CN105513383A - 一种高速公路监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种高速公路监测系统包括：主机模块、天气状况监测模块、通讯模块、键盘模块、显示模块、越限报警模块；本发明的系统优势在于采用GPRS通信方式实现气象要素自动监测无线化和网络化，其覆盖范围广，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求；建设成本小，不需专门的布线，前期投资小、见效快,后期升级、维护成本低；提供“实时在线功能”用户将始终处于连线和在线状态，这使得访问服务变得非常简单、快速，并且通讯费用低。

Description

一种高速公路监测系统

技术领域

本发明涉及监控领域，尤其是有关于一种高速公路监测系统。

背景技术

近年随着各种遥测技术、网络、数据库以及GPRS等技术的应用，国外高速公路交通气象监测系统能够向道路养护、交通运营管理以及公众出行提出更加丰富、及时、有效和全面的信息，降低道路的养护运营成本，提高道路的运营服务与安全水平。而我国高速公路交通气象监测系统研究与应用工作起步较晚，交通气象信息也主要来源于公路沿线的气象站、雾天能见度检测仪等检测设施，公路部门与气象行业业务合作不够紧密，所以总体上缺乏系统研究，提供专业服务的能力还很有限。但近年来，随着我国高速公路的快速发展，高速公路交通气象监测系统的研究和应用己经开始受到相关部门和研究机构的重视；如安徽省2009年底已开始覆盖全省高速公路的恶劣气象条件监测系统、山东省己开始建设高速公路气象观测系统、山西省也将高速公路气象监测系统纳入地方“十二五”建设规划，此外河北省交通与气象部门携手加强高速公路气象监测及预警服务能力建设等，所有这些都表明了交通部门对高速公路交通气象监测系统的关注，但我国目前该系统的主体框架基本以传统气象要素的监测为主，能见度仪和路面状态传感器大多数依赖于国外进口设备，可见，我国交通气象监测与服务工作还需进一步加强。由于我国对这方面的设计的不足，所以对高速高速公路自动监测系统的研究是很有必要的。

国外进行气象信息釆集比较有名的有意大利、法国、日本等一些公司在从事自动气象站方面的研究。气象设备的主要生产厂家有芬兰的Vasiala、意大利的DPS—Pormatic、法国的exMEL、英国的CamPbellseientifie和CasellaCel等。他们的大部分产品也是采用卫星和GSM的通信模式，随着移动通信技术的进步，国外的意大利的一家公司2003年首先推出了基于GPRS通信的相关产品。但是国外进口的自动气象站观测系统设备价格昂贵，很难在国内大范围普及。

国内气象观测技术领域也有许多相关研究，并取得了一定的进展。国内比较著名的自动气象站有北京华创科技公司的CAWS600系列自动站，江苏无锡无线电科学研究所的ZQZ—Cn型自动气象站。另外还有长春气象研究所的同类产品。他们的产品主要是数据传输大多局限于传统的通讯方式，有线MODEM、GSM等通讯方式。通过以上的分析，我们发现上述各种方式或多或少的存在一定的弊端，尤其是通讯方式，它是制约环境参数自动监测系统发展的一个重要因素。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出一种高速公路监测系统，采用GPRS通信方式实现气象要素自动监测无线化和网络化；为实现上述目的，本发明的高速公路监测系统的技术方案，一种高速公路监测系统包括：

主机模块；对数据进行处理，实现对系统的总体控制；

天气状况监测模块；用于对天气状况的监测；

通讯模块；把釆集的信号传输给主控制室；

键盘模块；该部分实现对越限报警的设定值；

显示模块；将传输的信号显示出来，采用LCD显示；

越限报警模块；天气状况恶劣、指标越限时提示声光报警。

进一步的，所述主机模块采用AT89S52微控制器；

进一步的，所述天气状况监测模块采用气象传感器；包括路面状况传感器、温度传感器、湿度传感器、能见度观测仪和风向风速传感器；

进一步的，所述路面状况传感器采用埋入式类型的传感器或遥感类的传感器；

进一步的，所述湿度传感器选用有机高分子膜做成的介质的湿度传感器；

进一步的，所述能见度观测仪选用散射式观测仪，由发射器、接受器、电源控制器和机架部分组成，通过发射、接受红外线，得出相应的电信号数据；

进一步的，所述通讯模块采用本地通讯RS232或RS485、远程有线通讯PSTN、ADSL或光纤和远程无线通讯SMS、GPRS、CDMA1X、卫星DCP中的一种通讯方式或其组合。

本发明的工作原理在于：通过的传各种类型传感器对天气状况信息温度、湿度、能见度、风的大小与方向、路面状况的釆集，再将检测出的模拟信号经过A/D转换后以及信号处理，再通过通讯技术，按照城区大约间隔5公里、郊区10-15公里的建设原则，配无线通讯器通过GSM网可实现远距离布网监测或异地遥测数据。不受距离限制，每个气象监测网点配备一个无线通讯端口，由气象中心监测站的主控微机对网点内所有气象站的数据进行统一监控，以达到整个网点内气象数据整合及统计。送入主机中，进行自动的运算和控制，为用户设计按键、显示电路和声光报警等模块。

