基于北斗系统的多功能除雪车

摘要：以北斗定位技术为基础，将单片机核心控制板块、传感器板块、北斗板块和终端显示板块集成加载到匹配的除雪工程车上。在救灾工作中，传感器板块采集的现场数据由单片机进行处理，与北斗位置信息打包，无线网络传输到上位机进行处理时通过GPRS进行处理，可实现精确定位灾害位置、实时检测周边灾害、监测机械工作状态、监测工作环境、极端环境实时双向通信等功能，既保证了救灾人员的人身安全，又利于救灾处理中心对一线灾情的预警、指挥和调度。

关键词：北斗定位 灾情实时监测 极端通信 预警 调度

一、背景及意义

将BDS技术应用于多功能除雪车。它以地理信息系统（GIS）为核心，遥感技术和全球定位技术为GIS提供了快速高效的数据源，形成了GIS数据操作和综合分析的数据库，为空间数据处理和除雪救灾方案的制订提供了重要前提。利用提供的空间定位和分析能力，挖掘各类数据的内在联系，使雪灾地区资源信息采集、动态监测、分析、管理与决策为一体，直观、形象、动态地显示灾情的空间分布状况以及变化趋势等。将灾情快速数据化，为灾情处理部门提供有效资料，助力快速决策。科学安全的指挥除雪车进行作业，降低作业风险，保障人身财产安全，高效快速的处理灾情，保障交通安全。

二、除雪车的设计

1.刀辊轴设计

以刀辊轴工作时高速转动，使刀辊轴工作，该除雪机采用两个刀辊轴交错分布，在保证工作幅宽的情况下，尽可能将路面冰雪全部清效率，节省人力成本和时间损耗。

2.推雪板设计

除雪机具在清除道路积雪时，是在动力驱动下通过将积雪打击震碎，来达到清雪目的。但是，如果不及时将振碎的积雪清除出路面，就除雪而言是毫无意义的。所以，本产品设置推雪板来解决该问题。推雪板分为简易型和液压型。简易型中包括以下几种零件：弹性避震器、连接车骨架、推雪铲、车架斜度调节器、角度锁定装置、液压型包括连接车骨架、推雪铲、倾斜度调节液压缸、弹性避震器。

3.路面清扫装置设计

经过破冰刀的除雪和推雪板推雪后，会在路面上残留一些雪末，这些雪末若是不经过清扫，会随着车辆的通过而压实，在路面形成一层薄冰，虽然较未经过清理的冰雪路面状况有一定的提高，但是也会降低路面与车轮之间的摩擦，造成安全隐患。因此在除雪机的尾部设有清扫盘，其动力来源于拖拉机动力输出轴，经过万向节变速箱传递到清扫盘。初步进行破冰破障工作后，扫雪工作部分可以将剩余的的雪和碎冰清理到道路一侧，同时清扫刷可清理地面，保证清扫效率。

清扫盘圆周直径为85mm，固定在推雪板后部，共有4个组成，与地面的高度可以由压缩弹簧调节，同时压缩弹簧还可以保护清扫盘遇到障碍物不被损坏。因为清扫盘的清扫苗大量与地面接触，是易损坏部件，材料要求为耐磨，因此选用碳素弹簧钢丝，其含碳量小于1.35%（0.1%-1.2%），除铁、碳和限量以内的硅、锰、磷、硫等杂质外，不含其他合金元素的钢。根据经验，清扫盘转速在100r/min适宜，这样既可以保证道路清扫干净，又不至于消耗过多的机械功率。

三、北斗系统控制模块设计

基于北斗系统的多功能除雪车的运行以方便、简单、高效、安全为总体建设目标。多业务应用平台的总体设计和统一运行，体现快速响应的特点，帮助工作人员的事务处理与综合管控，方便运输管理人员及时了解统计各类信息和决策方案。

本设计将从北斗导航结构、防止病毒入侵、数据排除冗余技术、技术保障等方面进行建设;采用成熟的技术、商品化的软硬件产品，保证之后的产品维修及更换，维持系统的稳定性能。同时考虑后续的可持续化发展，北斗车载终端系统在结构、容量、通信和处理能力等方面具有可扩充性和升级能力。

根据预设规划功能，主控板与串口接口交换GPRS数据和GPS数据，将GPRS与GPS设置独立的CPU串口接口。用户设置资料设置存储器及FLASH连接保存，主控板的电源设置保护电路，耐压可达100V左右以保护主控板的运行安全。开关电源电路安装于主控板上对GPRS板块和GPS板块进行供电。GPRS板块和GPS板块的电源由逻辑开关进行控制。设置备用电源，断电时供电备用。后备电池电路具有自充电功能。可检测多路开关信号，并可进行油路控制。可检测主电源断电和主电源欠压。

硬件系统组成：主机部分、通信部分、定位板块部分、显示部分、传感器接口五部分组成：

2、通讯部分

EM310无线通讯板块负责移动车辆和监控中心的双向通信，车辆的状态信息即通过无线通讯板块发送到监控中心，因此，信息传输是否及时、可靠 是卫星车载终端监控系统性能的一个重要環节。采用GPRS短信息通讯方式，北斗车载的定位数据经过格式转换利用GPRS通信板块的短信息信道传到监控中心，监控中心亦通过GPRS短信息信道向车辆发送指挥调度信令。EM310无线通讯板块：EM310板块控制使用AT指令;RS232串行接口可进行数据以及短消息（SMS）传输，宽电压，设计中主要使用其短消息发送接收功能。

3、定位部分

GPS/北斗双定位模块的主要功能是实时接收BD2和GPS导航卫星信号，提取原始观测和解调数据，通过卫星信息分析和数据处理，完成应用系统所需的全部功能。它主要由射频前端、基带信号处理和应用处理三个功能单元组成。

4、显示部分

屏幕及主机链接部分：用于通话;短信通信和终端设置;

功能：一、收发讯息。二、讯息阅读。三、拨号联系。四、导航显示。五、USB链接 。六、显示状态量：驾驶员编号、周围环境情况、车辆的经纬度、行驶速度、实时时间等。

5、电源电路

车载蓄电池：供电电压9～24V，对各部分的电压：CPU电压3.3V;GPS板块5.0V，GPRS通信模块3.8V 。

如图CPU供电电路：

三、产品创新点：

解决高动态北斗接收机解决车载导航的信号不稳定，防止工作过程中的位置偏差。形成大数据网络系统实现信息共享。采取了许多抗干扰措施，实现数据精准化，标准化，保障任务数据的准确性。实现极端环境下的精准导航，极端通信，保障信息安全。提高处理雪灾能力、效率，保障人身财产安全，排除可能出现的意外情况。未来发展，将根据北斗系统的不断完善进行更新。将应用范围扩大化，加入更多的灾害处理中，日常工作中。

作者简介：罗桔芳（1983-11-7），女，汉族，湖南衡阳人，硕士学历，湖南高速铁路职业技术学院，讲师，研究方向：思想政治教育。