车检系统在隧道检测交通信息中的应用

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车检系统在隧道检测交通信息中的应用
龚志荣
（ 上海电气自动化设计研究所有限公司 上海 200023 ） 【 摘 要 】： 本文介绍在隧道检测车辆交通信息参数的应用 ， 系统的模块组成 、 通信网络结构 、 系统软件组成 、 软件设计思 想和特点 。 实际使用结果表明 ， 本文所描述的系统是可行有效的 ， 实际使用效果良好 ， 具有推广使用价值 ， 有广泛的社会效应 。 【 关键词 】： 嵌入式系统 、 检测器 、EVC 、Windows CE 、PLC 、 以太网 。
1 、 前言
近些年来 ， 中国的经济飞速发展 ， 各地区 、 城市的交通状况 越来越拥挤 ， 由于在地面发展交通道路空间已越来越有限 ， 于是 人 们 想 出 充 分 利 用 地 下 空 间 发 展 交 通 ， 地 下 交 通 作 为 安 全 、舒 适 、 快捷 、 准时 、 环保 ， 可以大大地改变交通状况 。 于是各地区 、 城 市主要交通要道 、 主要交通十字路口和河道两面 ， 在地下建设隧 道来提高交通运输能力 。 本系统隧道车辆检测系统 ， 是检测在隧 道中过往车辆的流量 、 车速和占有率 ， 为以后建设本地区隧道提 供车辆通行能力作为上级领导决策依据 ， 使具有更加科学性和 合理性 。 2 、 系统硬件构成 2.1 系统检测设备 系统检测设备是指车辆检测板 ， 它通过埋在车道上的线 圈 进行通信来检测过往车量信息 （ 车流量 、 车速 、 占有率 ）。 我们先 用 了 从 南 非 进 口 的 LD460 采 样 板 ， 该 板 具 有 四 个 通 道 ， 能 够 检 测二个车道 ， 并且有一个 485 通信口 。 检测灵敏度 、 板地址等都 可以通过硬件开关进行设置 。 2.2 采样和运算设备 本 设 备 主 要 是 对 检 测 板 进 行 参 数 设 置 、采 样 设 置 ，对 检 测 板上传来的数据进行运算 ， 小容量数据的存储作为历史数据和 同 上 位 机 通 信 。 本 设 备 我 们 选 用 了 台 湾 产 的 嵌 入 式 设 备 UNO1019 ， 该 设 备 指 标 是 ，CPU 是 Intel XScale PXA-255, 速 率 是 200MHZ ， 具 有 64MB SDRAM 和 16MB Flash,2 个 RS-232 和 2 个 RS/232/422/485 的通信口 ， 具有 Windows 操作平台 。 2.3 通信设备 通信设备主要是对嵌入式设备 UNO1019 的 数 据 信 息 通 过 RS485 串行接口传送到 PLC 的控制器中 ， 再经过工业以太网网 络传送 至 隧 道 监 控 中 心 。 本 设 备 我 们 选 用 了 日 本 产 的 OMRON PLC 的 RS485 串行通信模块和以太网通信模块 ， 串行模块具有 1 个 RS232 和 1 个 RS422A 、485 口 ， 支持 Modbus ASCII 和 Modbus RTU 协议 ， 通信方式具有半双工和全双工功能 ， 通 信 速 率 可 调 ， 最大速率达到 38500bps; 以太网通信模块具有 1 个 标 准 的 RJ45 口 ， 通信速率 10/100Mbps 自适应 。 2.4 检测系统硬件配置 根 据 硬 件 系 统 介 绍 ，我 们 可 以 算 出 如 下 结 果 ：一 块 检 测 器 板可以检测二车道 ； 一个嵌入式设备可以接三块检测器板 ， 另一 个 COM 口同 PLC 通信模块进行通信 。 