【正文】 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘 要隨著我國(guó)高速公路的迅速發(fā)展，及時(shí)、有效的對(duì)高速公路的環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)是很有必要的，它不但可以減少交通事故的發(fā)生，從而給人們的出行安全帶來(lái)很大方便。而且同時(shí)也能有效的為高速公路維護(hù)工作提供便利。高速公路環(huán)境參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是通過對(duì)氣溫、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、路面結(jié)冰狀況等氣象要素的采集為工作的基礎(chǔ)。本設(shè)計(jì)討論了GPRS的無(wú)線通訊的高速公路環(huán)境參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)了氣象采集的自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)化。分析各氣象要素傳感器的接口、參數(shù)、性能、可靠性等關(guān)鍵問題，確定了HMP45D型號(hào)的濕度傳感器、PT100溫度傳感器、IRS21智能路面狀況傳感器、HWN1 型能見度儀、ZQZ—TF 風(fēng)向風(fēng)速傳感器、確定了H7000無(wú)線DDN系統(tǒng)為用戶提供高速、永遠(yuǎn)在線、透明數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶摂M專用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于高速公路環(huán)境參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)因?yàn)槠浔旧淼牡赜虻木窒扌?，所以通訊方式最好采用無(wú)線通訊的方式。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，GPRS數(shù)據(jù)服務(wù)除了高速、永遠(yuǎn)在線的特點(diǎn)外，還具備通訊費(fèi)用低廉的優(yōu)勢(shì)。因此得到了廣泛的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：GPRS無(wú)線通訊；自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；傳感器AbstractWith the rapid development of highway, timely and effective environmental parameters on the highway monitoring is necessary, it can not only reduce traffic accidents, giving people travel security bring great convenience. But also can effectively facilitate the work for the highway maintenance.Automatic monitoring of environmental parameters highway system design is through the air temperature, humidity, wind direction, wind speed, icy conditions and other meteorological elements collected for the basis of the work. This design discussed GPRS wireless munication highway environmental parameters automatic monitoring system design and realization of meteorological acquisition automation and networking. Analysis of the meteorological sensor interfaces, parameters, performance, reliability, and other key issues, identified HMP45D type humidity sensor, PT100 temperature sensor, IRS21 intelligent road condition sensors, HWN1 type visibility meter, ZQZTF wind direction and speed sensor, identified H7000 wireless DDN system provides users with highspeed, always online, transparent data transmission virtual private data munications