基于物聯(lián)網(wǎng)的建筑工地智慧卡車遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

胡威 謝云 史雷萌

摘 要：在建筑工地中，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)了一種在線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)卡車及駕駛員數(shù)據(jù)的綜合系統(tǒng)。系統(tǒng)具備監(jiān)控駕駛員狀態(tài)、安全提示、查詢駕駛記錄等功能。在對(duì)駕駛員的生理狀態(tài)、個(gè)人信息、卡車盲區(qū)安全監(jiān)測(cè)以及卡車的行駛位置與軌跡等數(shù)據(jù)采集后，借助4G技術(shù)將數(shù)據(jù)上傳到云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。該系統(tǒng)便于企業(yè)和市政管理人員通過網(wǎng)頁平臺(tái)和手機(jī)APP進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管與記錄查詢，可滿足實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和管理需求，具有較好的應(yīng)用性和社會(huì)價(jià)值。

關(guān)鍵詞：智慧卡車;低功耗單片機(jī);運(yùn)輸安全;車聯(lián)網(wǎng);物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);4G通信

0 引 言

隨著我國(guó)貨運(yùn)車輛持續(xù)增長(zhǎng)，貨運(yùn)車輛的安全及通行效率管控尤為重要[1]。其中大型卡車因其車身體積等原因，極易產(chǎn)生視覺盲區(qū)，造成交通事故。隨著車載網(wǎng)絡(luò)和云計(jì)算的快速發(fā)展，基于云計(jì)算的車聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)受到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注[2]。文獻(xiàn)[3]設(shè)計(jì)了一種基于車聯(lián)網(wǎng)的車輛狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)云服務(wù)平臺(tái)。文獻(xiàn)[4]研究并設(shè)計(jì)了一款具有車輛定位等功能的車聯(lián)網(wǎng)車載智能終端系統(tǒng)。二者將車輛上的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與云平臺(tái)相結(jié)合，將采集到的數(shù)據(jù)在云平臺(tái)上進(jìn)行處理顯示。為了方便相關(guān)部門管理，減少交通安全隱患，有必要設(shè)計(jì)一套穩(wěn)定、可靠、安全的智慧卡車遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

智慧卡車遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括卡車駕駛室數(shù)據(jù)采集子節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)平臺(tái)和遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)。由多個(gè)卡車子節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)上傳至云端服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。監(jiān)測(cè)端則可通過4G傳輸模塊訪問云端網(wǎng)絡(luò)并進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。

2 子節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

子節(jié)點(diǎn)由數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)端兩部分組成。智慧卡車遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集子節(jié)點(diǎn)將采集到的駕駛員脈搏及血氧濃度、卡車行駛軌跡等數(shù)據(jù)通過4G傳輸模塊上傳到云端服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。監(jiān)測(cè)端基于原子云服務(wù)器，可以通過PC端或手機(jī)查詢數(shù)據(jù)。卡車駕駛室數(shù)據(jù)采集子節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)以STM32F103ZET6芯片作為核心處理器，外接拓展外部SDRM存儲(chǔ)器、電源DCDC、GPS定位傳感器、盲區(qū)超聲波檢測(cè)以及4G通信模塊等。數(shù)據(jù)采集子節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)如圖2所示。

2.1 傳感器設(shè)計(jì)

2.1.1 超聲波信號(hào)傳感器

超聲波信號(hào)傳感器使用HY-SRF05超聲波模塊，此模塊具備2～450 cm的非接觸式距離感測(cè)功能，測(cè)距精度高達(dá)3 mm，模塊包括超聲波接收器、發(fā)射器與控制電路，可以很好地進(jìn)行卡車駕駛盲區(qū)監(jiān)測(cè)，方便駕駛員在轉(zhuǎn)彎時(shí)觀察“汽車盲區(qū)”和“內(nèi)輪差”的情況[5]。超聲波信號(hào)傳感器電路原理如圖3所示。

2.1.2 定位傳感器

GPS定位傳感器采用SkyTra公司推出的GPS+北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)[6-7]雙模定位模塊S1216F8-BD，該模塊外接有源天線，能夠準(zhǔn)確、迅速定位車輛位置[8-9]。定位傳感器電路原理如圖4所示。

2.1.3 脈搏血樣監(jiān)測(cè)傳感器

MAX30100是一種非侵入式集成的脈搏血氧飽和度和心臟速率監(jiān)視傳感器。如果心率監(jiān)視傳感器持續(xù)2小時(shí)以上檢測(cè)到心率數(shù)據(jù)，且未中斷，說明駕駛員可能已經(jīng)進(jìn)入疲勞駕駛狀態(tài)，此時(shí)可以提醒駕駛員休息[10]。脈搏血氧監(jiān)測(cè)傳感器電路原理如圖5所示。

2.2 網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)

2.2.1 4G傳輸模塊

ATK-M751是正點(diǎn)原子開發(fā)的一款高性能全網(wǎng)通4G DTU產(chǎn)品，具有高速率、低延遲和無線數(shù)傳功能，支持 TCP/UDP/HTTP等協(xié)議，可連接多種云服務(wù)器，支持上位機(jī)配置參數(shù)，同時(shí)也支持RS 232和RS 485通信協(xié)議。4G傳輸模塊原理如圖6所示。

2.2.2 nRF24L01傳輸模塊

nRF24L01是由NORDIC公司推出的工作在2.4～2.5 GHz的ISM頻段的單片無線收發(fā)器芯片，在接收模式下可以接收6路不同通道的數(shù)據(jù)。nRF24L01傳輸模塊原理如圖7所示。

2.3 報(bào)警器設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用JQ8900語言模塊，集成16位MCU及1個(gè)專門針對(duì)音頻解碼的DSP，采用硬解碼保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和音質(zhì)。在系統(tǒng)傳感器監(jiān)測(cè)到卡車駕駛員視覺盲區(qū)存在物體或監(jiān)測(cè)到駕駛員出現(xiàn)疲勞的生理狀況后，語言模塊將啟動(dòng)，提示駕駛員減速駕駛并檢查，也可及時(shí)提醒駕駛員勿疲勞駕駛。

2.4 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件開發(fā)主要基于Keil MDK5開發(fā)環(huán)境。軟件程序根據(jù)模塊化編程原則，劃分為超聲波模塊、脈搏傳感器、北斗定位模塊和原子云4G模塊。軟件流程如圖8所示。

3 仿真及測(cè)試

PC和手機(jī)都可以登錄服務(wù)器網(wǎng)址觀察汽車運(yùn)行軌跡，通過前端語言在網(wǎng)頁上查看數(shù)據(jù)。手機(jī)端界面如圖9所示。

4 結(jié) 語

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與生活水平的提高，汽車產(chǎn)量逐步增長(zhǎng)，行車安全隱患亦隨之增多。了解卡車行駛過程中的周圍狀況，可以適當(dāng)緩解駕駛員在駕駛過程中由于要時(shí)刻保持注意力高度集中而產(chǎn)生的壓力，而當(dāng)有其他車輛或行人進(jìn)入視覺盲區(qū)時(shí)，也可以避免由于要關(guān)注車輛后方的突發(fā)情況無法專注駕駛的問題，一定程度上減少交通安全隱患。

監(jiān)測(cè)工地卡車的行程狀況將對(duì)工地的管理起到促進(jìn)作用，同時(shí)有助于企業(yè)在工地建設(shè)過程中降低由于人為因素造成的安全隱患幾率，具有重要的應(yīng)用價(jià)值和社會(huì)意義。

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