮度数据；
亮度仪，所述的亮度仪包括亮度测量单元和信号处理电路，信号处理电路可将亮度测量单元的亮度模拟信号转换为数字信号；
检测设备，与亮度仪相连，与程控光源进行无线通信，可设置亮度仪的采样周期和时间，显示、存储亮度仪采集的亮度值。
其中，所述的程控光源包括MCU模块和与MCU模块连接的人机交互模块、亮度检测单元、连接有面光源的标准源驱动电路、实时时钟和Lora无线通信模块，和为程控光源供电的电源模块，所述的人机交互模块用于显示测量结果和对程控光源进行操作，所述的标准源驱动电路用于调节面光源的亮度，所述的面光源用于发光，所述的实时时钟用于计时，所述的亮度检测单元用于测量面光源的发光亮度，所述的Lora无线通信模块用于与检测设备进行通信。
其中，所述的亮度检测单元包括亮度测量单元和信号处理电路，信号处理电路可将亮度测量单元的亮度模拟信号转换为数字信号。
其中，所述的MCU模块采用STM32单片机，所述的STM32单片机嵌入有FLASH存储器，所述的FLASH存储器可存储亮度检测单元的测量数据。
其中，所述的检测设备包括MCU模块和与MCU模块连接的人机交互模块、实时时钟、亮度仪接口、USB存储模块和Lora无线通信模块，和用于对检测设备供电的电源管理模块，所述的人机交互模块用于显示测量结果和对检测设备进行操作，所述的亮度仪接口用于连接亮度仪，所述的USB存储模块用于存储测试结果，所述的Lora无线通信模块用于与程控光源进行通信。
其中，所述的MCU模块采用STM32单片机。
一种隧道照明检测方法，包括以下步骤：
A.响应度测量
(1)将检测设备静置在隧道入口段的测量区间内，将亮度仪与检测设备连接，打开检测设备电源，程控光源设置在隧道外隧道亮度调节系统的亮度传感器旁，打开程控光源的电源；
(2)在检测设备上设置采样周期和时间，然后，将检测设备模式设置为响应度检测，然后检测设备的测量设置信息经检测设备的MCU模块处理后，Lora无线通信模块向程控光源发送处理后的测量设置信息，程控光源的Lora无线通信模块接收到检测设备发送的测量设置信息，由MCU模块解析后，获得测量模式和采样存储周期，程控光源同时输出周期性锯齿波并向检测设备发送开始检测的应答信号，亮度检测单元开始测量面光源的亮度值，并由MCU模块存储在FLASH存储器内；
(3)检测设备Lora无线通信模块接收到程控光源的开始检测的应答信号后，经过检测设备的MCU模块的解析，检测设备开始记录、显示和存储亮度仪的采样值；
(4)测量结束后，检测设备向程控光源发送结束信号，程控光源将FLASH存储器内存储的数据发送给检测设备；
(5)检测设备将程控光源采集的数据与检测设备采集的数据汇总在同一坐标系；根据波峰的相位差可以计算隧道照明控制系统调节的响应度。
B.亮度分布检测
(1)将检测设备静置在隧道入口段的测量区间内，将亮度仪与检测设备连接，打开检测设备电源，程控光源设置在隧道外隧道亮度调节系统的亮度传感器旁，打开程控光源的电源；
(2)在检测设备上设置程控光源的面光源发光的亮度值、亮度值与实际面光源发光亮度的阈值、采样周期和时间，然后，将检测设备模式设置为亮度分布检测，然后检测设备的测量设置信息经检测设备的MCU模块处理后，Lora无线通信模块向程控光源发送处理后的测量设置信息，程控光源的Lora无线通信模块接收到检测设备发送的测量设置信息，由MCU模块解析后，获得测量模式和采样存储周期，程控光源的面光源输出稳定的亮度，亮度检测单元开始测量面光源的亮度值，亮度检测单元检测到面光源的亮度与设定的亮度之间的亮度测量差值小于阈值时，程控光源向检测设备发生开始检测信号，程控光源的MCU模块通过Lora无线通信模块向检测设备发送开始检测的应答信号，同时MCU模块将亮度检测单元检测到面光源的亮度值存储在FLASH存储器内；
(3)检测设备Lora无线通信模块接收到程控光源的开始检测的应答信号后，经过检测设备的MCU模块的解析，检测设备开始记录、显示和存储亮度仪的采样值，机动车开始匀速行驶通过检测区间，检测设备对隧道内亮度进行采集、显示和存储；
(4)测量结束后，由检测设备向程控光源发出测量停止信号，程控光源将FLASH存储器内存储的数据发送给检测设备；
(5)检测设备将程控光源采集的数据与检测设备采集的数据汇总在同一坐标系，根据采集的数据可得到测量区段的平均亮度、亮度总均匀度、中线高度纵向均匀度等指标。
本发明与现有技术相比较，本发明的实施效果如下：
