CN101261765B - 高速公路路段气象信息提示系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高速公路路段气象信息提示系统，它由气象信息接收显示控制装置(1)和至少一个气象信息自动监测站(2)组成，气象信息接收显示控制装置(1)安装在高速公路(18)的收费站或高速公路管理处(19)内；气象信息自动监测站(2)设置在高速公路各路段旁；气象信息接收显示控制装置(1)通过移动通信网与气象信息自动监测站(2)传输数据。本发明利用现代移动通信网络(GSM/GPRS/CDMA)，对高速公路各路段的气象信息进行远程监测和控制，并将采集到的气象信息实时显示在户外大屏幕上，保障了行车安全。而且本发明采用低功耗设计，具有运行经济、简单、安全、可靠等特点。

Description

高速公路路段气象信息提示系统
技术领域：
本发明涉及一种高速公路路段气象信息提示系统。
背景技术：
随着经济的发展，我国的高速公路也得到了迅猛的发展。由于在高速公路上行驶的车辆车速较快，对于驾驶员来说，往往因为对高速公路各路段的能见度、雪、雨、大气温度、大气湿度、风速、风向、路面湿度等情况没有足够的了解，控制不好车速，很容易发生交通事故。对于高速公路管理部门来说，也往往需要根据高速公路各路段的气象信息进行科学管理。目前，对高速公路各路段气象信息的监测主要采取人工实地监测的方式，不但耗费人力、物力，而且信息传递慢，无法实现实时监测和数据的远程传送，影响了监测的准确性和及时性。
发明内容：
本发明的目的在于：提供一种对高速公路各路段的气象信息进行自动采集并通过远程数据传输，实现气象信息实时显示的高速公路路段气象信息提示系统，从而克服现有技术的不足，以保障行车安全，并为高速公路运行安全和道路管理提供科学的依据。
本发明是这样实现的：它由气象信息接收显示控制装置(1)和至少一个气象信息自动监测站(2)组成，气象信息接收显示控制装置(1)安装在高速公路(18)的收费站或高速公路管理处(19)内；气象信息自动监测站(2)设置在高速公路各路段旁；气象信息接收显示控制装置(1)通过移动通信网与气象信息自动监测站(2)传输数据。
具体说，气象信息接收显示控制装置(1)通过GSM/GPRS/CDMA移动通信网与具有移动网关的数据处理中心(3)相连，数据处理中心(3)通过GSM/GPRS/CDMA移动通信网连接各气象信息自动监测站(2)。
气象信息接收显示控制装置(1)也可通过GSM短消息交换中心连接各气象信息自动监测站(2)。
气象信息接收显示控制装置(1)由信息接收及发送模块(4)、监控计算机(5)、户外大屏幕(6)构成，信息接收及发送模块(4)、监控计算机(5)安装在高速公路(18)的收费站或高速公路管理处(19)内，户外大屏幕(6)安装在高速公路入口显眼处；信息接收及发送模块(4)连接监控计算机(5)，监控计算机(5)连接户外大屏幕(6)；在监控计算机(5)中装有气象信息处理软件和监控软件。
气象信息接收显示控制装置(1)的信息接收及发送模块(4)由24AH蓄电池组(7)、充放电控制器(8)、无线通信模块(9)、控制器及数据处理模块(10)构成，充放电控制器(8)的电流输入端连接AC/DC适配器(11)，AC/DC适配器(11)连接220V/50HZ交流电源，充放电控制器(8)的电流输出端连接24AH蓄电池组(7)、无线通信模块(9)和控制器及数据处理模块(10)，无线通信模块
(9)连接控制器及数据处理模块(10)，控制器及数据处理模块(10)连接监控计算机(5)。
气象信息自动监测站(2)由传感器探头组(12)及变送器组(13)、接口及数据采集模块(14)、控制器及数据处理模块(10)、无线通信模块(9)和太阳能电源系统组成，传感器探头组(12)连接变送器组(13)，变送器组(13)连接接口及数据采集模块(14)，接口及数据采集模块(14)通过40针信号插座(15)连接控制器及数据处理模块(10)，控制器及数据处理模块(10)连接无线通信模块(9)，控制器及数据处理模块(10)、无线通信模块(9)连接太阳能电源系统。
