引言

　　高速公路作為交通和公共服務設施， 在我國現代化建設中發(fā)揮著極其重要的作用。 對于我國多山地區(qū)的高速公路，隧道和橋梁是高速公路建設中的重頭戲， 其隧道照明系統也就成為高速公路建設、運行和維護的重大經濟成本投入，對社會的經濟發(fā)展產生了負面影響。

　　隧道建設是實現高速公路的重要方法及手段。而有效的隧道照明是保證高速公路行車安全的關鍵。 目前，高速公路隧道照明系統是根據我國于 2000 年 1 月發(fā)布的 《公路隧道通風照明設計規(guī)范》（簡稱《規(guī)范》）進行設計的。 我們的設計是結合《規(guī)范》做 LED 隧道燈節(jié)能照明控制系統研究，實行“根據隧道內外光照強度自動調光；車近燈亮、車過燈滅；較長隧道分段照明”，以實現最大限度節(jié)能減排的社會效益及降低公路運行成本的經濟效益。

　　1.隧道智能照明系統簡介

　　高速公路 LED 隧道燈節(jié)能照明控制系統，其組成由運行于 PC 上位機和分布于隧道內的各個路段的節(jié)點組成。各節(jié)點的作用：①負責某一路段信息的采集（溫度、濕度、光強）；②通過傳感器（金屬檢測器、超聲波傳感器等）來檢測有無車輛經過；

　?、郛斢熊囕v來時負責點亮本段 LED 燈，并將此消息發(fā)送給它的下一個節(jié)點；④當節(jié)點收到上一個節(jié)點的消息時，如果過 2s 后仍未檢測到車輛經過，則發(fā)出報警。PC 上 位機的作用 ：①接受節(jié)點采集來的信息 ，并 顯示出來 ；②當上一個節(jié)點檢測到車輛經過， 而下一個節(jié)點直到 2s 后仍未檢測到車輛，那么上位機將發(fā)出報警，給實時監(jiān)控人員。提示車輛可能因某種原因停在那一路段，并做相應的應急處理。控制方案如圖 1 所示：

　　2.系統設計方案

　　2.1 軟件部分

　　2.1.1 節(jié)點的軟件設計

　　節(jié)點作為這個系統最基本的單元，就像神經元對于我們人體的神經系統一樣。由此可見對于能否達到我們智能照明的目的，節(jié)點的開發(fā)是至關重要的。 本系統中除去隧道的入口段和出口段的節(jié)點，其余節(jié)點均是相同的。 對于節(jié)點的開發(fā)，我們采用 stm32f103vet6 這款芯片。 其特點是：①可以選擇固件庫開發(fā)，不必接觸底層寄存器，大大縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)難度。②性價比高。③功能豐富，工控、小嵌入式均能勝任。

　　這里我們僅以某節(jié)點的一個初步模型做示范，而實際應用中還需要在此基礎上添加一些輔助部件（如金屬檢測器、LED 燈具等）。主函數的程序，用 Keil4 編寫出相應的程序代碼，包括相應的外部部件信號的初始化，關鍵程序代碼如下：

　　while(NRF24L01_Check())//檢測不到 24L01{delay_ms(500)；LED1=！ LED1；//DS0 閃爍}.....while(1){.....tmp_buf[4]=CAR；if(CAR==0){LED0=1；countdown=10； //燈亮 20s}}.....

　　2.1.2 無線通信模塊的工作原理

　　前文中提到節(jié)點與上位機的通信是通過 nrf24l01 實現的， 其中關鍵是對 nrf24l01 的初始化。 nRF24L01 是一款工作在 2.4-2.5GHz世界通用 ISM 頻段的單片無線收發(fā)器芯片。 無線收發(fā)器包括：頻率發(fā)生器、增強型“SchockBurst”模式控制器、功率放大器、晶體振蕩器、調制器和解調器。 輸出功率頻道選擇和協議的設置可以通過 SPI 接口進行設置。 幾乎可以連接到各種單片機芯片，并完成無線數據傳送工作。

