基于CAN總線(xiàn)的隧道環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的研究 2011-05-05 13:54:59來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

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由于隧道的相對(duì)封閉性和其中行車(chē)環(huán)境的復(fù)雜性，要保障其安全運(yùn)營(yíng)存在一定的復(fù)雜性。尤其對(duì)于高速公路中的長(zhǎng)隧道(長(zhǎng)度介于1 km和3 km之間）和超長(zhǎng)隧道（長(zhǎng)度高于3 km)，由于車(chē)速高、流量大以及通風(fēng)等問(wèn)題的存在，隧道中容易累積汽車(chē)尾氣中的CO、氮氧化物等有害氣體。另外，隧道中還可能因?yàn)檎彰鞴收?、能?jiàn)度低等問(wèn)題的產(chǎn)生導(dǎo)致交通事故的發(fā)生。為保證隧道的運(yùn)營(yíng)安全，避免造成安全事故和重大經(jīng)濟(jì)損失，應(yīng)對(duì)隧道配備完善的環(huán)境參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)。

本文介紹的隧道環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，利用區(qū)域控制部分的實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)對(duì)各監(jiān)控點(diǎn)的照明亮度、能見(jiàn)度、CO濃度、煙霧濃度等參數(shù)進(jìn)行采集、監(jiān)測(cè)，并根據(jù)這些參數(shù)控制相關(guān)的交通燈、應(yīng)急燈、LED交通指示牌、限速牌以及報(bào)警裝置。然后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)將各節(jié)點(diǎn)的參數(shù)和報(bào)警信號(hào)發(fā)送至本地監(jiān)控中心，由本地控制中心對(duì)各區(qū)域控制模塊進(jìn)行調(diào)度。本地控制中心還將這些參數(shù)通過(guò)以太網(wǎng)發(fā)送至遠(yuǎn)程監(jiān)控終端處，在終端上遠(yuǎn)程監(jiān)控隧道的環(huán)境參數(shù)。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)主要包括區(qū)域控制部分、本地控制中心和遠(yuǎn)程監(jiān)控終端。

安裝在隧道中的區(qū)域控制部分采用CAN總線(xiàn)分布式數(shù)據(jù)采集控制方式。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后，各環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)開(kāi)始采集環(huán)境參數(shù)，并在接收到發(fā)送數(shù)據(jù)命令后將數(shù)據(jù)傳送至CAN總線(xiàn)。在區(qū)域控制模塊接收處理數(shù)據(jù)后會(huì)控制報(bào)警器等相關(guān)設(shè)備。

由于CAN總線(xiàn)協(xié)議不對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行地址編碼，而是采用對(duì)通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼的方式，這使得CAN總線(xiàn)上的節(jié)點(diǎn)數(shù)量理論上幾乎不受限制[2]。然而實(shí)際上，由于存在電氣特性上的限制，CAN總線(xiàn)上節(jié)點(diǎn)數(shù)量不宜超過(guò)100個(gè)。因此各個(gè)區(qū)域控制模塊與本地控制中心使用另一條CAN總線(xiàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。區(qū)域控制模塊在采集到環(huán)境參數(shù)并做出控制動(dòng)作后會(huì)將參數(shù)打包通過(guò)CAN總線(xiàn)發(fā)送至本地控制中心的工控機(jī)。本地控制中心如收到某個(gè)區(qū)域控制部分的報(bào)警信號(hào)，會(huì)根據(jù)報(bào)警信號(hào)類(lèi)型對(duì)該區(qū)域控制部分前方的各區(qū)域控制部分做出控制，提前預(yù)警車(chē)輛隧道前方通行環(huán)境存在問(wèn)題。

遠(yuǎn)程控制終端通過(guò)客戶(hù)端的顯示程序顯示出由本地控制中心發(fā)送的隧道環(huán)境參數(shù)，并將參數(shù)保存在數(shù)據(jù)庫(kù)，以實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)硬件部分包括由區(qū)域控制模塊和各環(huán)境參數(shù)測(cè)量模塊組成的區(qū)域控制部分、本地控制中心的工控機(jī)以及監(jiān)控終端。其中關(guān)鍵部分為區(qū)域控制部分，本文將對(duì)這部分進(jìn)行重點(diǎn)介紹。

區(qū)域控制模塊選用意法半導(dǎo)體公司的STM32F105RCT6為控制核心，它是采用ARM Cortex-M3為內(nèi)核的32位高性能嵌入式微處理器。它集成了兩個(gè)CAN控制器,并為每個(gè)CAN控制器分配了256 B的SRAM，每個(gè)CAN控制器有三個(gè)發(fā)送郵箱和兩個(gè)接收FIFO[1]。模塊的其他外設(shè)包括用于CAN總線(xiàn)信號(hào)收發(fā)的CAN收發(fā)器，用于顯示當(dāng)前環(huán)境參數(shù)的點(diǎn)陣液晶，用于實(shí)現(xiàn)基本控制功能的按鍵等。區(qū)域控制模塊的硬件框圖如圖2所示。

區(qū)域控制模塊中CAN總線(xiàn)接口電路由STM32F105RCT6中內(nèi)置的CAN控制器和CAN收發(fā)器SN65HVD230D組成。STM32F105RCT6的PA11/CAN1_RX和PA12/CAN1_TX為CAN1控制器接口，將其與CAN收發(fā)器連接后接入與各測(cè)量模塊相連的CAN總線(xiàn)中；PB12/CAN2_RX和PB13/CAN2_TX為CAN2控制器接口，將其與CAN收發(fā)器連接后接入與其他區(qū)域控制部分及本地控制中心相連的CAN總線(xiàn)中。

[next]

能見(jiàn)度測(cè)量模塊由能見(jiàn)度檢測(cè)儀和控制模塊組成。能見(jiàn)度檢測(cè)儀能將檢測(cè)到的能見(jiàn)度值通過(guò)RS232發(fā)送至控制模塊。當(dāng)區(qū)域控制模塊向能見(jiàn)度測(cè)量模塊中的控制模塊請(qǐng)求數(shù)據(jù)時(shí)，控制模塊會(huì)使能見(jiàn)度檢測(cè)儀通過(guò)RS232向控制模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換成CAN數(shù)據(jù)包發(fā)送至CAN總線(xiàn)。其他測(cè)量模塊工作模式與能見(jiàn)度測(cè)量模塊相同。