network design.Because the highway environmental parameters automatic monitoring system because of its own geographical limitations, so the best use of the wireless munication means of munication. With the development of puter network technology, GPRS data services in addition to highspeed, alwayson features, but also have the advantage of lowcost munications. So it has been widely used.Keywords: GPRS wireless munication。 automatic monitoring system。 sensor目 錄第1章 緒 論 1 研究背景 1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展 2 本設(shè)計(jì)的解決的問題 3第2章 方案論證 5 5 7第3章 硬件電路設(shè)計(jì) 10 10 A/D轉(zhuǎn)換器 11 13 1濕度傳感器 14 17 19 20 23 23 24 25第4章 軟件設(shè)計(jì) 26 26 26第5章 通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的功能及實(shí)現(xiàn) 30 GPRS模塊的設(shè)置 30 數(shù)據(jù)中心的實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)介 30第6章 總結(jié) 32參考文獻(xiàn) 33致 謝 34附錄 I 35附錄II 36附錄III 53IV第1章 緒 論 研究背景近年來(lái)，我國(guó)高速公路建設(shè)的發(fā)展非常迅速，自1988年建成我國(guó)第一條高速公路以來(lái)，到2010年底。根據(jù)國(guó)家高速公路網(wǎng)規(guī)劃，我國(guó)正在全力以赴地加快國(guó)家高速公路網(wǎng)主骨架建設(shè)，到2020 年，基本建成國(guó)家高速公路網(wǎng)，屆時(shí)，中國(guó)高速公路通車總里程將達(dá)10 萬(wàn)km。新路網(wǎng)由7 條首都放射線、9 條南北縱向線和18 條東西橫向線組成, 簡(jiǎn)稱為7918網(wǎng)。隨著交通運(yùn)輸業(yè)的飛速發(fā)展，天氣條件對(duì)交通運(yùn)輸?shù)挠绊懸苍絹?lái)越廣泛， 惡劣的天氣條件給交通運(yùn)輸帶來(lái)巨大的損失，甚至威脅人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在冰雪路面、積水路面與正常干燥路面3 種情況下， ︰︰1，在寒冷地區(qū)這種現(xiàn)象甚至更為嚴(yán)重。所以，及時(shí)準(zhǔn)確的天氣信息成為交通管制部門決策支持的關(guān)鍵組成部分。高速公路交通氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由分布在高速公路沿線的若干個(gè)高速公路自動(dòng)氣象站聯(lián)網(wǎng)組成，通過對(duì)天氣變化、路面狀況、空氣環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)， 并實(shí)時(shí)向外界發(fā)布天氣、交通的變化信息，從而使交通管制部門及時(shí)作出相應(yīng)決策， 提高交通道路的安全指數(shù)，充分發(fā)揮交通道路效能。隨著我國(guó)公路建設(shè)的快速發(fā)展，公路建設(shè)的監(jiān)測(cè)和維護(hù)工作也顯得越來(lái)越重要。公路路面在實(shí)際使用的過程中，溫度、水分以及載荷等因素均會(huì)對(duì)整個(gè)路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響，并極大的增大了交通事故的發(fā)生幾率，帶來(lái)了極大的財(cái)產(chǎn)和生命損失。根據(jù)對(duì)四川、云南、貴州、廣西、甘肅、新疆、西藏、浙江、河南、遼寧等幾個(gè)省的事故資料統(tǒng)計(jì)研究發(fā)現(xiàn)，約有44% 的道路交通事故與氣象條件有直接或間接的關(guān)系。數(shù)據(jù)顯示，在美國(guó)每年680萬(wàn)起交通事故中，20% 發(fā)生在像雨、雪或冰雪這樣的惡劣氣象條件下問。目前我國(guó)道路交通事故數(shù)、交通事故傷亡人數(shù)及經(jīng)濟(jì)損失居高不下，交通安全形勢(shì)惡劣。雨、雪、霧天能見度低，路面積水、結(jié)冰等都會(huì)使路面光滑、行車發(fā)漂，是形成事故的重要原因之一。低收入和中等收入國(guó)家每年有100多萬(wàn)人因公路交通事故喪生。