将检测设备和亮度仪安装在机动车上，进行车载式检测，可实现对隧道照明亮度的采集存储；该系统便于安装和回收，结束后可以回收，不需要永久固定安装在隧道内，方便对设备的养护以及增加仪器使用寿命；该系统以路面亮度值为直接测量量，不需要照度作为中间量转换，在一定程度上提高了测量准确性；本系统的检测设备最多可连接5个亮度仪，根据隧道实际情况和测量需要设置采样通道，从而对隧道检测区间同一横断面多个测点进行同时采样，检测设备配合机动车驾驶速度，信号采集速度快，采样密度可调，采集的数据会实时显示并存储，为现场检测人员提供及时的一手数据；同时采集的亮度值也会进行实时存储，可以生成文本文档保存保存至U盘，方便进行数据的分析。
该系统不需人工布点，可按照设置的采样周期间隔采样，且该系统测量的是极小面积的亮度值，即测量圈的平均亮度，可以同时对隧道同一断面多个测量圈进行记录，不仅可以进行快速连续测量，还可以降低测量风险，减少测量人员对现场环境干扰，具有测量速度快、劳动强度低、数据记录及处理方便、安全性好的特点。
附图说明
图1为四点法和中心法的测量示意图。
图2为程控光源的结构示意图。
图3为检测设备的结构示意图。
图4为响应度测量时的工作示意图。
图5为程控光源的工作流程示意图。
图6为检测设备的工作流程示意图。
图7为本发明的系统检测时的示意图。
图8为亮度分布检测时的工作示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
人工布点法包括四点法和中心法，如图1所示，四点法是在每个网格四角进行测量，中心法则把测点设置在每个矩形网格的中心。
本发明的隧道照明检测系统包括：程控光源，如图2所示，程控光源用于模拟隧道外亮度变化，可以实现预设的亮度输出，并采集、存储和输出亮度数据。程控光源系统包括MCU模块和与MCU模块连接的人机交互模块、亮度检测单元、连接有面光源的标准源驱动电路、实时时钟和Lora无线通信模块，实时时钟为MCU模块的嵌入单元。
程控光源系统的MCU模块采用STM32单片机，STM32单片机嵌入有FLASH存储器，标准源驱动电路用于调节面光源的亮度，MCU模块用于接收人机交互模块、亮度检测单元、实时时钟、Lora无线通信模块的数据，并进行处理，将处理的结果数据发送给人机交互模块、标准源驱动电路和Lora无线通信模块，亮度检测单元用于测量面光源的发光亮度，将面光源的亮度值反馈给MCU模块，MCU模块可将实际的面光源的亮度值进行存储，存入FLASH存储器内；人机交互模块用于输入采样周期、时间和设定面光源的亮度，人机交互模块包括显示面板和功能键，显示面板可显示该系统的实时发光亮度，而功能键用于输入采样周期、时间、预设的面光源发光亮度和允许的面光源实际发光亮度与预设的面光源发光亮度之间差值的阈值，MCU模块根据亮度检测单元测量的实际亮度与设定输出亮度间的差值，向标准源驱动电路发送信号，调控面光源的发光亮度，实现PID闭环控制，其中程控光源进行ADC转换和PID调整的周期是0.5s，程控光源系统的采样周期为1.0s，但根据需要可以设置在0.1-9s之间，程控光源进行ADC转换和PID调整的周期和程控光源系统的采样周期由MCU模块上嵌入的计时器计时。亮度检测单元包括亮度测量单元和信号处理电路，信号处理电路可将亮度测量单元的亮度模拟信号转换为数字信号，即ADC转换，亮度检测单元采用亮度仪。
程控光源系统由电源模块供电，电源模块使用蓄电池，当然也可使用外接电源进行供电。人机交互模块用于显示测量结果和对程控光源系统进行操作，标准源驱动电路提供0-5V调节电压，控制面光源的亮暗，面光源由电源模块供电，实时时钟用于计时，Lora无线通信模块用于与检测设备进行通信，可将FLASH存储器内存储的亮度值数据发送给检测设备。
隧道照明检测系统还包括与程控光源通过Lora无线通信模块连接的检测设备，如图3所示，检测设备包括MCU模块和与MCU模块连接的人机交互模块、实时时钟、亮度仪接口、USB存储模块和Lora无线通信模块，和用于对检测设备供电的电源管理模块，电源管理模块为外接电源，人机交互模块用于显示测量结果和对检测设备进行参数设置。检测设备的MCU模块也采用STM32单片机，USB存储模块用于存储测试结果，USB存储模块使用U盘，Lora无线通信模块用于与程控光源进行通信，亮度仪接口用于连接亮度仪，检测设备与亮度仪用航空插头连接，一台检测设备可以连接5个亮度仪，亮度仪包括亮度测量单元和信号处理电路，信号处理电路可将亮度测量单元的亮度模拟信号转换为数字信号，即ADC转换。
