基于物聯(lián)網——地磅智能車輛超限控制系統(tǒng)的設計要求

國內外對于地磅車輛超限系統(tǒng)的設計均采用聯(lián)網式，多部門合作式，相當耗費人力、物力、財力。本文的地磅智能車輛超限控制系統(tǒng)主要就是為了加強交通安全的管理而設計的，是在現(xiàn)有交通超限管理系統(tǒng)下通過對車輛進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，超載等問題。在車身安裝壓力傳感器、酒精傳感器等傳感器，通過傳感器的檢測實時監(jiān)控檢測值是否超過額定值，若超過額定值則車會被強行制動，若沒有超過額定值車才可以驅動。

酒駕、超載、超速等安全隱患所造成的一系列事故不斷增長，這些隱患一直是人們和社會高度關注的問題。本文設計了一種基于物聯(lián)網的智能車輛超限控制系統(tǒng)，采用智能、集成處理芯片與zigbee技術進行傳感器數據的采集、組網；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(tǒng)，利用現(xiàn)有的交通管理系統(tǒng)實現(xiàn)系統(tǒng)的同步顯示和控制，最終形成一個功能完善的智能車輛超限控制系統(tǒng)，以遏制交通事故頻發(fā)和提高安全駕駛。

一、系統(tǒng)總體設計方案

本設計通過在車身安裝傳感器，利用傳感器對車輛的自身環(huán)境與狀態(tài)信息進行實時采集，如出現(xiàn)超載、酒駕等安全隱患則做出強行制動等應對措施。

智能交通超限控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)通過可控的方式來處理車輛的違規(guī)行為，同時可對車上情況進行實時監(jiān)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(tǒng)的感知層

感知層：通過在車身安裝傳感器，利用傳感器對車輛的自身環(huán)境與狀態(tài)信息進行實時采集，使用zigbee技術收集傳感器所采集的數據并進行組網。

1.zigbee組網技術

在感知層，本設計中的zigbee網絡采用簇樹型拓撲結構，此種結構簡單和尋徑快，消息先上行再下傳的特點。zigbee網絡的三種邏輯設備：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傳感器數據并實現(xiàn)完成數據的上傳；協(xié)調器的作用是建立和配置網絡，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絡，在本設計中的作用是將前一級數據經過路由轉發(fā)并匯聚給協(xié)調器。

2 傳感器

傳感器主要是實現(xiàn)對所監(jiān)控環(huán)境進行實時監(jiān)控。

壓力傳感器：電阻應變式傳感器是此類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將產生變形，在其表面會產生應變。電阻應變片是粘貼在彈性敏感元件表面的，其隨著彈性敏感元件產生應變，而電阻應變片的變化是其電阻值產生相應的變化。只要通過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。該傳感器主要是實現(xiàn)測量車輛是否超重。

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

MQ-3傳感器的還具有以下特點：該傳感器的驅動電路比較簡單，這為整個系統(tǒng)的設計和協(xié)調帶來很大方便；同時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、壽命長和可靠的穩(wěn)定性的以上特點，也是其在酒精濃度測量方面經常作為首選的原因。

溫度傳感器：車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)動機冷卻液溫度）；（2）進氣溫度傳感器（主要負責檢測進氣溫度，為燃油噴射量和點火正時提供依據）；（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）和車內(外)溫度傳感器（檢測車內、外氣溫為汽車空調控制系統(tǒng)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、線速度，并且也可以通過相應計算處理得到被測體的加速度。可滿足絕大部分工業(yè)領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輛不會因為人為的超載、酒駕、超速、車況在不良的環(huán)境下運行造成生命和財產的危害。若出現(xiàn)超載、超速、酒駕、或者車況出現(xiàn)不良情況則根據系統(tǒng)設計，車輛采用自動制動，駕駛員無法啟動車輛，同時將測量結果通過zigbee模塊、主控制器、3G模塊、3G網絡上傳至交通管理局，交通管理局可以實時掌握該車輛的情況。

三、系統(tǒng)的網絡層

利用zigbee模塊、MSP430單片機、3G模塊作為主控制器，以及3G網絡來實現(xiàn)信息的儲存、傳輸。

本設計系統(tǒng)中涉及到的網絡軟件部分分為操作系統(tǒng)和應用系統(tǒng)。該系統(tǒng)中的設備接口驅動用于與硬件模塊進行通信，而通信協(xié)議和路由算法則是用于無線網絡的通信。用為本設計系統(tǒng)所編寫的程序實現(xiàn)數據匯集、備份和處理等功能。操作系統(tǒng)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、構建根文件系統(tǒng)以及移植嵌入式 linux操作系統(tǒng)等。應用系統(tǒng)在設計時采用 QT開發(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

智能車輛超限系統(tǒng)需要實時對車輛狀況進行監(jiān)測，目的是為了保證車輛的安全運行，采用基于zigbee組網技術和3G網絡實現(xiàn)遠程監(jiān)測和控制，對車輛的溫度、速度、承載量、駕駛員的酒精濃度等參數進行測量。在該設計中需要將zigbee模塊固定在車體相關位置，同時各個傳感器在車輛相關位置接觸，并且進行數據采集。各個傳感器所對應終端節(jié)點與固定在其周圍的路由器節(jié)點和協(xié)調器節(jié)點組成簇樹型zigbee無線傳感器網絡，對車輛的工作狀況進行實時數據采集和處理，再通過3G模塊將傳感器所測量數據發(fā)送到3G網絡，再通過3G和Internet網絡把數據傳輸給交通管理局。交通管理局也可以通過 TCP/IP協(xié)議訪問無線網關。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.