先進(jìn)的儀器設(shè)備來(lái)建立健全交通安全環(huán)境，完善的道路情報(bào)收集與管理，可以為相關(guān)管理部門的決策提供依據(jù)，也可以對(duì)道路使用者進(jìn)行提示、警告、限制，大大減少交通事故的發(fā)生。目前中國(guó)高速公路建設(shè)快速發(fā)展，中國(guó)2008年新修通高速公路6433公里，繼續(xù)居世界第二位。根據(jù)交通部的規(guī)劃，到2020年，我國(guó)將建成國(guó)家骨架公路網(wǎng)，全國(guó)高速公路總里程預(yù)計(jì)將達(dá)到７萬(wàn)公里。路面?zhèn)鞲衅魇袌?chǎng)前景廣闊。目前我國(guó)路面?zhèn)鞲衅魇袌?chǎng)主要被國(guó)外的企業(yè)壟斷，昂貴的價(jià)格限制了其應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)路面?zhèn)鞲衅鲊?guó)產(chǎn)化，有著深刻的現(xiàn)實(shí)需求和經(jīng)濟(jì)前景高速公路的氣象環(huán)境狀況，特別是惡劣天氣條件，直接影響高速公路的運(yùn)營(yíng)管理和行車安全。由于雨、雪、霧、積雪、結(jié)冰等天氣環(huán)境條件對(duì)高速公路的運(yùn)營(yíng)有直接的影響，所以交通部門對(duì)高速公路交通氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的需求主要從以下幾個(gè)因素上加以考慮。(1) 安全因素：在大霧等低能見度的氣候條件下，高速公路很容易引發(fā)多車相撞的惡性交通事故，這類交通事故往往造成相當(dāng)驚人的損失，如北京、上海、陜西、江蘇、廣東等地相繼開始對(duì)城市道路或高速公路的頭號(hào)殺手霧進(jìn)行監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)研究，并取得許多有價(jià)值的科研成果。(2) 經(jīng)濟(jì)效益因素：交通事故不但造成了重大的人員傷亡，還帶來(lái)其它重大的經(jīng)濟(jì)損失。在大霧、下雪、結(jié)冰等天氣情況下，往往采取關(guān)閉高速公路的辦法來(lái)有效地杜絕交通事故，但關(guān)閉高建公路帶來(lái)的直接經(jīng)濟(jì)效益損失不容輕視，因此不能準(zhǔn)確判斷各類型天氣條件下高速公路的行車等級(jí)，也會(huì)帶來(lái)不必要的經(jīng)濟(jì)損失。(3) 社會(huì)影響因素：由于公路交通重大事故比例高，人員傷亡大，人們對(duì)公路產(chǎn)生了潛在的死亡恐懼。據(jù)調(diào)查, 在鐵路交通方便的情況下，出行者更愿意選擇鐵路交通。(4) 交通問題因素：封閉公路給周邊城鎮(zhèn)的交通帶來(lái)了極大的壓力，特別是交通容量小的小城鎮(zhèn)，造成嚴(yán)重的大面積的交通阻塞和交通癱瘓。 國(guó)內(nèi)外發(fā)展瑞典、英國(guó)、芬蘭等國(guó)家是世界上最早進(jìn)行高速公路交通氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究的國(guó)家, 許多開創(chuàng)性的應(yīng)用工作也是從這些國(guó)家逐漸推向世界各地的。近年隨著各種遙測(cè)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)以及GPRS 等技術(shù)的應(yīng)用，國(guó)外高速公路交通氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠向道路養(yǎng)護(hù)、交通運(yùn)營(yíng)管理以及公眾出行提出更加豐富、及時(shí)、有效和全面的信息，降低道路的養(yǎng)護(hù)運(yùn)營(yíng)成本，提高道路的運(yùn)營(yíng)服務(wù)與安全水平。而我國(guó)高速公路交通氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究與應(yīng)用工作起步較晚，交通氣象信息也主要來(lái)源于公路沿線的氣象站、霧天能見度檢測(cè)儀等檢測(cè)設(shè)施，公路部門與氣象行業(yè)業(yè)務(wù)合作不夠緊密，所以總體上缺乏系統(tǒng)研究，提供專業(yè)服務(wù)的能力還很有限。但近年來(lái), 隨著我國(guó)高速公路的快速發(fā)展，高速公路交通氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究和應(yīng)用已經(jīng)開始受到相關(guān)部門和研究機(jī)構(gòu)的重視。