高速公自动监测系统实现对天气状况的监测，把实时信息传输给控制室，可采用以单片机为核心的控制系统，因为单片机的内部资源丰富，供电电压只需要5V,并且单片机的体积较小，便于存放；价格也相对便宜。对单片机外加简单的接口电路及编制不同的应用程序就可实现不同的功能。从节能和经济效益方面考虑，选用以单片机为核心的控制系统更为合理。

由以上本发明的技术方案可知，本发明的有益效果在于本系统采用GPRS通信方式实现气象要素自动监测无线化和网络化，利用无线GPRS技术传输气象数据，具有以下优点:

1.GPRS对于网络资源利用率高；

2.覆盖范围广；GPRS覆盖范围广，在无线GSN、GPRS网络的覆盖范围之内，都可以完成对无线终端的控制和管理。而且，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。

3.数据传输速率高。GPRS数据传输速度大于40Kbps,最高可达到115KbPs—170Kbps,完全可以满足用户应用的需求。

4.建设成本小。由于采用GPRS无线公网平台，对于行业应用，只要安装好GPRS终端即可，不需专门的布线，前期投资小、见效快,后期升级、维护成本低。

5.接入时间短,提供了与现有的数据网络的无缝连接。GPRS接入等待时间短,可快速建立连接，平均时间为两秒。

6.提供“实时在线功能”用户将始终处于连线和在线状态，这使得访问服务变得非常简单、快速。

7.通讯费用低，按流量计费。GPRS网络按照用户接收和发送数据包的字节数量来收取费用，在没有数据传递时，用户即使挂在网上也是不收费的。

附图说明

图1为本发明实施例的高速公路监测系统的总体框图；

图2为本实施例中通讯模块的框图；

图3为本发明实施例的高速公路监测系统的运行程序主流程图。

具体实施方式

为了更好了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

参考图1，高速公路监测系统，包括：

主机模块；对数据进行处理，实现对系统的总体控制；

天气状况监测模块；用于对天气状况的监测；

通讯模块；把釆集的信号传输给主控制室；

键盘模块；该部分实现对越限报警的设定值；

显示模块；将传输的信号显示出来，采用LCD显示；

越限报警模块；天气状况恶劣，指标越限时提示声光报警。

本系统通过的传各种类型传感器对天气状况信息温度、湿度、能见度、风的大小与方向、路面状况的釆集，再将检测出的模拟信号经过A/D转换后以及信号处理，再通过通讯技术，按照城区大约间隔5公里、郊区10-15公里的建设原则，配无线通讯器通过GSM网可实现远距离布网监测或异地遥测数据。不受距离限制，每个气象监测网点配备一个无线通讯端口，由气象中心监测站的主控微机对网点内所有气象站的数据进行统一监控，以达到整个网点内气象数据整合及统计。送入主机中，进行自动的运算和控制，为用户设计按键、显示电路和声光报警等模块。

高速公自动监测系统实现对天气状况的监测，把实时信息传输给控制室，可采用以单片机为核心的控制系统，因为单片机的内部资源丰富，供电电压只需要5V,并且单片机的体积较小，便于存放；价格也相对便宜。对单片机外加简单的接口电路及编制不同的应用程序就可实现不同的功能。从节能和经济效益方面考虑，选用以单片机为核心的控制系统更为合理。

主机模块采用AT89S52微控制器；这是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器；使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash,256字节RAM,32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至OHz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。由于89S52本身的I/O接口不够用，这里选用8255可编程并行I/O接口。8255是Intel公司生产的可编程并行I/O接口芯片，有3个8位并行I/O口。具有3个通道3种工作方式的可编程并行接口芯片(40引脚)。其各口功能可由软件选择,使用灵活,通用性强。8255可作为单片机与多种外设连接时的中间接口电路。8255作为主机与外设的连接芯片，必须提供与主机相连的3个总线接口，即数据线、地址线、控制线接口。同时必须具有与外设连接的接口A、B、C口。由于8255可编程，所以必须具有逻辑控制部分，因而8255内部结构分为3个部分：与CPU连接部分、与外设连接部分、控制部分。

其中的模数转换器即A/D转换器，或简称ADC,通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小；这里选择ADC0809,ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D模数转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号,只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。是目前国内应用最广泛的8位通用A/D芯片。