3 、 通信网络结构 隧道监控系统可划分为三个层次 ： 第 一 层 为 信 息 层 ， 采 用 基 于 WINDOWS 平 台 的 C/S （Client/ Server ） 体 系 结 构 的 千 兆 局 域 网 络 ， 实 现 各 单 体 隧 道 的 中 央 级 监 控功能 。 该层采用由工业级交换机组成的千兆光纤以太环网 ； 第 二 层 为 控 制 层 ，采 用 基 于 光 纤 的 工 控 以 太 环 网 ，实 现 单 体隧道的分区域监控 ， 现场百兆光纤以太环网交换机组成的多 个现场数据传输网络 ， 与信息层互通 ， 将现场区域控制器与中央 计算机系统连接起来 ； 第三层为设备层 ， 采用现场总线网络 ， 用于连接远端模块 、 信 息 采 集 设 备 、智 能 仪 表 、智 能 断 路 器 等 现 场 设 备 ，实 现 现 场 设
t=endtime FLOWsum=∑[Flow1,Flow2, …… Flow(N-1),FlowN] t=begintime 其中 ： ∑- 求和函数 ；t- 时间 ；begintime- 某一段时间段的起 始 时 间 ；endtime- 某 一 段 时 间 段 的 结 束 时 间 ；Flow1- 该 车 道 上 起 始 时 间 段 第 一 次 采 样 某 一 线 圈 的 车 流 量 ；Flow2- 该 车 道 上 起 始 时间段第二次采样的某一线圈的车流量 ；Flow(N-1)- 该车道上结 束 时 间 段 前 第 二 次 采 样 的 某 一 线 圈 车 流 量 ；FlowN- 该 车 道 上 结
2009 年第 11 期
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第一次采样某一线圈的车速 ；Speed2- 该车道上起始时间段第二 次采样某一线 圈 的 车 速 ；Speed(N-1)- 该 车 道 上 结 束 时 间 段 前 第 二次采样某一线圈的车速 ；SpeedN- 该车道上结束时间段前最后 一次采样某一线圈的车速 。 · 占有率： 计算某一车道某一段时间占有率的平均值为 OCCUPANCYavg ： OCCUPANCYavg =AVG [Occupancy1,Occupancy2, …… ,Oc第 0 字节 ： 接收的开始符 STX(02H) ； 第 1 字节 ： 接收实时数 据 采 样 时 间 设 置 标 志 04H ； 第 2 字 节 ： 采 样 时 间 （ 秒 ）， 采 样 时 间 （ 秒 ） 设置值范围 ：0FH--FFH 第 3 字节 ---- 第 20 字节备用 ， 用 00H 补全 ； 第 21 字节 ： 接收本 字符串结束符 ETX(03H) 。 · 上 传 历 史 数 据 ： 指 上 位 机 要 求 嵌 入 式 设 备 UNO1019 上 传 某 一 天 的 历 史 数 据 ， 由 于 UNO1019 设 备 存 储 设 备 有 限 ， 我 们 设置保存了一个星期的历史数据 。 事例如下 ：
cupancy(N-1),OccupancyN] 其 中 ：AVG- 平 均 运 算 函 数 ；Occupancy1- 该 车 道 上 起 始 时 间段第一次采样某一线圈的占有率 ；Occupancy2- 该车道上起始 时间 段 第 二 次 采 样 某 一 线 圈 的 占 有 率 ；Occupancy(N-1)- 该 车 道 上结束时间段前第二次采样某一线圈的占有率 ；OccupancyN- 该
图二 ： 软件设计框图 参数设置软件设计 ： 包括二个线圈距离设置 、 校时设置 、 (1) 采样时间设置 ， 上传历史数据设置等 。 · 采 样 时 间 设 置 ： 指 上 位 机 要 求 嵌 入 设 备 UNO1019 每 间 隔多长时间要上 传 一 次 交 通 信 息 数 据 ，UNO1019 要 接 收 上 位 机 的信息 ， 我们设置以固定长度方式进行接收 。 事例如下 ：
