基于物聯(lián)網(wǎng)——地磅智能車(chē)輛超限控制系統的設計要求

國內外對于地磅車(chē)輛超限系統的設計均采用聯(lián)網(wǎng)式，多部門(mén)合作式，相當耗費人力、物力、財力。本文的地磅智能車(chē)輛超限控制系統主要就是為了加強交通安全的管理而設計的，是在現有交通超限管理系統下通過(guò)對車(chē)輛進(jìn)行智能設計達到雙重超限設計的目的。該設計致力于解決酒駕，超載等問(wèn)題。在車(chē)身安裝壓力傳感器、酒精傳感器等傳感器，通過(guò)傳感器的檢測實(shí)時(shí)監控檢測值是否超過(guò)額定值，若超過(guò)額定值則車(chē)會(huì )被強行制動(dòng)，若沒(méi)有超過(guò)額定值車(chē)才可以驅動(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(cháng)，這些隱患一直是人們和社會(huì )高度關(guān)注的問(wèn)題。本文設計了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能車(chē)輛超限控制系統，采用智能、集成處理芯片與zigbee技術(shù)進(jìn)行傳感器數據的采集、組網(wǎng)；利用3G通信模塊將主處理芯片處理后的數據上傳至交管局管理系統，利用現有的交通管理系統實(shí)現系統的同步顯示和控制，最終形成一個(gè)功能完善的智能車(chē)輛超限控制系統，以遏制交通事故頻發(fā)和提高安全駕駛。

一、系統總體設計方案

本設計通過(guò)在車(chē)身安裝傳感器，利用傳感器對車(chē)輛的自身環(huán)境與狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，如出現超載、酒駕等安全隱患則做出強行制動(dòng)等應對措施。

智能交通超限控制系統主要實(shí)現通過(guò)可控的方式來(lái)處理車(chē)輛的違規行為，同時(shí)可對車(chē)上情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，能夠達到有效的減少交通事故發(fā)生的目的，從而保障人身財產(chǎn)安全，在一定程度上減少了人力物力的消耗。圖1為設計方案總體框架圖。

二、 系統的感知層

感知層：通過(guò)在車(chē)身安裝傳感器，利用傳感器對車(chē)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據并進(jìn)行組網(wǎng)。

1.zigbee組網(wǎng)技術(shù)

在感知層，本設計中的zigbee網(wǎng)絡(luò )采用簇樹(shù)型拓撲結構，此種結構簡(jiǎn)單和尋徑快，消息先上行再下傳的特點(diǎn)。zigbee網(wǎng)絡(luò )的三種邏輯設備：終端設備、路由器和協(xié)調器。終端設備在本設計中的作用是負責獲取各個(gè)傳感器數據并實(shí)現完成數據的上傳；協(xié)調器的作用是建立和配置網(wǎng)絡(luò )，將所終端設備所獲取到的數據上傳至主控制器，路由器的作用是允許其他的設備加入其網(wǎng)絡(luò )，在本設計中的作用是將前一級數據經(jīng)過(guò)路由轉發(fā)并匯聚給協(xié)調器。

2 傳感器

傳感器主要是實(shí)現對所監控環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監控。

壓力傳感器：電阻應變式傳感器是此類(lèi)設計中常采用的傳感器，其結構由彈性敏感元件與電阻應變片構成。當其彈性敏感元件在感受到被測量時(shí)將產(chǎn)生變形，在其表面會(huì )產(chǎn)生應變。電阻應變片是粘貼在彈性敏感元件表面的，其隨著(zhù)彈性敏感元件產(chǎn)生應變，而電阻應變片的變化是其電阻值產(chǎn)生相應的變化。只要通過(guò)測量電阻應變片的電阻值變化情況，就可以確定被測量值的大小。該傳感器主要是實(shí)現測量車(chē)輛是否超重。

酒精濃度傳感器：MQ-3作用檢測駕駛員是否酒駕，為車(chē)輛安全行駛提供保障。應用機動(dòng)車(chē)駕駛人員及其他風(fēng)險作業(yè)人員的酒后監督檢測和其他場(chǎng)所乙醇蒸汽的探測。MQ-3的特點(diǎn)如表1。