其中的天气状况监测模块，对天气状况的检测采用气象传感器。路面状况传感器主要有两大类：一类是埋入式类型的传感器，需要埋设在路面上，通过电源和信号线接到机箱内电源和采集器上；另一类是遥感类的传感器，无需安装在路面上，而是安装在路侧支架上，通过遥感路面上的某一特定区域来实现观测目的。第二类的传感器也称为主动型路面状况传感器，因成本较高，在实际应用中多采用第一种。温度传感器主要有四种类型：热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器和1C温度传感器。因为本设计对不需要高精度测量，并且热电阻宽温度范围和适应各种和大气环境，而且结实、价格低、无需供电。所热电阻作为温度传感器。由于常见的电阻、电容式湿敏湿度传感器抗腐蚀能力差、一致性差、线性差。所以选用有机高分子膜做成的介质的湿度传感器，这类产品的互换性好、响应速度快、抗干扰能力强。不需要外部元件，适配各种单片机。该湿度传感器的测量范围一般可达到0～100％。但有的厂家为保证精度指标而将测量范围限制为10％～95％。目前世界上能见度的设计的能见度观测仪主要有透射式和散射式两种。其中透射式占地范围大无法机动使用，所以前向透射能见度能是通过测量小空气体积对光的前向散射来计算能见度的仪器，它测量范围大、工作稳定、结构简单等优点。它由发射器、接受器、电源控制器和机架等部分组成。通过发射、接受红外线，得出相应的电信号数据。目前国内外风向风速传感器可以分为三类。第一类为螺旋桨式风向风速传感器。第二类为风速是三杯式、风向单翼式的风向风速传感器。第三类为超声波风向风速传感器。螺旋桨式风传感器精度较差，动态性能一般，超声波传感器目前应用还不太成熟。考虑测量性能、可靠性、价格等因素，本设计采用三杯式风速传感器、单翼式风向传感器。风杯式风速传感器工作原理是：风速传感器的感应元件为三杯式回转架，信号变换电路为霍尔开关电路。

如图2所示，通讯模块的流程框图；功能是把釆集的信号传输给主控制室，可采用本地通讯(RS232、RS485)、远程有线通讯(PSTN、ADSL、光纤等)和远程无线通讯(SMS、GPRS、CDMA1X、卫星DCP等)，也可以同时应用。因此，高速公路自动气象站终端有可能放置在长期无人值守的地方，基础设施建设比较差，可能不能提供光纤传输，GPRS无线传输可以很好的解决这一问题。在本系统应用中，釆用了公网固定IP的方式组网。该系统由高速公路气象信息管理系统、公共以太网服务器、无线通讯基站、高速公路自动气象终端等设备组成。在这种构成下，高速公路自动气象终端设备首先通过无线通讯基站以无线方式登陆到无线以太网络，并获得自动分配的IP地址，然后与高速公路气象信息管理中心建立点对点网络连接。由于高速公路气象信息管理系统的IP地址用的是网络的子网，所以要将网络服务器的IP和端口映射到高速公路气象信息管理系统。之后，终端就可以寻址到高速公路气象信息管理系统进行双向通信了。其特点是通信的速度非常快、通信质量非常稳定，组网时可以利用现有的网络资源，建设系统的投资小，能够适合实时性要求较高、安全性要求适中的应用场合。

程序流程图如图3所示，通过软件设计系统的主程序的框架，控制着单片机系统按预定操作方式运转。监控程序的主要作用是能及时的响应来自系统内部的各种服务请求，有效地管理系统自身软硬件及人机对话设备与系统中其它设备交换信息，并在系统一旦出现故障时，及时作出相应处理。

综上所述，本发明的系统采用了GPRS通讯技术，相对其它方式的优点，使气象数据可以可靠地通过GPRS通讯网络传给数据中心。

以上说明书文字与附图仅为对本发明的解释和说明，不以任何形式对本发明构成限制和限定，本发明的范围以权利要求书为准，一切不超出本发明宗旨的显而易见的修改、变换和替代方案均在本发明范围内。

Claims (7)

1.一种高速公路监测系统，其特征在于，包括：

主机模块；对数据进行处理，实现对系统的总体控制；

天气状况监测模块；用于对天气状况的监测；

通讯模块；把釆集的信号传输给主控制室；

键盘模块；该部分实现对越限报警的设定值；

显示模块；将传输的信号显示出来，采用LCD显示；

越限报警模块；天气状况恶劣、指标越限时提示声光报警。

2.根据权利要求1所述的高速公路监测系统，其特征在于，所述主机模块采用AT89S52微控制器。

3.根据权利要求1所述的高速公路监测系统，其特征在于，所述天气状况监测模块采用气象传感器；包括路面状况传感器、温度传感器、湿度传感器、能见度观测仪和风向风速传感器。

4.根据权利要求1所述的高速公路监测系统，其特征在于，所述路面状况传感器采用埋入式类型的传感器或遥感类的传感器。

5.根据权利要求1所述的高速公路监测系统，其特征在于，所述湿度传感器选用有机高分子膜做成的介质的湿度传感器。

6.根据权利要求1所述的高速公路监测系统，其特征在于，所述能见度观测仪选用散射式观测仪，由发射器、接受器、电源控制器和机架部分组成，其通过发射、接受红外线，获得相应的电信号数据。

7.根据权利要求1所述的高速公路监测系统，其特征在于，所述通讯模块采用本地通讯RS232或RS485、远程有线通讯PSTN、ADSL或光纤、远程无线通讯SMS、GPRS、CDMA1X、卫星DCP中的一种通讯方式或其组合。