基于物聯(lián)網(wǎng)——地磅智能車輛超限控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

國(guó)內(nèi)外對(duì)于地磅車輛超限系統(tǒng)的設(shè)計(jì)均采用聯(lián)網(wǎng)式，多部門合作式，相當(dāng)耗費(fèi)人力、物力、財(cái)力。本文的地磅智能車輛超限控制系統(tǒng)主要就是為了加強(qiáng)交通安全的管理而設(shè)計(jì)的，是在現(xiàn)有交通超限管理系統(tǒng)下通過(guò)對(duì)車輛進(jìn)行智能設(shè)計(jì)達(dá)到雙重超限設(shè)計(jì)的目的。該設(shè)計(jì)致力于解決酒駕，超載等問(wèn)題。在車身安裝壓力傳感器、酒精傳感器等傳感器，通過(guò)傳感器的檢測(cè)實(shí)時(shí)監(jiān)控檢測(cè)值是否超過(guò)額定值，若超過(guò)額定值則車會(huì)被強(qiáng)行制動(dòng)，若沒(méi)有超過(guò)額定值車才可以驅(qū)動(dòng)。

酒駕、超載、超速等安全隱患所造成的一系列事故不斷增長(zhǎng)，這些隱患一直是人們和社會(huì)高度關(guān)注的問(wèn)題。本文設(shè)計(jì)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能車輛超限控制系統(tǒng)，采用智能、集成處理芯片與zigbee技術(shù)進(jìn)行傳感器數(shù)據(jù)的采集、組網(wǎng)；利用3G通信模塊將主處理芯片處理后的數(shù)據(jù)上傳至交管局管理系統(tǒng)，利用現(xiàn)有的交通管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的同步顯示和控制，最終形成一個(gè)功能完善的智能車輛超限控制系統(tǒng)，以遏制交通事故頻發(fā)和提高安全駕駛。

一、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

本設(shè)計(jì)通過(guò)在車身安裝傳感器，利用傳感器對(duì)車輛的自身環(huán)境與狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，如出現(xiàn)超載、酒駕等安全隱患則做出強(qiáng)行制動(dòng)等應(yīng)對(duì)措施。

智能交通超限控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)通過(guò)可控的方式來(lái)處理車輛的違規(guī)行為，同時(shí)可對(duì)車上情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，能夠達(dá)到有效的減少交通事故發(fā)生的目的，從而保障人身財(cái)產(chǎn)安全，在一定程度上減少了人力物力的消耗。圖1為設(shè)計(jì)方案總體框架圖。

二、 系統(tǒng)的感知層

感知層：通過(guò)在車身安裝傳感器，利用傳感器對(duì)車輛的自身環(huán)境與狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，使用zigbee技術(shù)收集傳感器所采集的數(shù)據(jù)并進(jìn)行組網(wǎng)。

1.zigbee組網(wǎng)技術(shù)

在感知層，本設(shè)計(jì)中的zigbee網(wǎng)絡(luò)采用簇樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和尋徑快，消息先上行再下傳的特點(diǎn)。zigbee網(wǎng)絡(luò)的三種邏輯設(shè)備：終端設(shè)備、路由器和協(xié)調(diào)器。終端設(shè)備在本設(shè)計(jì)中的作用是負(fù)責(zé)獲取各個(gè)傳感器數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)完成數(shù)據(jù)的上傳；協(xié)調(diào)器的作用是建立和配置網(wǎng)絡(luò)，將所終端設(shè)備所獲取到的數(shù)據(jù)上傳至主控制器，路由器的作用是允許其他的設(shè)備加入其網(wǎng)絡(luò)，在本設(shè)計(jì)中的作用是將前一級(jí)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)路由轉(zhuǎn)發(fā)并匯聚給協(xié)調(diào)器。

2 傳感器

傳感器主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)所監(jiān)控環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

壓力傳感器：電阻應(yīng)變式傳感器是此類設(shè)計(jì)中常采用的傳感器，其結(jié)構(gòu)由彈性敏感元件與電阻應(yīng)變片構(gòu)成。當(dāng)其彈性敏感元件在感受到被測(cè)量時(shí)將產(chǎn)生變形，在其表面會(huì)產(chǎn)生應(yīng)變。電阻應(yīng)變片是粘貼在彈性敏感元件表面的，其隨著彈性敏感元件產(chǎn)生應(yīng)變，而電阻應(yīng)變片的變化是其電阻值產(chǎn)生相應(yīng)的變化。只要通過(guò)測(cè)量電阻應(yīng)變片的電阻值變化情況，就可以確定被測(cè)量值的大小。該傳感器主要是實(shí)現(xiàn)測(cè)量車輛是否超重。

酒精濃度傳感器：MQ-3作用檢測(cè)駕駛員是否酒駕，為車輛安全行駛提供保障。應(yīng)用機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)藛T及其他風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)人員的酒后監(jiān)督檢測(cè)和其他場(chǎng)所乙醇蒸汽的探測(cè)。MQ-3的特點(diǎn)如表1。