气象信息自动监测站(2)的传感器探头组(12)由雨雪传感器、大气温度传感器、大气湿度传感器、风速传感器、风向传感器、能见度传感器、路面温度传感器等气象信息传感器组成，并通过导线连接变送器组(13)。
气象信息自动监测站(2)的太阳能电源系统由15-30W太阳能电池板阵列(16)、充放电控制器(8)和17-30AH畜电池组(17)组成，15-30W太阳能电池板阵列(16)连接充放电控制器(8)，充放电控制器(8)连接17-30AH畜电池组(17)。
在气象信息自动监测站(2)的接口和数据采集模块(14)中设有一个功耗大于300mW、动作电压为2.4V的2路微继电器，2路微继电器的输入端连接控制器及数据处理模块(10)的D/A输出信号端，输出端分别连接3.3V供电的数字或模拟信号接口的供电电源和采用12V供电的变送器组(13)及传感器探头组(12)的供电电源。
气象信息接收显示控制装置(1)和气象信息自动监测站(2)的无线通信模块(9)由天线、GSM芯片、SIM卡座、RS-232插座、外围电路和器件组成，RS-232插座连接控制器及数据处理模块(10)，外围电路和器件连接充放电控制器(8)的电流输出端。
气象信息接收显示控制装置(1)和气象信息自动监测站(2)的控制器及数据处理模块(10)的控制芯片为美国Cygnal公司的C8051F020单片机。
本发明通过设置在高速公路上各路段气象信息自动监测站中的雨雪传感器、大气温度传感器、大气湿度传感器、风速传感器、风向传感器、能见度传感器、路面温度传感器等传感器对高速公路各路段的气象信息进行自动监测，无需人值守，减少了人力、物力的消耗。并通过GSM短消息交换中心、或通过GSM/GPRS/CDMA移动通信网与具有移动网关的数据处理中心将采集到的气象信息数据远程传送到安装在高速公路收费站或高速公路管理处的气象信息接收显示控制装置中，经监控计算机处理后显示在户外大屏幕上，实现实时气象信息显示，使驾驶员在高速路入口处就能知道当前高速公路全程各路段的气象信息，为上路作好思想准备，以保障行车安全。也为高速公路运行安全和道路管理提供科学的依据，提高高速公路的智能化管理水平。
而且本发明的控制器及数据处理模块的控制芯片选用美国Cygnal公司的C8051F020单片机，该芯片是混合信号集成芯片，集成了多路A/D和D/A、可扩充4路RS-232端口等丰富的接口，节省了大量外围接口电路的器件功耗，为系统的低功耗性能奠定了基础，使得系统能在15-30W太阳能板和17-25AH畜电池的供电系统环境下，监测指标10～20组，保证系统静态功耗0.2W以下、动态功耗在2W左右，可保证系统在连续阴雨天60天仍然正常工作，同时也减化了系统的设计，提高了系统的稳定性。
附图说明：
图1为本发明的构成示意图；
图2为本发明的一种组网方式的结构示意图；
图3为本发明的另一种组网方式的结构示意图；
图4为本发明的气象信息接收显示控制装置的组成示意图；
图5为本发明的气象信息自动监测站的组成示意图；
图6为本发明的数据及采集模块的逻辑结构示意图；
图7为本发明的太阳能电源系统的逻辑结构示意图；
图8为本发明的接口和数据采集模块中的微继电器1和微继电器2的连接原理图。
具体实施方式：
本发明的实施例：如图1所示，它由气象信息接收显示控制装置1和至少一个气象信息自动监测站2组成，气象信息接收显示控制装置1安装在高速公路各入口处的收费站或高速公路管理处19内，气象信息自动监测站2按照10～20公里的间隔设置在高速公路18的各路段或特殊路段区间旁，实时监测各路段的气象信息。根据系统的规模大、小和需求，气象信息接收显示控制装置1与气象信息自动监测站2可采用两种组网方式进行数据传输：第一种方式，如图2所示，气象信息接收显示控制装置1通过GSM/GPRS/CDMA移动通信网与具有移动网关的数据处理中心3相连，数据处理中心3再通过GSM/GPRS/CDMA移动通信网连接各气象信息自动监测站2，各气象信息自动监测站2利用GSM/GPRS/CDMA移动通信网络以短消息的形式，向数据处理中心3报送数据，数据处理中心3再以短消息的形式，通过GSM/GPRS/CDMA向各气象信息接收显示控制装置1实时报送数据；第二种方式，如图3所示，气象信息接收显示控制装置1通过GSM短消息交换中心连接各气象信息自动监测站2，各气象信息自动监测站2与气象信息接收显示控制装置1通过短消息直接传输数据。
