一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能車道控制器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

吳傳潔 熊斯鵬 黃敏

摘要：為了適應(yīng)高速公路收費(fèi)無(wú)人化需求，高速公路智能車道控制器能在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)將狀態(tài)實(shí)時(shí)上傳至運(yùn)維監(jiān)測(cè)服務(wù)器，為高速公路智能運(yùn)維平臺(tái)提供了數(shù)據(jù)支撐。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);車道控制器;插片式結(jié)構(gòu);硬件設(shè)計(jì);軟件設(shè)計(jì)

0引言

高速公路收費(fèi)系統(tǒng)包含各種不同種類的設(shè)備，且數(shù)量繁雜，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障維護(hù)人員往往無(wú)法快速找到故障點(diǎn)，容易導(dǎo)致故障排除不及時(shí)。該物聯(lián)網(wǎng)智能車道控制器主要功能包括10驅(qū)動(dòng)控制和設(shè)備狀態(tài)運(yùn)維監(jiān)測(cè)，在線監(jiān)測(cè)各用電設(shè)備的電能參數(shù)（包括電流、電壓、功率和累計(jì)用電量）及設(shè)備串口通信數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)協(xié)議分析，判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并且將設(shè)備的電能參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)和I/O驅(qū)動(dòng)控制的開關(guān)量狀態(tài)通過無(wú)線4G或網(wǎng)口方式上傳至運(yùn)維監(jiān)測(cè)服務(wù)器。另外，該車道控制器還具有遠(yuǎn)程控制每個(gè)電能端口繼電器的通斷功能，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，可以通過服務(wù)器遠(yuǎn)程重啟的方式恢復(fù)設(shè)備的正常運(yùn)行。

1系統(tǒng)設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)智能車道控制器采用嵌入式架構(gòu)，單片機(jī)控制各個(gè)模塊協(xié)同工作，單片機(jī)采用sT公司的sTM32系列的STM32F101單片機(jī)。物聯(lián)網(wǎng)智能車道控制器在結(jié)構(gòu)上采用插片式設(shè)計(jì)方案，可靈活配置，常規(guī)配制了交換機(jī)1（選配）、交換機(jī)2（選配）、I/O口、串口監(jiān)測(cè)、DTU模塊（選配）、網(wǎng)口上傳、25針或37針（2選1）10控制接口、12 V直流輸出1、12 V直流輸出2、AC220 V輸出、AC220 V輸入等模塊，根據(jù)需要可以變更配置，其中插片式設(shè)計(jì)就是實(shí)現(xiàn)配置變更的結(jié)構(gòu)支撐。下面是物聯(lián)網(wǎng)智能車道控制器典型應(yīng)用場(chǎng)景示意圖。

2產(chǎn)品設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)

2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)智能車道控制器采用插卡式設(shè)計(jì)，可以根據(jù)需求靈活配置。

1為開機(jī)電源的船型開關(guān)，按下后開關(guān)亮燈，主機(jī)開機(jī)，液晶屏3顯示主界面;2為圓形自鎖開關(guān)，為后面板AC220V電能輸出端的總開關(guān)，按下后開關(guān)亮燈;3為7寸觸摸液晶屏，用于顯示車道控制器的監(jiān)測(cè)狀態(tài)和參數(shù)設(shè)置。

本產(chǎn)品的接線全部從后面板引出，后面板如圖3所示，接口包括：交換機(jī)1（選配）、交換機(jī)2（選配）、I/O口、串口監(jiān)測(cè)、DTU模塊（選配）、網(wǎng)口上傳、25針或37針（2選1）10控制接口、12 V直流輸出1、12 V直流輸出2、AC220 V輸出、AC220 V輸入。

2.2硬件設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)智能車道控制器硬件設(shè)計(jì)框圖如圖4所示：以控制器主控制器為核心，具有包括交換機(jī)1（選配）、交換機(jī)2（選配）、I/O口、串口監(jiān)測(cè)、DTU模塊（選配）、網(wǎng)口上傳、25針或37針（2選1）10控制接口、12 v直流輸出12 v直流輸出AC220 v輸出、AC220v輸入等模塊。

2.3軟件設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)智能車道控制器軟件設(shè)計(jì)框圖如圖5所示：車道控制器上電后，接入網(wǎng)絡(luò)之后按時(shí)間指令收集設(shè)備從網(wǎng)口上傳的參數(shù)數(shù)據(jù)，通過對(duì)比預(yù)先在軟件內(nèi)設(shè)置的對(duì)應(yīng)設(shè)備參數(shù)正常范圍值，判斷設(shè)備是否異常。當(dāng)判斷設(shè)備異常時(shí)設(shè)備通過軟件報(bào)警，維護(hù)人員可通過業(yè)主網(wǎng)站頁(yè)面進(jìn)行遠(yuǎn)程操作以排除故障。

2.4界面設(shè)計(jì)

開機(jī)后顯示主界面.如圖6所示。

主界面中有“設(shè)備接口”、“電能狀態(tài)”和“參數(shù)設(shè)置”三個(gè)菜單圖標(biāo)，可以通過手指點(diǎn)擊圖標(biāo)進(jìn)入相應(yīng)的界面。屏幕的最下面一行顯示收費(fèi)站編號(hào)、車道號(hào)，并實(shí)時(shí)顯示機(jī)箱內(nèi)的溫度和濕度。

點(diǎn)擊“設(shè)備接口”圖標(biāo)進(jìn)入，如圖7所示。點(diǎn)擊“電能狀態(tài)”圖標(biāo)進(jìn)入，如圖8所示。點(diǎn)擊“參數(shù)設(shè)置”圖標(biāo)進(jìn)入，如圖9、10所示。

3結(jié)論

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能車道控制器是路網(wǎng)感知系統(tǒng)中的關(guān)鍵一環(huán)，把各設(shè)備信息進(jìn)行有效整合并以可見的形式傳導(dǎo)至處理層，既可以把繁雜的數(shù)據(jù)處理變成簡(jiǎn)單的指令，也可以節(jié)約有效的人力提供處理時(shí)效與效率，在萬(wàn)物互聯(lián)的現(xiàn)代化技術(shù)支持下，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能車道控制器在智慧高速的應(yīng)用前景廣泛。