立交橋自動除雪系統研究

衛 革，徐毅剛

（北京市環境衛生設計科學研究所，北京 100028）

1 立交橋自動除雪系統結構

本系統整體結構由客戶端軟件與服務器、通訊網絡、下位機控制系統、終端噴灑控制器等幾大部分組成。系統整體結構如圖1所示。

中央控制室配備有客戶端電腦和大屏幕顯示器，控制人員在中央控制室可以通過該系統發送融雪劑噴灑的指令，還可以在噴灑結束后收到噴灑控制器的反饋信息。系統服務器操作系統為Linux系統。與WINDOWS操作系統相比較，Linux操作系統具有更高的穩定性、安全性。服務器軟件用Linux系統可以有效地減少網絡病毒的傳播，在很大程度上提高整個立交橋除雪系統的安全性。同時，基于Linux系統編寫的服務器軟件，在運行速度上也比WINDOWS系統更快捷、高效。

網絡選用3G網絡和GPRS2種數據傳輸方式。立交橋地區位置特殊，使用有線局域網絡存在電線被割斷、偷竊等因素，使用3G網絡可以提高整個系統的穩定性，減少一些人為的故障。GPRS網絡作為上位機與下位機之間信號傳輸的備選網絡，提高了網絡系統的可靠性。

下位機控制部分采用專業的工業控制器，配有5英寸的液晶顯示屏，方便現場調試、維護。橋上裝有終端噴灑控制器，該控制器通過RS-485總線與下位機工控機進行數據傳輸，實現雙向通信，既可以向終端設備發送噴灑指令，還可以收到終端設備的應答信息。

圖1 系統結構

另外，在噴灑終端部分還設有氣象數據監測和防盜報警裝置，從而使系統功能更加完善。

2 自動控制系統設計

2.1 下位機控制系統硬件設計

1）系統由嵌入式觸控PC、開關電源、噴灑控制器、短信控制器和GPRS模塊組成。

2） 嵌入式觸控PC控制整個噴灑系統和各個模塊進行通訊。

3） 開關電源為系統提供12 V和24 V電源。4） 短信控制器用來發送噴灑控制器采集的報警短信。

5）GPRS模塊作為熱備份，通過GPRS網絡連接服務器。

6）噴灑控制器作為立交橋融雪劑自動噴灑系統的執行終端，具有噴灑、采集和報警的功能。對外有1個485總線接口，控制池可以通過它來進行控制、操作、通訊。系統邏輯如圖2所示。

圖2 系統邏輯示意

2.2 下位機控制系統軟件設計

下位機開發環境是Windows CE，使用C#設計。主界面工作流程如圖3所示，界面以滿屏顯示，共有5個按扭，分別為四通道儀表、噴灑控制、設置、退出、保留。點擊“四通道儀表”，進入四通道儀表界面；點擊“噴灑控制”，進入噴灑控制界面；點擊“設置”進入設置界面；點擊“退出”彈出密碼輸入界面。主界面5 s內沒有操作，會自動進入四通道儀表界面。

2.3 遠端噴灑控制器電路設計

2.3.1 噴灑控制盒內部電路設計

噴灑控制盒內部電路原理如圖4所示。

圖3 主界面工作流程

圖4 噴灑控制盒內部電路原理

電路板以ATMEGA16單片機為核心，板上有交流220 V到直流5 V的轉換電路，還有485總線相關的電路，使用ATMEGA16的232接口來控制485總線。另外，板上設計ATMEGA16相關的數字電路，可以采集6位撥碼開關，可以控制2個繼電器，以滿足噴灑控制器作為執行終端的要求。

LM7805輸入濾波電容必須選擇470μF以上的電容，這樣輸出的5 V電源在帶負載時，紋波才會更小（即輸出功率達到最大）。

485總線輸入信號和單片機電路之間要做到電氣隔離，一方面降低485總線的故障率，另一方面可以避免總線上其他分支故障造成本設備燒壞。

2.3.2 ATMEGA16芯片編程設計

噴灑控制器具有噴灑、采集和報警3個功能。在正常工作流程中，噴灑控制器會采集振動傳感器的信號，一旦發生報警，就會控制報警器發聲20 s，在下次接收到輪詢指令時，把報警狀態上傳到控制池。

當接收到噴灑命令時，打開電磁閥，根據指令設定關閉電磁閥的時間，延遲2 s，采集流量開關狀態并記錄。噴灑時間到就關閉電磁閥，流量開關的狀態也在等待下一條輪詢指令到來時，上傳到控制池。

其工作流程如圖5所示。

圖5 噴灑控制器工作流程

2.4 客戶端軟件與服務器

系統控制軟件和客戶端軟件采用以下工具進行編寫。服務器操作系統采用Linux（CentOS 5.X）系統，客戶端系統運行在WINDOWS系統上，并采用Client/Server方式，數據庫采用Mysql，編譯工具采用GCC和Intel C++，編程工具采用Visual C++6.0。

3 系統測試與運行效果

系統安裝完成后，對整個系統性能進行了測試。上位機系統運行穩定，功能完善，操作方便；下位機分控制器運行正常，與中央控制室通訊暢通，無數據包丟失；終端噴灑控制器工作穩定，不受現場環境干擾，性能良好，能夠順利接收上位機發送的控制信號、執行噴灑命令、上傳現場數據等，各項技術指標達到了設計要求。

該系統將遠程通訊控制技術應用于立交橋除雪，實現了不受交通狀況影響及時除雪目的，提高了除雪作業的效率，為雪后立交橋地區道路暢通及行車安全提供了保障，具有良好的社會、環境、經濟效益。