解析高速公路機電設備人機可視化通信網管系統設計

甘肅紫光智能交通與控制技術有限公司 師 遼

對于現代高速公路來說，機電設備是其有效運行必不可少的組成部分。特別是進入到信息化時代之后，信息技術對于高速公路機電設備的發展起到了非常關鍵的推動作用。想要確保高速公路系統的正常運行，需要利用現代信息技術加強可視化通信網管系統建設，以此來增強機電設備得巡檢效率，有效降低機電設備整體維護成本，確保高速公路的正常運行。本文主要闡述高速公路機電設備人機可視化通信網管系統設計方面的內容，希望能夠對相關人士有所幫助。

在高速公路管理過程中機電設備的管理是非常重要的，在實際應用過程中要充分利用現代科技，在保證已有平臺性能以及管理屬性的基礎上，充分參照實際管理的具體情況進行需求分析并進行系統架構的設計，實現軟硬件的有效銜接，確保平臺中的相應設備可以和第三方平臺實施聯網，并且可以支持Web客戶端訪問監控系統。

1 高速公路機電設備通信系統業務情況

從目前來看高速公路機電設備通信系統業務雖然有了較大的發展，但還是存在如下幾方面問題：第一，并沒有對交換機等設備標準進行統一，從而造成不同品牌交換機的協議存在較大差異，并且機電設備接入故障反饋路徑相對復雜，無法簡單的對其實施分類處理，很難對異常狀態信息（比如故障成因、故障產生地點、故障產生時間）展開具體剖析；第二，無法即時對監控設施互聯網狀況加以監控，如此較易導致高速公路機電設施發生多次拖延等問題，同時也缺少針對性的系統來對機電設備運行情況實施評定分析。除此之外，機電設備維護的便利性較差，無法有效提升系統運營效率。

為了有效解決以上問題需要加強信息技術的應用，確保高速公路機電設備管理的每個環節（包括故障報修、設備診斷、修理、質檢等）均達成網絡化處理，可以在多協議環境下實現網絡環境監測和預警。在充分考慮到對高速公路機電設備日常巡查繁瑣程度基礎上進行基本架構的設計，進一步減小維護成本和難度。在實際操作中設定需求為：第一，若是路面溫度較低（＜0℃）并且空氣濕度＞設定值，那么系統就會自行進行限速標定；第二，按照車道指示器常規性限速實時顯示，主要顯示的內容包括：限速、禁止通行等等；第三，若是需要對其進行維護和檢修，那么可按照設定具體條件將特定車道實施封閉處理，在完成修復之后可以實施遠程恢復。同時，車道的指示設備能夠實時向遠程主機反饋出工作情況；第四，一旦公路某部位產生某些事故，管理中心就可以發出指令將該區域（車道）關閉，修復之后可以遠程恢復。

2 通信網管系統的架構設計

2.1 系統設計的基本原則

（1）適用性原則

為了確保系統功能滿足具體應用需求，一定要充分考慮到高速公路機電設備不同類型和品牌特性，確保其符合設計需要，同時也要充分考慮到今后設備的可擴展性，要保證系統具有較強適用性，保證系統能夠及時準確的進行信息處理，能夠進一步降低人為因素影響，提升工作效率。

（2）可靠性原則

為了確保高速公路機電設備在線監測的有效性，一定要保證所用軟硬件設備具有非常高的可靠性，同時在進行系統設計過程中也要充分考量安全性以及保密性問題，利用多種方式（例如采取多級保護設計、數據存儲權限設置等）來提升該系統可靠性。

（3）開放性原則

要確保通信網管系統的軟硬件具有較強開放性，可以實現不同類型標準協議以及不同接口協議的應用。

（4）可操作性原則

要確保系統具有較強的可操作性，最大程度應用標準行業規范，確保其可以簡單地進行維護，同時可以通過鼠標和鍵盤等進行操作，具有簡便性。

2.2 數據獲取方式分析

（1）車流量數據的獲取

進行車檢時主要通過埋地線圈（4個）、前線圈（2個）、后線圈（2個）來進行，一旦車輛經過線圈就會發生電感量的改變，此種就可以獲取車輛不同狀態信息，并且將其傳輸給管理中心進行運算，所得數據采取總線方式進行上傳。在實際應用時，一旦前線圈受到車輛觸發，車檢設備就會獲取行車方向和車道號。隨著車輛遠離線圈，檢測設備就會獲取相應信息（包括車輛長度、類型、運行速度等）并將其上傳到管理中心。管理機構可以按照這些數據進行分析，從而得到特定區域車輛相關數據信息。