如图4所示，气象信息接收显示控制装置1由信息接收及发送模块4、监控计算机5、户外大屏幕6构成，信息接收及发送模块4、监控计算机5安装在高速公路18的收费站或高速公路管理处19内；户外大屏幕6采用2M2的户外彩色LED大屏幕，文本或表格显示。信息接收及发送模块4连接监控计算机5，监控计算机5连接户外大屏幕6，户外大屏幕6安装在高速公路入口显眼处，动态显示各路段的气象信息，便于驾驶员或管理人员及时观看；监控计算机5通过信息接收及发送模块4接收各气象信息自动监测站2传来的数据，也可以向各气象信息自动监测站2发送控制命令；在监控计算机5中装有气象信息处理软件和监控软件，以及驱动户外大屏幕6显示的软件，将接收到的实时气象信息及时显示到户外大屏幕6中，达到直观显示的效果。本发明的监控软件采用面向对象的设计方法，系统可经过数据挖掘预测分析，对各气象信息自动监测站2所在路段气象信息进行分析。后台数据库系统选用Microsoft公司的MS SQL Server软件，便于系统扩充。在对各气象信息自动监测站2远程监管方面，具有气象信息自动监测站2远程控制面板，可向指定气象信息自动监测站2发送各种监管命令，例如：开/关指定监测站、通信线路和监测站自检、请求数据、设置中心站、校准监测站时钟、查询监测站各运行参数等；还具有监测站报警门限设置、采集及报送数据周期和频率设置等功能。
气象信息接收显示控制装置1的信息接收及发送模块4由24AH蓄电池组7、充放电控制器8、无线通信模块9、控制器及数据处理模块10构成，充放电控制器8的电流输入端连接AC/DC适配器11，AC/DC适配器11连接220V/50HZ交流电源，充放电控制器8的电流输出端连接24AH蓄电池组7、无线通信模块9和控制器及数据处理模块10，无线通信模块9通过RS-232数字接口连接控制器及数据处理模块10，控制器及数据处理模块10通过RS-232数字接口连接监控计算机5。
如图5所示，气象信息自动监测站2由传感器探头组12及变送器组13、接口及数据采集模块14、控制器及数据处理模块10、无线通信模块9和太阳能电源系统组成，完成数据采样、数据存储、数据处理、数据报送等工作，传感器探头组12连接变送器组13，变送器组13通过RS-232/RS-485数字接口或模拟信号接口连接连接接口及数据采集模块14，接口及数据采集模块14通过40针信号插座15连接控制器及数据处理模块10，控制器及数据处理模块10通过RS-232数字接口连接无线通信模块9，控制器及数据处理模块10、无线通信模块9连接太阳能电源系统。
根据气象检测的需求，传感器探头组12由雨雪传感器、大气温度传感器、大气湿度传感器、风速传感器、风向传感器、能见度传感器、路面温度传感器等气象信息传感器组成，并通过导线连接变送器组13，对雨雪、大气温度、大气湿度、风速、风向、能见度、路面温度等进行同时监测(可根据需求增加其他指标)，传感器探头组12采用4-20mA、0-10V标准模拟信号或数字信号输出，气象信息自动监测站2在正常运行中，接口及数据采集模块14对传感器探头组12传来的模拟信号源每0.1秒采集1次数据，定时进行数据筛选，对数字信号采用握手约定或定时采集，数据采集完成后送控制器及数据处理模块10进行数据处理，然后按照气象信息接收显示控制装置1规定的发送周期和频率，加上发送时间和日期，汇集成数据组，通过无线通信模块9定时发送给各气象信息接收显示控制装置1。
