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

　　吳傳潔，熊斯鵬，黃? 敏（江西方興科技有限公司，江西 南昌 330025）
　　摘? 要：為了適應高速公路收費無(wú)人化需求，高速公路智能車(chē)道控制器能在線(xiàn)監測設備的運行狀態(tài)，同時(shí)將狀態(tài)實(shí)時(shí)上傳至運維監測服務(wù)器，為高速公路智能運維平臺提供了數據支撐。
　　關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；車(chē)道控制器；插片式結構；硬件設計；軟件設計

　　0 引言

　　高速公路收費系統包含各種不同種類(lèi)的設備，且數量繁雜，當設備出現故障維護人員往往無(wú)法快速找到故障點(diǎn)，容易導致故障排除不及時(shí)。該物聯(lián)網(wǎng)智能車(chē)道控制器主要功能包括IO驅動(dòng)控制和設備狀態(tài)運維監測，在線(xiàn)監測各用電設備的電能參數（包括電流、電壓、功率和累計用電量）及設備串口通信數據，并進(jìn)行數據協(xié)議分析，判斷設備的運行狀態(tài)，并且將設備的電能參數、運行狀態(tài)和I/O驅動(dòng)控制的開(kāi)關(guān)量狀態(tài)通過(guò)無(wú)線(xiàn)4G或網(wǎng)口方式上傳至運維監測服務(wù)器。另外，該車(chē)道控制器還具有遠程控制每個(gè)電能端口繼電器的通斷功能，當設備發(fā)生故障時(shí)，可以通過(guò)服務(wù)器遠程重啟的方式恢復設備的正常運行。

　　1 系統設計

　　物聯(lián)網(wǎng)智能車(chē)道控制器采用嵌入式架構，單片機控制各個(gè)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(chē)道控制器在結構上采用插片式設計方案，可靈活配置，常規配制了交換機1（選配）、交換機2（選配）、I/O口、串口監測、DTU模塊（選配）、網(wǎng)口上傳、25針或37針（2選1）IO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，根據需要可以變更配置，其中插片式設計就是實(shí)現配置變更的結構支撐。下面是物聯(lián)網(wǎng)智能車(chē)道控制器典型應用場(chǎng)景示意圖。
　　2 產(chǎn)品設計設計

　　2.1 結構設計

　　物聯(lián)網(wǎng)智能車(chē)道控制器采用插卡式設計，可以根據需求靈活配置。 

　　1為開(kāi)機電源的船型開(kāi)關(guān)，按下后開(kāi)關(guān)亮燈，主機開(kāi)機，液晶屏3顯示主界面；2為圓形自鎖開(kāi)關(guān)，為后面板AC220V電能輸出端的總開(kāi)關(guān)，按下后開(kāi)關(guān)亮燈；3為 7寸觸摸液晶屏，用于顯示車(chē)道控制器的監測狀態(tài)和參數設置。

　　本產(chǎn)品的接線(xiàn)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、串口監測、DTU模塊（選配）、網(wǎng)口上傳、25針或37針（2選1）IO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 硬件設計

　　物聯(lián)網(wǎng)智能車(chē)道控制器硬件設計框圖如圖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、串口監測、DTU模塊（選配）、網(wǎng)口上傳、25針或37針（2選1）IO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 軟件設計

　　物聯(lián)網(wǎng)智能車(chē)道控制器軟件設計框圖如圖5所示：車(chē)道控制器上電后，接入網(wǎng)絡(luò )之后按時(shí)間指令收集設備從網(wǎng)口上傳的參數數據，通過(guò)對比預先在軟件內設置的對應設備參數正常范圍值，判斷設備是否異常。當判斷設備異常時(shí)設備通過(guò)軟件報警，維護人員可通過(guò)業(yè)主網(wǎng)站頁(yè)面進(jìn)行遠程操作以排除故障。

　　2.4 界面設計

　　開(kāi)機后顯示主界面，如圖6所示。

　　主界面中有“設備接口”、“電能狀態(tài)”和“參數設置”三個(gè)菜單圖標，可以通過(guò)手指點(diǎn)擊圖標進(jìn)入相應的界面。屏幕的最下面一行顯示收費站編號、車(chē)道號，并實(shí)時(shí)顯示機箱內的溫度和濕度。

　　點(diǎn)擊“設備接口”圖標進(jìn)入，如圖7所示。點(diǎn)擊“電能狀態(tài)”圖標進(jìn)入，如圖8所示。

　　點(diǎn)擊“參數設置”圖標進(jìn)入，如圖9、10所示。

　　3 結論

　　基于物聯(lián)網(wǎng)的智能車(chē)道控制器是路網(wǎng)感知系統中的關(guān)鍵一環(huán)，把各設備信息進(jìn)行有效整合并以可見(jiàn)的形式傳導至處理層，既可以把繁雜的數據處理變成簡(jiǎn)單的指令，也可以節約有效的人力提供處理時(shí)效與效率，在萬(wàn)物互聯(lián)的現代化技術(shù)支持下，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能車(chē)道控

　　參考文獻

　　[1]孫書(shū)鷹 陳志佳 寇超.新一代嵌入式微處理器STM32F103開(kāi)發(fā)與應用[J].2010(12):59-63.
　　[2]羅起潮. 嵌入式車(chē)道控制器在高速公路上的應[J].城市建設理論研究2016(3):1-4.
　　[3]許世乾. 高速公路自動(dòng)化收費系統車(chē)道控制器的原理和應[J].城市建設理論研究2015(20)：9699-9699.
　　[4]賈叢. 嵌入式低功耗車(chē)道控制器的研究與探討[J].交通世界2014(3):108-109,110.

　　本文來(lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2020年第02期第55頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。