MQ-3傳感器的還具有以下特點(diǎn)：該傳感器的驅(qū)動(dòng)電路比較簡(jiǎn)單，這為整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和協(xié)調(diào)帶來(lái)很大方便；同時(shí)其對(duì)乙醇?xì)忪F有相當(dāng)高的靈敏度和選擇性；由于它的快速響應(yīng)恢復(fù)特性、壽命長(zhǎng)和可靠的穩(wěn)定性的以上特點(diǎn)，也是其在酒精濃度測(cè)量方面經(jīng)常作為首選的原因。

溫度傳感器：車輛上的溫度傳感器有：（1）冷卻液溫度傳感器（主要是負(fù)責(zé)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度）；（2）進(jìn)氣溫度傳感器（主要負(fù)責(zé)檢測(cè)進(jìn)氣溫度，為燃油噴射量和點(diǎn)火正時(shí)提供依據(jù)）；（3）排氣溫度傳感器（檢測(cè)轉(zhuǎn)化器內(nèi)排放氣體的溫度）；（4）油溫度傳感器（檢測(cè)液壓油用于換擋控制）；（5）蒸發(fā)器出口溫度傳感器（檢測(cè)蒸發(fā)器表面溫度用于控制空調(diào)壓縮機(jī)）和車內(nèi)(外)溫度傳感器（檢測(cè)車內(nèi)、外氣溫為汽車空調(diào)控制系統(tǒng)提供信息）等；最后把檢測(cè)結(jié)果轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的形式輸入給ECU。

測(cè)速傳感器：霍爾傳感器安裝于測(cè)速端蓋上，感應(yīng)導(dǎo)磁體上凸起的齒或是凹下的槽，相應(yīng)的給出高低電平，常用于檢測(cè)輪軸的轉(zhuǎn)速、線速度，并且也可以通過(guò)相應(yīng)計(jì)算處理得到被測(cè)體的加速度?？蓾M足絕大部分工業(yè)領(lǐng)域的高轉(zhuǎn)速測(cè)量要求。由于傳感器與被測(cè)齒輪不接觸，所以該設(shè)備無(wú)磨損，安裝方便。

本設(shè)計(jì)中的壓力傳感器、酒精濃度傳感器、溫度傳感器、速度傳感器均是為了保證車輛不會(huì)因?yàn)槿藶榈某d、酒駕、超速、車況在不良的環(huán)境下運(yùn)行造成生命和財(cái)產(chǎn)的危害。若出現(xiàn)超載、超速、酒駕、或者車況出現(xiàn)不良情況則根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，車輛采用自動(dòng)制動(dòng)，駕駛員無(wú)法啟動(dòng)車輛，同時(shí)將測(cè)量結(jié)果通過(guò)zigbee模塊、主控制器、3G模塊、3G網(wǎng)絡(luò)上傳至交通管理局，交通管理局可以實(shí)時(shí)掌握該車輛的情況。

三、系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)層

利用zigbee模塊、MSP430單片機(jī)、3G模塊作為主控制器，以及3G網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)信息的儲(chǔ)存、傳輸。

本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中涉及到的網(wǎng)絡(luò)軟件部分分為操作系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)。該系統(tǒng)中的設(shè)備接口驅(qū)動(dòng)用于與硬件模塊進(jìn)行通信，而通信協(xié)議和路由算法則是用于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的通信。用為本設(shè)計(jì)系統(tǒng)所編寫的程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)匯集、備份和處理等功能。操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括對(duì)linux內(nèi)核的定制、編譯和下載程序，添加通信協(xié)議、添加各種服務(wù)、構(gòu)建根文件系統(tǒng)以及移植嵌入式 linux操作系統(tǒng)等。應(yīng)用系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)采用 QT開發(fā)，完成建立交互界面的匯集、數(shù)據(jù)備份與處理等模塊的功能。

四、結(jié)論

智能車輛超限系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)對(duì)車輛狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，目的是為了保證車輛的安全運(yùn)行，采用基于zigbee組網(wǎng)技術(shù)和3G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制，對(duì)車輛的溫度、速度、承載量、駕駛員的酒精濃度等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。在該設(shè)計(jì)中需要將zigbee模塊固定在車體相關(guān)位置，同時(shí)各個(gè)傳感器在車輛相關(guān)位置接觸，并且進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。各個(gè)傳感器所對(duì)應(yīng)終端節(jié)點(diǎn)與固定在其周圍的路由器節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)組成簇樹型zigbee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，對(duì)車輛的工作狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和處理，再通過(guò)3G模塊將傳感器所測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)送到3G網(wǎng)絡(luò)，再通過(guò)3G和Internet網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)傳輸給交通管理局。交通管理局也可以通過(guò) TCP/IP協(xié)議訪問(wèn)無(wú)線網(wǎng)關(guān)。本設(shè)計(jì)可以大大降低交通事故的發(fā)生率，對(duì)于交通事故的發(fā)生有預(yù)防作用.