一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能車道控制器的設(shè)計和應(yīng)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(yīng)高速公路收費無人化需求，高速公路智能車道控制器能在線監(jiān)測設(shè)備的運行狀態(tài)，同時將狀態(tài)實時上傳至運維監(jiān)測服務(wù)器，為高速公路智能運維平臺提供了數(shù)據(jù)支撐。
　　關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；車道控制器；插片式結(jié)構(gòu)；硬件設(shè)計；軟件設(shè)計

　　0 引言

　　高速公路收費系統(tǒng)包含各種不同種類的設(shè)備，且數(shù)量繁雜，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障維護(hù)人員往往無法快速找到故障點，容易導(dǎo)致故障排除不及時。該物聯(lián)網(wǎng)智能車道控制器主要功能包括IO驅(qū)動控制和設(shè)備狀態(tài)運維監(jiān)測，在線監(jiān)測各用電設(shè)備的電能參數(shù)（包括電流、電壓、功率和累計用電量）及設(shè)備串口通信數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)協(xié)議分析，判斷設(shè)備的運行狀態(tài)，并且將設(shè)備的電能參數(shù)、運行狀態(tài)和I/O驅(qū)動控制的開關(guān)量狀態(tài)通過無線4G或網(wǎng)口方式上傳至運維監(jiān)測服務(wù)器。另外，該車道控制器還具有遠(yuǎn)程控制每個電能端口繼電器的通斷功能，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時，可以通過服務(wù)器遠(yuǎn)程重啟的方式恢復(fù)設(shè)備的正常運行。

　　1 系統(tǒng)設(shè)計

　　物聯(lián)網(wǎng)智能車道控制器采用嵌入式架構(gòu)，單片機(jī)控制各個模塊協(xié)同工作，單片機(jī)采用ST公司的STM32系列的STM32F101單片機(jī)。物聯(lián)網(wǎng)智能車道控制器在結(jié)構(gòu)上采用插片式設(shè)計方案，可靈活配置，常規(guī)配制了交換機(jī)1（選配）、交換機(jī)2（選配）、I/O口、串口監(jiān)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(jù)需要可以變更配置，其中插片式設(shè)計就是實現(xiàn)配置變更的結(jié)構(gòu)支撐。下面是物聯(lián)網(wǎng)智能車道控制器典型應(yīng)用場景示意圖。
　　2 產(chǎn)品設(shè)計設(shè)計

　　2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　物聯(lián)網(wǎng)智能車道控制器采用插卡式設(shè)計，可以根據(jù)需求靈活配置。 

　　1為開機(jī)電源的船型開關(guān)，按下后開關(guān)亮燈，主機(jī)開機(jī)，液晶屏3顯示主界面；2為圓形自鎖開關(guān)，為后面板AC220V電能輸出端的總開關(guān)，按下后開關(guān)亮燈；3為 7寸觸摸液晶屏，用于顯示車道控制器的監(jiān)測狀態(tài)和參數(shù)設(shè)置。

　　本產(chǎn)品的接線全部從后面板引出，后面板如圖3所 示，接口包括：交換機(jī)1（選配）、交換機(jī)2（選配）、I/O口、串口監(jiān)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(shè)計

　　物聯(lián)網(wǎng)智能車道控制器硬件設(shè)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(jī)1（選配）、交換機(jī)2（選配）、I/O口、串口監(jiān)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(shè)計

　　物聯(lián)網(wǎng)智能車道控制器軟件設(shè)計框圖如圖5所示：車道控制器上電后，接入網(wǎng)絡(luò)之后按時間指令收集設(shè)備從網(wǎng)口上傳的參數(shù)數(shù)據(jù)，通過對比預(yù)先在軟件內(nèi)設(shè)置的對應(yīng)設(shè)備參數(shù)正常范圍值，判斷設(shè)備是否異常。當(dāng)判斷設(shè)備異常時設(shè)備通過軟件報警，維護(hù)人員可通過業(yè)主網(wǎng)站頁面進(jìn)行遠(yuǎn)程操作以排除故障。

　　2.4 界面設(shè)計

　　開機(jī)后顯示主界面，如圖6所示。

　　主界面中有“設(shè)備接口”、“電能狀態(tài)”和“參數(shù)設(shè)置”三個菜單圖標(biāo)，可以通過手指點擊圖標(biāo)進(jìn)入相應(yīng)的界面。屏幕的最下面一行顯示收費站編號、車道號，并實時顯示機(jī)箱內(nèi)的溫度和濕度。

　　點擊“設(shè)備接口”圖標(biāo)進(jìn)入，如圖7所示。點擊“電能狀態(tài)”圖標(biāo)進(jìn)入，如圖8所示。

　　點擊“參數(shù)設(shè)置”圖標(biāo)進(jìn)入，如圖9、10所示。

　　3 結(jié)論

　　基于物聯(lián)網(wǎng)的智能車道控制器是路網(wǎng)感知系統(tǒng)中的關(guān)鍵一環(huán)，把各設(shè)備信息進(jìn)行有效整合并以可見的形式傳導(dǎo)至處理層，既可以把繁雜的數(shù)據(jù)處理變成簡單的指令，也可以節(jié)約有效的人力提供處理時效與效率，在萬物互聯(lián)的現(xiàn)代化技術(shù)支持下，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能車道控

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