备的数据采集、 现场设 备的运行监视与控制 。 本系统对每个采样 区 域 设 一 套 PLC 通 信 控 制器， 用环形工业以太 网相互连接， 并在此基 础上采用千兆光纤以太 环网路接入隧道监控中 心。 通信网络结构图如 图一 。 4 、 软件设计 系统软件设计是用 软 件 对 检 测 器 板 LD460 的参数设置和嵌入式设 备 UNO1019 的 软 件 开 发 ， 根 据 检 测 器 板 LD460 和 UNO1019 技 图一 ： 网络结构图 术性能要求 ， 我们遵循如下几个原则 ： 4.1 系统软件 (1) 操作系统选用 WinCE v5.0 。 (2) 检测器版 LD460 和嵌入 式设备 UNO1019 通信协议采用 Modbus 协议 。 4.2 应用软件 应用软件我们选用 EVC 版本 4.0(SP4) 作开发界面 。 4.3 应用软件开发 根据系统需求 ， 整个应用软件从总体结构分为三个部 分 ， 主要软件设计框图 （ 以检测六车道为例 ） 如图二
车道上结束时间段前最后一次采样某一线圈的占有率 。 (3) 通信软件设计 通信软件设计有二部分 ， 嵌入式 设 备 UNO1019 对 检 测 器 板的通信； 另一个是对上位机的通信。 通信格式： 传输标准： RS232/RS485 、 通 信 方 式 ： 半 双 工 方 式 、 数 据 长 度 ：7 位 、 寄 偶 校 验 ： 无 、 停止位 ：1 位 、 波特率 ：9600 、 校验 ： 无 。 · 嵌入式设备 UNO1019 同检测器板通信 它们二者之间的通信 ， 主要是嵌入式设备采样检测器 板 的 车流量 、 车速和占有率 。 是用 MODBUS 协议中的 RTU 模式进行 通信 。 由于是采用一问一答方式进行通信 ， 在整个程序设计中我 们考虑这几个因素 ， 当下次同检测器通信时要考虑第一次车测 器板是否已回复 ， 还要考虑整个程序运行周期 ， 在二次采样中考 虑了合理的时间间隔或设置收到标志以后再进行下一次通信 。 · 嵌入式设备 UNO1019 同上位机通信 它们二者之间的通信 ， 主要是嵌入式设备往上位机传 送 车 辆信息数据 ， 包括实时数据和历史数据 。 向上位机传送数据是按 上位机设置的采样时间来定时进行传送 ， 当上位机要求传送历 史数据时 ， 每 1 秒钟传送一个记录 ， 当达到要求送一个实时数据 时 ， 同历史数据并成一个记录一起发送 。 5 、 结束语 到 现 在 为 止 ，本 系 统 已 在 多 条 隧 道 中 得 到 应 用 ，测 量 的 结 果都达到行业标准 ， 系统运行稳定 、 可靠 、 安 全 , 实 际 使 用 证 明 本 系统软硬件设计是科学合理的 。 本产品具有较大的推广使用价 值。 参考文献 ： 1. 欧姆龙系列 PLC 原理及应用 王辉 张亚妮 徐 江 伟 编 著 北 京 : 人 民 邮 电出版社 2009.4 2.EVC 高级编程及其应用开发 （Embedded VisualC++ 嵌入式编程 ） 汪兵 李存斌 陈鹏 编著 北京 : 中国水利水电出版社 2005.3 3.Visual C++ 串口通信工程开发实例导航 谭思亮 邹超群等 编 著 北 京 : 人民邮电出版社 2003.1 4.Programming Visual C++6.0 技 术 内 幕 （ 第 五 版 ） ( 修 订 版 ) 美 David J. Kruglinski,Scot Wingo,George Shepherd 著 希望图书创作室译 北京 : 北京 希望电子出版社 1999.5