設備環境參數檢測在公路機電設備中的應用研究

北京昊華能源股份有限公司 丁大偉 北京手挽手勞務派遣有限責任公司大興分公司 孔祥偉

北京中江偉業消防工程有限公司 李勝利 北京云星宇交通科技股份有限公司 戎振國

隨著經濟的的大力發展，使得路橋事業實現飛躍的增幅，公路交通量亦是與日俱增，隧道污染物濃度隨之增大，一系列的環境污染、公路機電設備保障力度降低以及交通事故等問題隨之而來。我們需在維護設備方面提高相應的技術能力來減少資源的鋪張浪費，這樣便能夠盡快地進行設備的維修，減少不必要的經濟損失[1]。

我們一般會使用PLC 來作為照明系統的控制器和通風系統的邏輯控制器。使用PLC 可以方便精準地控制每個系統的運行。保障了公路機電設備的順暢運轉，實現公路機電設備環境的運營控制。此外，單片機的使用在公路機電設備環境參數的采集與處理中不可或缺，既保證了公路的安全順暢的同行，又提供了快捷方便的信息集成系統[2]。

隨著公路通車里程的逐漸拓展，公路機電設備保障力度降低以及交通事故發生幾率增大等問題隨之而來，會造成許多不可挽回的經濟損失以及人員的傷亡。本文討論了公路機電設備安全運營的重要性，提出實現公路機電設備環境的實時監測與控制系統設計，以便公路交通運營更加通暢安穩，為公路安全提供重要保障。

1 公路機電設備運行環境參數分析

1.1 公路機電系統的組成

1.1.1 通風系統

通風系統可以吹散車輛行駛時產生的化學廢氣；在通風系統中射流風扇的使用是最常見的，國外也使用安裝在隧道天花板上的風道的通風方式[3]。

1.1.2 照明系統

照明系統最基本的需求就是：光線需要密布在路面上，使得公路光照充足，基本需求一般使用熒光燈等作為最基本的照明設備，將這些著照明設備安裝在行車道的上方和兩側，并且在水平正上方也裝有這些照明設施。基本照明、增強照明、應急照明的分段形成了照明功能的基本劃分十字孔照明四個部分；按區段分為引入段、適應段和過渡段、基本段、出口段[4]。

1.1.3 消防系統

應急廣播系統、消防監控系統、聲光報警系統是整個消防系統的核心，消防系統的主要功能體現在：可以探測出火災的形成，火災形成時可以及時的報警提醒終端來使用消火栓，滅火器等設施來進行一系列的滅火操作實現對火災的及時控制與減滅[5]。

1.1.4 監控系統

監控系統包括車輛探測器、天氣探測器、閉路電視監控系統、應急電源電話系統，其中最重要的就是環境檢測設備，它可以實現多種功能。例如：檢測空氣中一氧化碳的濃度，實現對煙霧擴散警報系統，測量公路風力和風向。其次還有交通引導設施，可變信息標志，監控計算機系統等共同組成了不可或缺的監控系統[6]。

1.1.5 配電系統

配電系統是公路機電系統中最重要的一環，沒有配電系統的供電一切將成為空談。配電系統的主要功能有：對風機、照明燈、水泵的及時供電，最主要的功能就是為各種監控設備輸入額定電壓，讓機電系統得以正常穩定的運轉。供配電系統的導線擁有良好的導電性能，足夠支撐起整個配電系統。變電站的導線直接連接到隧道入口，然后通過各式各樣的變壓器，成為所需的公路機電設備供電標準。

1.2 公路機電設備環境參數的分析

由于公路環境封閉線路復雜，環境溫濕度會直接影響供電系統的運轉，溫濕度過高會直接導致線路短路產生火花燃燒電路，間接引發火災，因此溫濕度檢測是必不可少的。系統設置了機電設備溫度檢測模塊，實時檢測機電設備周圍溫度情況，及時反饋給終端系統，實時知曉機電設備環境的實時數據，接收到信息后及時反饋，使得機電設備得以正常工作，保證機電設備環境的干燥整潔，及時反饋給終端系統，實時知曉機電設備環境的實時數據。