为了满足系统野外无人值守工作的要求，气象信息自动监测站2的电源系统采用太阳能供电系统，如图7所示，它由15-30W太阳能电池板阵列16、充放电控制器8和17-30AH畜电池组17组成，15-30W太阳能电池板阵列16连接充放电控制器8，充放电控制器8连接17-30AH畜电池组17。15-30W太阳能电池板阵列16的作用是将太阳辐射能直接转换成直流电，供负载使用或存贮于17-30AH畜电池组17内备用；充放电控制器8可为17-30AH畜电池组17提供最佳的充电电流和电压，快速、平稳、高效的为17-30AH畜电池组17充电，并在充电过程中减少损耗、尽量延长17-30AH畜电池组17的使用寿命，同时保护17-30AH畜电池组17，避免过充电和过放电现象的发生，同时记录并显示如充电电流、电压等各种重要数据；17-30AH畜电池组17可将15-30W太阳能电池板阵列16发出的直流电存贮起来，供负载使用。由于在白天太阳能电池板阵列给畜电池组充电，同时还给负载用电，晚上负载用电全部由畜电池组供给，因此，要求畜电池组的自放电要小，而且充电效率要高，同时考虑到价格和使用是否方便等因素，本发明的畜电池组选用17-30AH畜电池组。上述电源系统在30-60天阴天的情况下，采用间歇式供电，保证每天1-8小时发送一组信息；气象信息自动监测站2输入电压DC12V，静态输出电流30mA，动态输出电流500mA，系统唤醒后数据采集、数据处理、数据发送等正常工作时间2Sec，在日照时数6～7h和配备16路具有4-20mA或者0-10V工业标准模拟信号接口、4个具有RS-232和若干个RS-485/422标准数字信号接口的传感器的条件下，能够保证本系统的正常工作。
为降低功耗，本发明在气象信息自动监测站2单独设计了接口和数据采集模块14，如图6所示，在接口和数据采集模块14中设有一个功耗大于300mW、动作电压为2.4V的2路微继电器，2路微继电器的输入端连接控制器及数据处理模块10的D/A输出信号端，输出端分别连接3.3V供电的数字或模拟信号接口的供电电源和采用12V供电的变送器组13及传感器探头组12的供电电源。当控制器及数据处理模块10中的控制芯片休眠时，首先经过其D/A输出“0”，2路微继电器断开，从而使接口和数据采集模块14外围的RS-232/RS-485数字接口或模拟信号接口和变送器组13、传感器探头组12停止工作；当控制器及数据处理模块10中的控制芯片被唤醒时，经过D/A输出“256”，使2路微继电器接通，接口和数据采集模块14外围的RS-232/RS-485数字接口或模拟信号接口和变送器组13、传感器探头组12开始工作，使气象信息自动监测站2间歇供电，达到降低功耗的目的。
气象信息接收显示控制装置1和气象信息自动监测站2的无线通信模块9支持目前常用的GSM/GPRS/CDMA移动通信网络，选择通用的GSM芯片，突出数据通信功能，专用设计。它由由天线、GSM芯片、SIM卡座、RS-232插座、外围电路和器件组成，RS-232插座连接控制器及数据处理模块10，外围电路和器件连接充放电控制器8的电流输出端。GSM芯片选用法国WAVECOM公司的GSM/GPRS/CDMA系列芯片，其与GSM phase2/2+兼容、支持双频(GSM/900和GSM/1800)、符合ETSI标准GSM0707和GSM0705，控制器及数据处理模块10通过串口，用AT指令对其进行控制，AT指令是主要移动电话生产商NOKIA、Erics.son、Motorola和HP共同为GSM研制的一整套指令。气象信息接收显示控制装置1和气象信息自动监测站2采用更换GSM芯片和软件设置来调整通信方式，在支持短消息和GPRS通信时，可选用Q2403系列或者Q24X6系列芯片，在支持CDMA时选用Q2338芯片。
气象信息接收显示控制装置1和气象信息自动监测站2的控制器及数据处理模块10的控制芯片选用美国Cygnal公司的C8051F020单片机，C8051F020单片机是集成在一块芯片上的混合信号系统级微处理器芯片，具有高速流水线结构的8051兼容的CIP-51内核可达25MIPS，芯片上具有12位8通道ADC，两个12位DAC可编程更新时序，两个UART串行接口，5个通用的16位定时器，5个捕捉/比较模块的可编程计数器/定时器阵列，串行接口经软件编程可扩充到6个和增加8位8通道ADC。因此，系统在节省功耗不增加外围接口电路的情况下，具有12位8通道A/D和8位8通道A/D，2个独立的RS-232串行接口，2路D/A，2路比较器，可软件扩展4路RS-232串行接口。因此，可同时对10～20个指标进行监测，基本能满足本发明的应用要求。

