一種基于物聯網的智能車道控制器的設計和應用

吳傳潔 熊斯鵬 黃敏

摘要：為了適應高速公路收費無人化需求，高速公路智能車道控制器能在線監測設備的運行狀態，同時將狀態實時上傳至運維監測服務器，為高速公路智能運維平臺提供了數據支撐。

關鍵詞：物聯網;車道控制器;插片式結構;硬件設計;軟件設計

0引言

高速公路收費系統包含各種不同種類的設備，且數量繁雜，當設備出現故障維護人員往往無法快速找到故障點，容易導致故障排除不及時。該物聯網智能車道控制器主要功能包括10驅動控制和設備狀態運維監測，在線監測各用電設備的電能參數（包括電流、電壓、功率和累計用電量）及設備串口通信數據，并進行數據協議分析，判斷設備的運行狀態，并且將設備的電能參數、運行狀態和I/O驅動控制的開關量狀態通過無線4G或網口方式上傳至運維監測服務器。另外，該車道控制器還具有遠程控制每個電能端口繼電器的通斷功能，當設備發生故障時，可以通過服務器遠程重啟的方式恢復設備的正常運行。

1系統設計

物聯網智能車道控制器采用嵌入式架構，單片機控制各個模塊協同工作，單片機采用sT公司的sTM32系列的STM32F101單片機。物聯網智能車道控制器在結構上采用插片式設計方案，可靈活配置，常規配制了交換機1（選配）、交換機2（選配）、I/O口、串口監測、DTU模塊（選配）、網口上傳、25針或37針（2選1）10控制接口、12 V直流輸出1、12 V直流輸出2、AC220 V輸出、AC220 V輸入等模塊，根據需要可以變更配置，其中插片式設計就是實現配置變更的結構支撐。下面是物聯網智能車道控制器典型應用場景示意圖。

2產品設計設計

2.1結構設計

物聯網智能車道控制器采用插卡式設計，可以根據需求靈活配置。

1為開機電源的船型開關，按下后開關亮燈，主機開機，液晶屏3顯示主界面;2為圓形自鎖開關，為后面板AC220V電能輸出端的總開關，按下后開關亮燈;3為7寸觸摸液晶屏，用于顯示車道控制器的監測狀態和參數設置。

本產品的接線全部從后面板引出，后面板如圖3所示，接口包括：交換機1（選配）、交換機2（選配）、I/O口、串口監測、DTU模塊（選配）、網口上傳、25針或37針（2選1）10控制接口、12 V直流輸出1、12 V直流輸出2、AC220 V輸出、AC220 V輸入。

2.2硬件設計

物聯網智能車道控制器硬件設計框圖如圖4所示：以控制器主控制器為核心，具有包括交換機1（選配）、交換機2（選配）、I/O口、串口監測、DTU模塊（選配）、網口上傳、25針或37針（2選1）10控制接口、12 v直流輸出12 v直流輸出AC220 v輸出、AC220v輸入等模塊。

2.3軟件設計

物聯網智能車道控制器軟件設計框圖如圖5所示：車道控制器上電后，接入網絡之后按時間指令收集設備從網口上傳的參數數據，通過對比預先在軟件內設置的對應設備參數正常范圍值，判斷設備是否異常。當判斷設備異常時設備通過軟件報警，維護人員可通過業主網站頁面進行遠程操作以排除故障。

2.4界面設計

開機后顯示主界面.如圖6所示。

主界面中有“設備接口”、“電能狀態”和“參數設置”三個菜單圖標，可以通過手指點擊圖標進入相應的界面。屏幕的最下面一行顯示收費站編號、車道號，并實時顯示機箱內的溫度和濕度。

點擊“設備接口”圖標進入，如圖7所示。點擊“電能狀態”圖標進入，如圖8所示。點擊“參數設置”圖標進入，如圖9、10所示。

3結論

基于物聯網的智能車道控制器是路網感知系統中的關鍵一環，把各設備信息進行有效整合并以可見的形式傳導至處理層，既可以把繁雜的數據處理變成簡單的指令，也可以節約有效的人力提供處理時效與效率，在萬物互聯的現代化技術支持下，基于物聯網的智能車道控制器在智慧高速的應用前景廣泛。