粉塵濃度也能間接反映了通風系統的性能和工作情況，接收到信息后得以及時反饋，使得機電設備不被積攢太多灰塵，保證機電設備環境的干燥整潔，讓機電設備正常工作，保證公路環境的潔凈，保證駕駛員的駕駛舒適性，從而使得交通事故的發生頻率的降低，降低人員生命危險及財產的損失。

2 系統設計總體方案及主要控制器及器件

環境檢測系統結構見圖1。

圖1 環境檢測系統結構框圖

2.1 STC89C51單片機

2.1.1 STC89C51單片機重要引腳信號解析

VCC、VSS：由于電路經常會短路，接大電容主要起儲能作用，芯片工作時有時會拉低電壓，接上電容能起到穩定電壓；接小電容主要起到濾波作用，信號傳遞時可能會產生一些脈沖波，通過小電容能將瞬間變化的脈沖引入地。

XTAL1、XTAL2：單片機的震蕩電路是由晶體振蕩器所產生，由晶體振蕩器來控制單片機的時鐘電路。

外部程序存儲器信號接收引腳PSEN：當單片機需要程序存儲器讀取指令時，輸出兩個脈沖，使引腳獲得并處于低電平狀態。

復位信號RST：當單片機需要復位、重新開始程序數據的讀寫時，單片機的復位信號就顯得尤為重要。單片機復位極其簡單，只需要使RST 引腳處于高電平狀態，接收到脈沖信號后，保持這個狀態兩個機械周期以上，單片機就會復位。

P0：P0輸入/輸出引腳，外部接上拉電阻的作用：如果沒有這個電阻R，則I/O 口和VCC 就沒有直接連接關系，如果用電阻連接起來就是一個上拉電阻。上拉電阻保護了電路內部不受產生靜電的損害，加上上拉電阻還能增大內部電流的大小，進而使得輸出端的引腳的性能得到了增強，這在單片機中也比較常用；上拉電阻由于連著電源正極，所以也能提高輸出端高電平的電壓等。

P1～P3：輸入/輸出引腳，無需外部接上拉電阻。

2.1.2 單片機的定時器中斷

單片機中斷的原理：單片機在每個機械周期運轉的過程中，CUP 為了使得芯片工作處理問題更有序的目的，會周期性地檢測運行過程中所產生的中斷源，如果檢測到有中斷源信號的產生，CPU 會立即中斷正在運行的工作（CPU 來比較中斷等級是否高過正在運行的程序），并保護正在儲存的數據（儲存在寄存器的數據剛剛入棧），緊接著運行要使用的中斷程序中斷正在運行的程序，接著實現中斷源所需要實現的程序，中斷程序結束后，調用之前停止的程序（將之前儲存在寄存器中的數據調動出棧），來接著運行被中斷的程序。

2.2 A/D 轉換芯片ADC0832

2.2.1 ADC0832的介紹

ADC0832是雙通道A/D 轉換器，在八個引腳和雙通道組成的優勢下，ADC0832芯片在進行A/D 轉換時，可以分別同時在兩個通道實現數模轉換，工作效率高、輸出穩定性強，當工作在單端工作方式下時，芯片將數字信號轉換成引腳對地的電壓值；當工作在差分工作方式下時，芯片將數字信號轉換成AIN+與AIN-兩個引腳的差值。

ADC0832芯片的通信方式是串行通信，DI 口引腳的信號收入來控制選擇通信通道，通道選擇后再去經行相關的數據采集和數據傳送。ADC0832數模轉換器，精準度高數模轉換范圍大是因為其擁有著8位分辨率，一般不超過256級的分辨率要求下的A/D 轉換都可以輕松實現數模轉換。