通过检测设备的人机交互模块可设置亮度仪的采样周期和时间，且人机交互模块可显示亮度仪采集的亮度值，采集的亮度值存储在USB存储模块内。
使用该隧道照明检测系统进行隧道照明检测时，可检测响应度和亮度分布。其中，响应度测量如图4-6所示，步骤为：
(1)将检测设备静置在隧道入口段的测量区间内，将亮度仪与检测设备连接，通过支架安装在机动车上，打开检测设备电源，程控光源设置在隧道外的隧道亮度调节系统的亮度传感器旁，打开程控光源的电源；
(2)在检测设备上设置采样周期和时间，然后，将检测设备模式设置为响应度检测，然后检测设备的测量设置信息经检测设备的MCU模块处理后，Lora无线通信模块向程控光源发送处理后的测量设置信息，程控光源的Lora无线通信模块接收到检测设备发送的测量设置信息，由MCU模块解析后，获得测量模式和采样存储周期，程控光源同时输出周期性锯齿波并向检测设备发送开始检测的应答信号，亮度检测单元开始测量面光源的亮度值，并由MCU模块存储在FLASH存储器内；
(3)检测设备Lora无线通信模块接收到程控光源的开始检测的应答信号后，经过检测设备的MCU模块的解析，检测设备开始记录、显示和存储亮度仪的采样值；
(4)测量结束后，检测设备向程控光源发送结束信号，程控光源将FLASH存储器内存储的数据发送给检测设备；
(5)检测设备将程控光源采集的数据与检测设备采集的数据汇总在同一坐标系；根据波峰的相位差可以计算隧道照明控制系统调节的响应度。
其中，亮度分布检测如图5-8所示，包括以下步骤：
(1)将检测设备静置在隧道入口段的测量区间内，将亮度仪与检测设备连接，打开检测设备电源，程控光源设置在隧道外隧道亮度调节系统的亮度传感器旁，打开程控光源的电源；
(2)在检测设备上设置程控光源的面光源发光的亮度值、亮度值与实际面光源发光亮度的阈值、采样周期和时间，然后，将检测设备模式设置为亮度分布检测，然后检测设备的测量设置信息经检测设备的MCU模块处理后，Lora无线通信模块向程控光源发送处理后的测量设置信息，程控光源的Lora无线通信模块接收到检测设备发送的测量设置信息，由MCU模块解析后，获得测量模式和采样存储周期，程控光源的面光源输出稳定的亮度，亮度检测单元开始测量面光源的亮度值，亮度检测单元检测到面光源的亮度与设定的亮度之间的亮度测量差值小于阈值时，程控光源向检测设备发生开始检测信号，程控光源的MCU模块通过Lora无线通信模块向检测设备发送开始检测的应答信号，同时MCU模块将亮度检测单元检测到面光源的亮度值存储在FLASH存储器内；
(3)检测设备Lora无线通信模块接收到程控光源的开始检测的应答信号后，经过检测设备的MCU模块的解析，检测设备开始记录、显示和存储亮度仪的采样值，机动车开始匀速行驶通过检测区间，检测设备对隧道内亮度进行采集、显示和存储；
(4)测量结束后，由检测设备向程控光源发出测量停止信号，程控光源将FLASH存储器内存储的数据发送给检测设备；
(5)将程控光源采集的数据与检测设备采集的数据汇总在同一坐标系，根据采集的数据可得到测量区段的平均亮度、亮度总均匀度、中线高度纵向均匀度等指标。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (2)
1.一种隧道照明检测系统，其特征在于，包括：
程控光源，用于模拟隧道外亮度变化，可以实现预设的亮度输出，并采集、存储和输出亮度数据；
亮度仪，所述的亮度仪包括亮度测量单元和信号处理电路，信号处理电路可将亮度测量单元的亮度模拟信号转换为数字信号；
检测设备，与亮度仪相连，与程控光源进行无线通信，可设置亮度仪的采样周期和时间，显示、存储亮度仪采集的亮度值；
所述的程控光源包括MCU模块和与MCU模块连接的人机交互模块、亮度检测单元、连接有面光源的标准源驱动电路、实时时钟和Lora无线通信模块，和为程控光源供电的电源模块，所述的人机交互模块用于显示测量结果和对程控光源进行操作，所述的标准源驱动电路用于调节面光源的亮度，所述的面光源用于发光，所述的实时时钟用于计时，所述的亮度检测单元用于测量面光源的发光亮度，所述的Lora无线通信模块用于与检测设备进行通信；
所述的亮度检测单元包括亮度测量单元和信号处理电路，信号处理电路可将亮度测量单元的亮度模拟信号转换为数字信号；
