一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能車道控制器的設(shè)計和應用

吳傳潔 熊斯鵬 黃敏

摘要：為了適應高速公路收費無人化需求，高速公路智能車道控制器能在線監(jiān)測設(shè)備的運行狀態(tài)，同時將狀態(tài)實時上傳至運維監(jiān)測服務(wù)器，為高速公路智能運維平臺提供了數(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;軟件設(shè)計

0引言

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

1系統(tǒng)設(shè)計

物聯(lián)網(wǎng)智能車道控制器采用嵌入式架構(gòu)，單片機控制各個模塊協(xié)同工作，單片機采用sT公司的sTM32系列的STM32F101單片機。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)計方案，可靈活配置，常規(guī)配制了交換機1（選配）、交換機2（選配）、I/O口、串口監(jiān)測、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)計就是實現(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用場景示意圖。

2產(chǎn)品設(shè)計設(shè)計

2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計

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

1為開機電源的船型開關(guān)，按下后開關(guān)亮燈，主機開機，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1（選配）、交換機2（選配）、I/O口、串口監(jiān)測、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

物聯(lián)網(wǎng)智能車道控制器硬件設(shè)計框圖如圖4所示：以控制器主控制器為核心，具有包括交換機1（選配）、交換機2（選配）、I/O口、串口監(jiān)測、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

物聯(lián)網(wǎng)智能車道控制器軟件設(shè)計框圖如圖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)，通過對比預先在軟件內(nèi)設(shè)置的對應設(shè)備參數(shù)正常范圍值，判斷設(shè)備是否異常。當判斷設(shè)備異常時設(shè)備通過軟件報警，維護人員可通過業(yè)主網(wǎng)站頁面進行遠程操作以排除故障。

2.4界面設(shè)計

開機后顯示主界面.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”三個菜單圖標，可以通過手指點擊圖標進入相應的界面。屏幕的最下面一行顯示收費站編號、車道號，并實時顯示機箱內(nèi)的溫度和濕度。

點擊“設(shè)備接口”圖標進入，如圖7所示。點擊“電能狀態(tài)”圖標進入，如圖8所示。點擊“參數(shù)設(shè)置”圖標進入，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)備信息進行有效整合并以可見的形式傳導至處理層，既可以把繁雜的數(shù)據(jù)處理變成簡單的指令，也可以節(jié)約有效的人力提供處理時效與效率，在萬物互聯(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用前景廣泛。