基于物聯網——地磅智能車輛超限控制系統的設計要求

國內外對于地磅車輛超限系統的設計均采用聯網式，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主要就是為了加強交通安全的管理而設計的，是在現有交通超限管理系統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網的智能車輛超限控制系統，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，利用現有的交通管理系統實現系統的同步顯示和控制，最終形成一個功能完善的智能車輛超限控制系統，以遏制交通事故頻發和提高安全駕駛。

一、系統總體設計方案

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境與狀態信息進行實時采集，如出現超載、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主要實現通過可控的方式來處理車輛的違規行為，同時可對車上情況進行實時監控，能夠達到有效的減少交通事故發生的目的，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境與狀態信息進行實時采集，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完成數據的上傳；協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并匯聚給協調器。

2 傳感器

傳感器主要是實現對所監控環境進行實時監控。

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人員的酒后監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，這為整個系統的設計和協調帶來很大方便；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）蒸發器出口溫度傳感器（檢測蒸發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、車況在不良的環境下運行造成生命和財產的危害。若出現超載、超速、酒駕、或者車況出現不良情況則根據系統設計，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網絡來實現信息的儲存、傳輸。

本設計系統中涉及到的網絡軟件部分分為操作系統和應用系統。該系統中的設備接口驅動用于與硬件模塊進行通信，而通信協議和路由算法則是用于無線網絡的通信。用為本設計系統所編寫的程序實現數據匯集、備份和處理等功能。操作系統的設計包括對linux內核的定制、編譯和下載程序，添加通信協議、添加各種服務、構建根文件系統以及移植嵌入式 linux操作系統等。應用系統在設計時采用 QT開發，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

智能車輛超限系統需要實時對車輛狀況進行監測，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網絡實現遠程監測和控制，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點與固定在其周圍的路由器節點和協調器節點組成簇樹型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協議訪問無線網關。本設計可以大大降低交通事故的發生率，對于交通事故的發生有預防作用.