Claims (8)

1.一种高速公路路段气象信息提示系统，它由气象信息接收显示控制装置(1)和至少一个气象信息自动监测站(2)组成，其特征在于：气象信息接收显示控制装置(1)由信息接收及发送模块(4)、监控计算机(5)、户外大屏幕(6)构成，信息接收及发送模块(4)、监控计算机(5)安装在高速公路(18)的收费站或高速公路管理处(19)内，户外大屏幕(6)安装在高速公路入口显眼处；信息接收及发送模块(4)连接监控计算机(5)，监控计算机(5)连接户外大屏幕(6)；在监控计算机(5)中装有气象信息处理软件和监控软件；气象信息自动监测站(2)设置在高速公路各路段旁；气象信息接收显示控制装置(1)通过移动通信网与气象信息自动监测站(2)传输数据；气象信息自动监测站(2)由传感器探头组(12)及变送器组(13)、接口及数据采集模块(14)、控制器及数据处理模块(10)、无线通信模块(9)和太阳能电源系统组成，传感器探头组(12)连接变送器组(13)，变送器组(13)连接接口及数据采集模块(14)，接口及数据采集模块(14)通过40针信号插座(15)连接控制器及数据处理模块(10)，控制器及数据处理模块(10)连接无线通信模块(9)，控制器及数据处理模块(10)、无线通信模块(9)连接太阳能电源系统。
2.根据权利要求1所述的高速公路路段气象信息提示系统，其特征在于：气象信息接收显示控制装置(1)通过GSM/GPRS/CDMA移动通信网与具有移动网关的数据处理中心(3)相连，数据处理中心(3)通过GSM/GPRS/CDMA移动通信网连接各气象信息自动监测站(2)。
3.根据权利要求1所述的高速公路路段气象信息提示系统，其特征在于：气象信息接收显示控制装置(1)通过GSM短消息交换中心连接各气象信息自动监测站(2)。
4.根据权利要求1所述的高速公路路段气象信息提示系统，其特征在于：信息接收及发送模块(4)由24AH蓄电池组(7)、充放电控制器(8)、无线通信模块(9)、控制器及数据处理模块(10)构成，充放电控制器(8)的电流输入端连接AC/DC适配器(11)，AC/DC适配器(11)连接220V/50HZ交流电源，充放电控制器(8)的电流输出端连接24AH蓄电池组(7)、无线通信模块(9)和控制器及数据处理模块(10)，无线通信模块(9)连接控制器及数据处理模块(10)，控制器及数据处理模块(10)连接监控计算机(5)。
5.根据权利要求1所述的高速公路路段气象信息提示系统，其特征在于：传感器探头组(12)由雨雪传感器、大气温度传感器、大气湿度传感器、风速传感器、风向传感器、能见度传感器、路面温度传感器组成，并通过导线连接变送器组(13)。
6.根据权利要求1所述的高速公路路段气象信息提示系统，其特征在于：太阳能电源系统由15-30W太阳能电池板阵列(16)、充放电控制器(8)和17-30AH畜电池组(17)组成，15-30W太阳能电池板阵列(16)连接充放电控制器(8)，充放电控制器(8)连接17-30AH畜电池组(17)。
7.根据权利要求1或4所述的高速公路路段气象信息提示系统，其特征在于：无线通信模块(9)由天线、GSM芯片、SIM卡座、RS-232插座、外围电路和器件组成，RS-232插座连接控制器及数据处理模块(10)，外围电路和器件连接充放电控制器(8)的电流输出端。
8.根据权利要求1或4所述的高速公路路段气象信息提示系统，其特征在于：控制器及数据处理模块(10)的控制芯片为C8051F020单片机。
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