　　這里給出 24l01 的關鍵程序，（對于具體函數的的實現代碼，在此不再詳細敘述）

　　u8 NRF24L01_Write_Buf(u8 reg， u8 *pBuf， u8 u8s)；//寫數據區(qū)

　　u8 NRF24L01_Read_Buf(u8 reg， u8 *pBuf， u8 u8s)；//讀數據區(qū)

　　u8 NRF24L01_Read_Reg(u8 reg)；//讀寄存器

　　u8 NRF24L01_Write_Reg(u8 reg， u8 value)；//寫寄存器

　　u8 NRF24L01_Check(void)；//檢查 24L01 是否存在

　　u8 NRF24L01_TxPacket(u8 *txbuf)；//發(fā)送一個包的數據

　　u8 NRF24L01_RxPacket(u8 *rxbuf)；//接收一個包的數據

　　2.1.3 上位機的開發(fā)

　　對于上位機，我們采用 Visual Studio2010(簡稱 VS2010)進行開發(fā)。 上位機是本系統實現人機交互的關鍵部分。 其具體功能是：①顯示各個節(jié)點采集到的信息（溫度、適度、光照強度）；②顯示各個節(jié)點是否有車輛經過；③例如，當 n 號節(jié)點采集到有車輛經過，而經過 2s后 n+1 號節(jié)點仍未檢測到車輛經過，則在上位機界面發(fā)出報警。 ④當有多個節(jié)點均檢測到車輛時則說明“車流量大”，此時各路段均點亮路燈。

　　開發(fā)的上位機界面如圖 2 所示；其程序流程圖如圖 3 所示：

　　2.2 硬件部分

　　節(jié)點主控芯片采用stm32f103vet6，其內核是ARMCortexTM-M332位的RISC內核，工作頻率為72MHz，內置高速存儲器（高達128K字節(jié)的閃存和20K字節(jié)的SRAM），豐富的增強I/O端口和聯接到兩條APA總線的外設。該芯片包含2個12位的ADC、3個通用16位定時器和1個PWM定時器，還包含標準和先進的通信接口：多達2個I2C和SPI、3個USART、1個USB和1個CAN。

　　因此，只需要將溫度傳感器、濕度傳感器、金屬傳感器等與stm32f103vet6連接即可。

　　nRF24L01采用FSK調制，內部集成NORDIC自己的EnhancedShortBurst協議；可以實現點對點或是1對6的無線通信；無線通信速度可以達到2M（bps）。NORDIC公司提供通信模塊的GERBER文件，可以直接加工生產，只需要為單片機系統預留5個GPIO、1個中斷輸入引腳，就可以很容易實現無線通信的功能，非常適合用來為MCU系統構建無線通信功能。

　　3.實際測試數據及性能分析

　　我們以已開發(fā)的2個節(jié)點做一些實際測試進行分析：第一種情況，n號節(jié)點和n+1號節(jié)點都檢測到有車輛經過；第二種情況，n號節(jié)點檢測到車輛，而n+1號未檢測到；第三種情況，當多個節(jié)點都檢測到車輛時，說明隧道內車流量過大。

　　由圖3和圖4所示，不難發(fā)現對于此演示模型可以實現：①車近燈亮，車過燈滅。②當前一個節(jié)點檢測到車輛，而經過2s后下一個節(jié)點未檢測到車輛則發(fā)出報警。③當車流量過大時，n號節(jié)點和n+1號節(jié)點控制各路段LED燈亮。④實時的采集周圍環(huán)境的溫度、濕度、光強度。

　　4.結束語

　　本文通過對節(jié)點的軟件部分和硬件部分的設計，已達到對過往車輛的檢測和周圍環(huán)境的信息采集。而當車輛因某些原因?？繒r則發(fā)出報警信息，并將這些信息反饋給監(jiān)控人員，監(jiān)控人員以此來做出及時的應對措施。 當車流量過大時，各擁塞路段的節(jié)點根據環(huán)境的亮度只對該路段做亮度調整。

　　通過無線模塊，實現節(jié)點與上位機的通信。 以便監(jiān)控人員能及時處理各種應急狀況（車輛因故?？俊⒙范螕砣龋?。 對于已修建好的隧道來說，通過無線的方式無疑節(jié)省了安裝成本，縮短了安裝周期，同時也節(jié)省了系統運行和維護的成本。