基于物联网——地磅智能车辆超限控制系统的设计要求

国内外对于地磅车辆超限系统的设计均采用联网式，多部门合作式，相当耗费人力、物力、财力。本文的地磅智能车辆超限控制系统主要就是为了加强交通安全的管理而设计的，是在现有交通超限管理系统下通过对车辆进行智能设计达到双重超限设计的目的。该设计致力于解决酒驾，超载等问题。在车身安装压力传感器、酒精传感器等传感器，通过传感器的检测实时监控检测值是否超过额定值，若超过额定值则车会被强行制动，若没有超过额定值车才可以驱动。

酒驾、超载、超速等安全隐患所造成的一系列事故不断增长，这些隐患一直是人们和社会高度关注的问题。本文设计了一种基于物联网的智能车辆超限控制系统，采用智能、集成处理芯片与zigbee技术进行传感器数据的采集、组网；利用3G通信模块将主处理芯片处理后的数据上传至交管局管理系统，利用现有的交通管理系统实现系统的同步显示和控制，最终形成一个功能完善的智能车辆超限控制系统，以遏制交通事故频发和提高安全驾驶。

一、系统总体设计方案

本设计通过在车身安装传感器，利用传感器对车辆的自身环境与状态信息进行实时采集，如出现超载、酒驾等安全隐患则做出强行制动等应对措施。

智能交通超限控制系统主要实现通过可控的方式来处理车辆的违规行为，同时可对车上情况进行实时监控，能够达到有效的减少交通事故发生的目的，从而保障人身财产安全，在一定程度上减少了人力物力的消耗。图1为设计方案总体框架图。

二、 系统的感知层

感知层：通过在车身安装传感器，利用传感器对车辆的自身环境与状态信息进行实时采集，使用zigbee技术收集传感器所采集的数据并进行组网。

1.zigbee组网技术

在感知层，本设计中的zigbee网络采用簇树型拓扑结构，此种结构简单和寻径快，消息先上行再下传的特点。zigbee网络的三种逻辑设备：终端设备、路由器和协调器。终端设备在本设计中的作用是负责获取各个传感器数据并实现完成数据的上传；协调器的作用是建立和配置网络，将所终端设备所获取到的数据上传至主控制器，路由器的作用是允许其他的设备加入其网络，在本设计中的作用是将前一级数据经过路由转发并汇聚给协调器。

2 传感器

传感器主要是实现对所监控环境进行实时监控。

压力传感器：电阻应变式传感器是此类设计中常采用的传感器，其结构由弹性敏感元件与电阻应变片构成。当其弹性敏感元件在感受到被测量时将产生变形，在其表面会产生应变。电阻应变片是粘贴在弹性敏感元件表面的，其随着弹性敏感元件产生应变，而电阻应变片的变化是其电阻值产生相应的变化。只要通过测量电阻应变片的电阻值变化情况，就可以确定被测量值的大小。该传感器主要是实现测量车辆是否超重。

酒精浓度传感器：MQ-3作用检测驾驶员是否酒驾，为车辆安全行驶提供保障。应用机动车驾驶人员及其他风险作业人员的酒后监督检测和其他场所乙醇蒸汽的探测。MQ-3的特点如表1。

MQ-3传感器的还具有以下特点：该传感器的驱动电路比较简单，这为整个系统的设计和协调带来很大方便；同时其对乙醇气雾有相当高的灵敏度和选择性；由于它的快速响应恢复特性、寿命长和可靠的稳定性的以上特点，也是其在酒精浓度测量方面经常作为首选的原因。

温度传感器：车辆上的温度传感器有：（1）冷却液温度传感器（主要是负责检测发动机冷却液温度）；（2）进气温度传感器（主要负责检测进气温度，为燃油喷射量和点火正时提供依据）；（3）排气温度传感器（检测转化器内排放气体的温度）；（4）油温度传感器（检测液压油用于换挡控制）；（5）蒸发器出口温度传感器（检测蒸发器表面温度用于控制空调压缩机）和车内(外)温度传感器（检测车内、外气温为汽车空调控制系统提供信息）等；最后把检测结果转换成电信号的形式输入给ECU。

测速传感器：霍尔传感器安装于测速端盖上，感应导磁体上凸起的齿或是凹下的槽，相应的给出高低电平，常用于检测轮轴的转速、线速度，并且也可以通过相应计算处理得到被测体的加速度。可满足绝大部分工业领域的高转速测量要求。由于传感器与被测齿轮不接触，所以该设备无磨损，安装方便。

本设计中的压力传感器、酒精浓度传感器、温度传感器、速度传感器均是为了保证车辆不会因为人为的超载、酒驾、超速、车况在不良的环境下运行造成生命和财产的危害。若出现超载、超速、酒驾、或者车况出现不良情况则根据系统设计，车辆采用自动制动，驾驶员无法启动车辆，同时将测量结果通过zigbee模块、主控制器、3G模块、3G网络上传至交通管理局，交通管理局可以实时掌握该车辆的情况。

三、系统的网络层

利用zigbee模块、MSP430单片机、3G模块作为主控制器，以及3G网络来实现信息的储存、传输。

本设计系统中涉及到的网络软件部分分为操作系统和应用系统。该系统中的设备接口驱动用于与硬件模块进行通信，而通信协议和路由算法则是用于无线网络的通信。用为本设计系统所编写的程序实现数据汇集、备份和处理等功能。操作系统的设计包括对linux内核的定制、编译和下载程序，添加通信协议、添加各种服务、构建根文件系统以及移植嵌入式 linux操作系统等。应用系统在设计时采用 QT开发，完成建立交互界面的汇集、数据备份与处理等模块的功能。

四、结论

智能车辆超限系统需要实时对车辆状况进行监测，目的是为了保证车辆的安全运行，采用基于zigbee组网技术和3G网络实现远程监测和控制，对车辆的温度、速度、承载量、驾驶员的酒精浓度等参数进行测量。在该设计中需要将zigbee模块固定在车体相关位置，同时各个传感器在车辆相关位置接触，并且进行数据采集。各个传感器所对应终端节点与固定在其周围的路由器节点和协调器节点组成簇树型zigbee无线传感器网络，对车辆的工作状况进行实时数据采集和处理，再通过3G模块将传感器所测量数据发送到3G网络，再通过3G和Internet网络把数据传输给交通管理局。交通管理局也可以通过 TCP/IP协议访问无线网关。本设计可以大大降低交通事故的发生率，对于交通事故的发生有预防作用.