一种基于物联网的智能车道控制器的设计和应用

吴传洁 熊斯鹏 黄敏

摘要：为了适应高速公路收费无人化需求，高速公路智能车道控制器能在线监测设备的运行状态，同时将状态实时上传至运维监测服务器，为高速公路智能运维平台提供了数据支撑。

关键词：物联网;车道控制器;插片式结构;硬件设计;软件设计

0引言

高速公路收费系统包含各种不同种类的设备，且数量繁杂，当设备出现故障维护人员往往无法快速找到故障点，容易导致故障排除不及时。该物联网智能车道控制器主要功能包括10驱动控制和设备状态运维监测，在线监测各用电设备的电能参数（包括电流、电压、功率和累计用电量）及设备串口通信数据，并进行数据协议分析，判断设备的运行状态，并且将设备的电能参数、运行状态和I/O驱动控制的开关量状态通过无线4G或网口方式上传至运维监测服务器。另外，该车道控制器还具有远程控制每个电能端口继电器的通断功能，当设备发生故障时，可以通过服务器远程重启的方式恢复设备的正常运行。

1系统设计

物联网智能车道控制器采用嵌入式架构，单片机控制各个模块协同工作，单片机采用sT公司的sTM32系列的STM32F101单片机。物联网智能车道控制器在结构上采用插片式设计方案，可灵活配置，常规配制了交换机1（选配）、交换机2（选配）、I/O口、串口监测、DTU模块（选配）、网口上传、25针或37针（2选1）10控制接口、12 V直流输出1、12 V直流输出2、AC220 V输出、AC220 V输入等模块，根据需要可以变更配置，其中插片式設计就是实现配置变更的结构支撑。下面是物联网智能车道控制器典型应用场景示意图。

2产品设计设计

2.1结构设计

物联网智能车道控制器采用插卡式设计，可以根据需求灵活配置。

1为开机电源的船型开关，按下后开关亮灯，主机开机，液晶屏3显示主界面;2为圆形自锁开关，为后面板AC220V电能输出端的总开关，按下后开关亮灯;3为7寸触摸液晶屏，用于显示车道控制器的监测状态和参数设置。

本产品的接线全部从后面板引出，后面板如图3所示，接口包括：交换机1（选配）、交换机2（选配）、I/O口、串口监测、DTU模块（选配）、网口上传、25针或37针（2选1）10控制接口、12 V直流输出1、12 V直流输出2、AC220 V输出、AC220 V输入。

2.2硬件设计

物联网智能车道控制器硬件设计框图如图4所示：以控制器主控制器为核心，具有包括交换机1（选配）、交换机2（选配）、I/O口、串口监测、DTU模块（选配）、网口上传、25针或37针（2选1）10控制接口、12 v直流输出12 v直流输出AC220 v输出、AC220v输入等模块。

2.3软件设计

物联网智能车道控制器软件设计框图如图5所示：车道控制器上电后，接入网络之后按时间指令收集设备从网口上传的参数数据，通过对比预先在软件内设置的对应设备参数正常范围值，判断设备是否异常。当判断设备异常时设备通过软件报警，维护人员可通过业主网站页面进行远程操作以排除故障。

2.4界面设计

开机后显示主界面.如图6所示。

主界面中有“设备接口”、“电能状态”和“参数设置”三个菜单图标，可以通过手指点击图标进入相应的界面。屏幕的最下面一行显示收费站编号、车道号，并实时显示机箱内的温度和湿度。

点击“设备接口”图标进入，如图7所示。点击“电能状态”图标进入，如图8所示。点击“参数设置”图标进入，如图9、10所示。

3结论

基于物联网的智能车道控制器是路网感知系统中的关键一环，把各设备信息进行有效整合并以可见的形式传导至处理层，既可以把繁杂的数据处理变成简单的指令，也可以节约有效的人力提供处理时效与效率，在万物互联的现代化技术支持下，基于物联网的智能车道控制器在智慧高速的应用前景广泛。