2.2.2 ADC0832的特點

當電源為芯片供電時，輸入電壓一般都在0V 至5V 之間；內部電源輸入在標準電壓的參考下，使得芯片的輸出更加的精準可靠。芯片的一般工作轉換時間短，輸出頻率高、工作效率高、轉換速度快、輸出穩定性強是ADC0832的一大優點，功耗相對于其他芯片來說功耗較低，一般為十五毫瓦。

2.2.3 ADC0832的工作原理和ADC0832的引腳說明

CS_片選使能：就是能端不使能的話，芯片內部沒有時鐘芯片就不工作從而處于低功耗的模式。要使芯片處于使能狀態，引腳就必須保持低電平的狀態。

CH0：模擬輸入通道0，也可以當作IN+/-使用的信號引腳。

CH1：模擬輸入通道1，也可以當作IN+/-使用的信號引腳。

GND：芯片對地的參考0電位的信號引腳。

DI：芯片用來控制通道選擇的信號接收引腳。

DO：芯片用來轉換數據輸出的信號接收引腳。

CLK：芯片時鐘輸入的信號接收引腳。

VCC/REF：芯片用來控制電源輸入的信號接收引腳并且確定參考電壓的大小。

當ADC0832的CS 片選使能處于高電平狀態時，ADC0832芯片處于被關閉的狀態中，如果想要啟動ADC0832芯片，就是能端不使能的話，芯片內部沒有時鐘芯片就不工作，從而處于低功耗的模式。要使芯片處于使能狀態，CS 引腳就必須保持低電平的狀態。在芯片開始工作的同時，芯片時鐘輸入的信號接收引腳CLK 會接收到來自CPU 的脈沖信號，引腳DI 也會接收到第一個時鐘脈沖的高電平作為時鐘的開始，來進行芯片對于選用哪個通道進行控制的過程，緊接著會向DI 端輸入選擇通道的信號。

如果DI 接收到的為1和0，芯片會對模擬輸入通道0進行數模轉換；如果DI 接收到的為1和1，芯片會對單個的模擬輸入通道1進行數模轉換；如果DI接收到的為0和0，芯片會把模擬輸入通道0變成正輸入端，把模擬輸入通道1變成相反的輸入端；如果DI 接收到的為0和1，芯片會把模擬輸入通道1變成正輸入端，把模擬輸入通道0變成相反的輸入端。當ID 信號引腳接受完選擇通道的信號以后，芯片可以開始讀寫處理數據，并且周期性的向外部輸送數據。

3 設備環境參數檢測在公路機電設備中的發展前景

保證交通安全系統設施齊全。隧道照明作為照明系統和交通安全系統的輔助系統。在未來需要研究分析和制定相對合理的養護期限，并改善保正功能，以改善隧道道路路況的安全性和駕駛員們的駕駛安全以及舒適的駕駛環境。

滿足未來發展需求。自動控制網絡技術，應具有操作簡便、開放性強、通信快捷順暢、系統功能多樣化、讓使用者擁有更加舒適的操作感。控制系統增強會讓隧道管理和公路機電設備的維護變得更加方便快捷。數據交換、信息共享和區域協調控制提高了系統的可靠性和維護操作的便利性；一方面在系統結構的層面上，以進一步提高數字和智能儀器的性能。大力發展無線通信，使用無線通信設備去實時接收隧道內的環境狀況，并且及時反饋到終端，實現設備檢測與監控的進一步統一。

綜上，本文進行了公路機電設備設備環境參數檢測系統的方案設計，采用單片機作為系統的主體，連接一系列的傳感器進行外部環境數據的采集，再經過A/D 轉換芯片的數模轉換，轉換成電信號由終端接收，顯示在LCD 液晶顯示屏上，也可以由手機藍牙端接收，顯示在手機APP 上。

要將高速公路的運行變得更加通暢、運轉秩序更加穩定、節省資源保證效率作為高速公路機電維護的最終目的，需要求真務實、踏實嚴謹、求實創新、節省資源、減少勞動力，消除“過分維護”的現象，實現設備完好、故障快速修復、不間斷供電、平穩安全運行的最終目標。