所述的MCU模块采用STM32单片机，所述的STM32单片机嵌入有FLASH存储器，所述的FLASH存储器可存储亮度检测单元的测量数据；
所述的检测设备包括MCU模块和与MCU模块连接的人机交互模块、实时时钟、亮度仪接口、USB存储模块和Lora无线通信模块，和用于对检测设备供电的电源管理模块，所述的人机交互模块用于显示测量结果和对检测设备进行操作，所述的亮度仪接口用于连接亮度仪，所述的USB存储模块用于存储测试结果，所述的Lora无线通信模块用于与程控光源进行通信；
所述的一种隧道照明系统进行检测的方法，包括以下步骤：
A.响应度测量
（1）将检测设备静置在隧道入口段的测量区间内，将亮度仪与检测设备连接，打开检测设备电源，程控光源设置在隧道外隧道亮度调节系统的亮度传感器旁，打开程控光源的电源；
（2）在检测设备上设置采样周期和时间，然后，将检测设备模式设置为响应度检测，然后检测设备的测量设置信息经检测设备的MCU模块处理后，Lora无线通信模块向程控光源发送处理后的测量设置信息，程控光源的Lora无线通信模块接收到检测设备发送的测量设置信息，由MCU模块解析后，获得测量模式和采样存储周期，程控光源同时输出周期性锯齿波并向检测设备发送开始检测的应答信号，亮度检测单元开始测量面光源的亮度值，并由MCU模块存储在FLASH存储器内；
（3）检测设备Lora无线通信模块接收到程控光源的开始检测的应答信号后，经过检测设备的MCU模块的解析，检测设备开始记录、显示和存储亮度仪的采样值；
（4）测量结束后，检测设备向程控光源发送结束信号，程控光源将FLASH存储器内存储的数据发送给检测设备；
（5）检测设备将程控光源采集的数据与检测设备采集的数据汇总在同一坐标系；根据波峰的相位差可以计算隧道照明控制系统调节的响应度；
B. 亮度分布检测
（1）将检测设备静置在隧道入口段的测量区间内，将亮度仪与检测设备连接，打开检测设备电源，程控光源设置在隧道外隧道亮度调节系统的亮度传感器旁，打开程控光源的电源；
（2）在检测设备上设置程控光源的面光源发光的亮度值、亮度值与实际面光源发光亮度的阈值、采样周期和时间，然后，将检测设备模式设置为亮度分布检测，然后检测设备的测量设置信息经检测设备的MCU模块处理后，Lora无线通信模块向程控光源发送处理后的测量设置信息，程控光源的Lora无线通信模块接收到检测设备发送的测量设置信息，由MCU模块解析后，获得测量模式和采样存储周期，程控光源的面光源输出稳定的亮度，亮度检测单元开始测量面光源的亮度值，亮度检测单元检测到面光源的亮度与设定的亮度之间的亮度测量差值小于阈值时，程控光源向检测设备发生开始检测信号，程控光源的MCU模块通过Lora无线通信模块向检测设备发送开始检测的应答信号，同时MCU模块将亮度检测单元检测到面光源的亮度值存储在FLASH存储器内；
（3）检测设备Lora无线通信模块接收到程控光源的开始检测的应答信号后，经过检测设备的MCU模块的解析，检测设备开始记录、显示和存储亮度仪的采样值，机动车开始匀速行驶通过检测区间，检测设备对隧道内亮度进行采集、显示和存储；
将检测设备和亮度仪安装在机动车上，进行车载式检测，可实现对隧道照明亮度的采集存储；该系统便于安装和回收，结束后可以回收，不需要永久固定安装在隧道内，方便对设备的养护以及增加仪器使用寿命；该系统以路面亮度值为直接测量量，不需要照度作为中间量转换，在一定程度上提高了测量准确性；本系统的检测设备最多可连接5个亮度仪，根据隧道实际情况和测量需要设置采样通道，从而对隧道检测区间同一横断面多个测点进行同时采样，检测设备配合机动车驾驶速度，信号采集速度快，采样密度可调，采集的数据会实时显示并存储，为现场检测人员提供及时的一手数据；同时采集的亮度值也会进行实时存储，可以生成文本文档保存保存至U盘，方便进行数据的分析；
（4）测量结束后，由检测设备向程控光源发出测量停止信号，程控光源将FLASH存储器内存储的数据发送给检测设备；
（5）将程控光源采集的数据与检测设备采集的数据汇总在同一坐标系，根据采集的数据可得到测量区段的平均亮度、亮度总均匀度、中线高度纵向均匀度等指标。
2.根据权利要求1所述的一种隧道照明检测系统，其特征在于，所述的MCU模块采用STM32单片机。
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