MQ-3傳感器的還具有以下特點(diǎn)：該傳感器的驅動(dòng)電路比較簡(jiǎn)單，這為整個(gè)系統的設計和協(xié)調帶來(lái)很大方便；同時(shí)其對乙醇氣霧有相當高的靈敏度和選擇性；由于它的快速響應恢復特性、壽命長(cháng)和可靠的穩定性的以上特點(diǎn)，也是其在酒精濃度測量方面經(jīng)常作為首選的原因。

溫度傳感器：車(chē)輛上的溫度傳感器有：（1）冷卻液溫度傳感器（主要是負責檢測發(fā)動(dòng)機冷卻液溫度）；（2）進(jìn)氣溫度傳感器（主要負責檢測進(jìn)氣溫度，為燃油噴射量和點(diǎn)火正時(shí)提供依據）；（3）排氣溫度傳感器（檢測轉化器內排放氣體的溫度）；（4）油溫度傳感器（檢測液壓油用于換擋控制）；（5）蒸發(fā)器出口溫度傳感器（檢測蒸發(fā)器表面溫度用于控制空調壓縮機）和車(chē)內(外)溫度傳感器（檢測車(chē)內、外氣溫為汽車(chē)空調控制系統提供信息）等；最后把檢測結果轉換成電信號的形式輸入給ECU。

測速傳感器：霍爾傳感器安裝于測速端蓋上，感應導磁體上凸起的齒或是凹下的槽，相應的給出高低電平，常用于檢測輪軸的轉速、線(xiàn)速度，并且也可以通過(guò)相應計算處理得到被測體的加速度?？蓾M(mǎn)足絕大部分工業(yè)領(lǐng)域的高轉速測量要求。由于傳感器與被測齒輪不接觸，所以該設備無(wú)磨損，安裝方便。

本設計中的壓力傳感器、酒精濃度傳感器、溫度傳感器、速度傳感器均是為了保證車(chē)輛不會(huì )因為人為的超載、酒駕、超速、車(chē)況在不良的環(huán)境下運行造成生命和財產(chǎn)的危害。若出現超載、超速、酒駕、或者車(chē)況出現不良情況則根據系統設計，車(chē)輛采用自動(dòng)制動(dòng)，駕駛員無(wú)法啟動(dòng)車(chē)輛，同時(shí)將測量結果通過(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(chē)輛的情況。

三、系統的網(wǎng)絡(luò )層

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

本設計系統中涉及到的網(wǎng)絡(luò )軟件部分分為操作系統和應用系統。該系統中的設備接口驅動(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(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的通信。用為本設計系統所編寫(xiě)的程序實(shí)現數據匯集、備份和處理等功能。操作系統的設計包括對linux內核的定制、編譯和下載程序，添加通信協(xié)議、添加各種服務(wù)、構建根文件系統以及移植嵌入式 linux操作系統等。應用系統在設計時(shí)采用 QT開(kāi)發(fā)，完成建立交互界面的匯集、數據備份與處理等模塊的功能。

四、結論

智能車(chē)輛超限系統需要實(shí)時(shí)對車(chē)輛狀況進(jìn)行監測，目的是為了保證車(chē)輛的安全運行，采用基于zigbee組網(wǎng)技術(shù)和3G網(wǎng)絡(luò )實(shí)現遠程監測和控制，對車(chē)輛的溫度、速度、承載量、駕駛員的酒精濃度等參數進(jìn)行測量。在該設計中需要將zigbee模塊固定在車(chē)體相關(guān)位置，同時(shí)各個(gè)傳感器在車(chē)輛相關(guān)位置接觸，并且進(jìn)行數據采集。各個(gè)傳感器所對應終端節點(diǎn)與固定在其周?chē)穆酚善鞴濣c(diǎn)和協(xié)調器節點(diǎn)組成簇樹(shù)型zigbee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )，對車(chē)輛的工作狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)數據采集和處理，再通過(guò)3G模塊將傳感器所測量數據發(fā)送到3G網(wǎng)絡(luò )，再通過(guò)3G和Internet網(wǎng)絡(luò )把數據傳輸給交通管理局。交通管理局也可以通過(guò) TCP/IP協(xié)議訪(fǎng)問(wèn)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)。本設計可以大大降低交通事故的發(fā)生率，對于交通事故的發(fā)生有預防作用.