（2）溫濕度數據的獲取

可以在特定區域設置多個車道指示器，其能夠對所處環境的溫濕度進行準確檢測。該檢測單元可以按照事先設定的標準進行環境溫濕度檢測，同時將獲取數據向總線傳輸。管理機構可以對所獲信息加以剖析，且對其進行相應的調整，可以得到更客觀的環境溫度數據。溫濕度檢測設備具有較小的功耗，具有較強的環境適應性，所以非常適合用在非接觸式的溫濕度檢測方面。

2.3 上位機系統分析

（1）設備狀態監測服務器

對于上位機系統來說，設備狀態監測服務器是最為關鍵的部分之一，可以將軟件設置在此服務器中，可以對設備所處狀態數據進行準確分析管理，更便于對設備運行狀態進行監測，同時也可輔助進行決策。

（2）設備狀態監測軟件

設備狀態監測是整個系統中非常重要的組成部分，發揮著系統核心的作用，其能夠實現多種核心性功能，包括：預判設備所處網絡狀態、和具有IP地址的設備進行通信、進行數據的存儲以及分析處理、對于報表進行處理等等。

（3）信息推送系統

系統可以利用短信、App終端等功能將相應設備所處狀態推送到相關工作人員，能夠對設備狀態進行實時監測，能夠第一時間了解設備所處網絡情況，從而提升系統效率。

3 高速公路機電設備人機可視化通信網管系統硬件整體性能剖析

3.1 RS485模塊的硬件設計

具體到高速公路機電設備通訊體系而言，RS485通信時應用最為廣泛的方式之一，主要是利用MAX485芯片完成通信功能。對于RS485通信網絡來說，可以通過RX信號線將串口控制器連接到收發器中，可以利用差分線將收發器連接到網絡總線當中，而在串口控制器和收發器間主要通過TTL信號實施傳輸。一般情況下數據發送是按照如下方式進行的：收發器可以將串口控制器TX信號轉變成為差分信號，然后把其傳送至總線，數據接收則依照反向次序完成。收發器將總線接收的差分信號轉變為TTL信號，最終依托RX引腳傳送至串口管理器內。

3.2 CAN通信模塊的硬件設計

在設置CAN通信模塊的過程中必須深入考慮有線通信兼容性，與車輛檢驗器亦或其他設施連在一起。CAN通信時主要是對總線電平更改實現信息收發，主要是通過CAN管理器與收發器一同達成通信目標。由于STM32F103VE已配備了CAN管理器，所以在實際設計過程中只需要增加CAN收發器。CANL、CANH是CAN通訊差分數據信號線，TXD與RXD引腳接STM32F103VE的串口引腳。C1、C2為能夠裝設的元器件，功能是讓電路的EMI功能得以提升。

3.3 2.4G無線傳輸模塊的硬件設計

為達成無線高效傳送的目標，在系統設計時可以采用NRF24L01，其自身具有穩壓電路，并且具有較強的屏蔽性，其發射功率較大、距離較遠（可以達到2000m以上）。其具有較強的抗干擾功能，工作速度最快能夠高達2Mbps，此外其內部配置了CRC錯檢，通訊地址管控STM32、NRF24L01依托SPI總線實現通信，SPI信息錄入導出引腳具體是MOSI及MISO，模塊中斷信號導出是IRQ，SPI總線時鐘引腳為SCK，模塊管理性能引腳是CE，片選是CSN。

3.4 總線協議確定

該高速公路機電設施通訊大多依托RS485通信協議來進行的，其具有非常強的組網性能，除此之外也可以采取應用較為廣泛的MODBUS協議。MODBUS主要包括主站、從站等，由于此協議能夠依托串行線路運用，為此所有的從站皆會收到命令，唯有具有命令地址從站才能夠進行響應。此協議主要是建立在主從模式基礎上的，可以實現較好的數據串行。MODBUS協議包含多種模式的通訊協議，比如TCP、ASCII等等，每種通訊規定的應用情況不同，例如在通信數據量較小時可以采取ASCII規約，如果通信數據量較大則要采取RTU規約，而TCP規約則更多應用在利用MODBUS進行數據傳輸情況下。總的來說通信協議包括軟件層面和硬件層面，如果系統中存在多個設備實施通信，那么為了保證通信的有效性就要對軟件層協議進行特殊設定。一般情況下地址位主要包括8位編碼，分別為“設備類型碼（高4位）”以及“設備編號碼（低4位）”，形成完整字節。

結束語：經濟的快速發展對于高速公路提出了更高的要求，需要充分利用現代信息技術推動高速公路機電設備的發展。本文主要闡述高速公路機電設備人機可視化通信網管系統設計方面的內容，可以為高速公路機電設施穩定運行提供參照，在促進高速公路建設發展有重大實踐價值。