如安徽省2009 年底已開始建設(shè)覆蓋全省高速公路的惡劣氣象條件監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、山東省已開始建設(shè)高速公路氣象觀測(cè)系統(tǒng)、山西省也將高速公路氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)納入地方“十二五”建設(shè)規(guī)劃，此外河北省交通與氣象部門攜手加強(qiáng)高速公路氣象監(jiān)測(cè)及預(yù)警服務(wù)能力建設(shè)等，所有這些都表明了交通部門對(duì)高速公路交通氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的關(guān)注, 但我國(guó)目前該系統(tǒng)的主體框架基本以傳統(tǒng)氣象要素的監(jiān)測(cè)為主，能見度儀和路面狀態(tài)傳感器大多數(shù)仍依賴于國(guó)外進(jìn)口設(shè)備，可見，我國(guó)交通氣象監(jiān)測(cè)與服務(wù)工作還需進(jìn)一步加強(qiáng)。由于我國(guó)對(duì)這方面的設(shè)計(jì)的不足，所以對(duì)高速高速公路自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究是很有必要的。國(guó)外進(jìn)行氣象信息采集比較有名的有意大利、法國(guó)、日本等一些公司在從事自動(dòng)氣象站方面的研究。氣象設(shè)備的主要生產(chǎn)廠家有芬蘭的Vasiala、意大利的DPS一Pormatic、法國(guó)的exMEL、英國(guó)的CamPbellseientifie和CasellaCel等。他們的大部分產(chǎn)品也是采用衛(wèi)星和GSM的通信模式，隨著移動(dòng)通信技術(shù)的進(jìn)步，國(guó)外的意大利的一家公司2003年首先推出了基于GPRS通信的相關(guān)產(chǎn)品。但是國(guó)外進(jìn)口的自動(dòng)氣象站觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)備價(jià)格昂貴,很難在國(guó)內(nèi)大范圍普及。國(guó)內(nèi)氣象觀測(cè)技術(shù)領(lǐng)域也有許多相關(guān)研究，并取得了一定的進(jìn)展。國(guó)內(nèi)比較著名的自動(dòng)氣象站有北京華創(chuàng)科技公司的CAWS600系列自動(dòng)站，江蘇無(wú)錫無(wú)線電科學(xué)研究所的ZQZ一Cn型自動(dòng)氣象站。另外還有長(zhǎng)春氣象研究所的同類產(chǎn)品。他們的產(chǎn)品主要是數(shù)據(jù)傳輸大多局限于傳統(tǒng)的通訊方式(有線MODEM、GSM等通訊方式)。本設(shè)計(jì)進(jìn)行基于GPRS的多要素自動(dòng)氣象站產(chǎn)品開發(fā)的同時(shí)無(wú)錫無(wú)線電科學(xué)研究所也在進(jìn)行相關(guān)產(chǎn)品的研究和實(shí)驗(yàn)。 本設(shè)計(jì)的解決的問題高速公路自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)關(guān)于環(huán)境參數(shù)的采集需要安裝在現(xiàn)場(chǎng)，通過各種傳感器對(duì)氣象參數(shù)進(jìn)行采集。同時(shí)，分析、存儲(chǔ)采集的氣象數(shù)據(jù)。利用GPRS模塊作為數(shù)據(jù)通訊通道。GPRS通信網(wǎng)絡(luò)是氣象數(shù)據(jù)中心與現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)氣象站之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉蛄?，各自的GPRS數(shù)據(jù)終端將數(shù)據(jù)打成PI包，經(jīng)GPRS接入無(wú)線GPRS網(wǎng)絡(luò)，由移動(dòng)服務(wù)商轉(zhuǎn)接到hietmet，最終通過各種網(wǎng)關(guān)和路由到達(dá)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理中心工作站。使現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)氣象站的氣象參數(shù)能夠及時(shí)傳送到氣象中心的計(jì)算機(jī)中。氣象數(shù)據(jù)中心是系統(tǒng)的監(jiān)控中心，從各觀測(cè)站發(fā)回的氣象資料經(jīng)整理后存入SQLesvrer數(shù)據(jù)庫(kù)，并通過網(wǎng)頁(yè)瀏覽方式提供給相關(guān)部門及其他用戶。它由三臺(tái)主機(jī)和上位機(jī)軟件組成。一方面氣象數(shù)據(jù)中心通過GPRS網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)氣象站進(jìn)行雙向通信收發(fā)數(shù)據(jù)，另一方面進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)管理和WEB網(wǎng)頁(yè)瀏覽服務(wù)。上位機(jī)軟件為用戶提供一個(gè)可視化界面，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各地的氣象參數(shù)。通過此軟件，可查詢歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，查看各地氣象息的歷史記錄和統(tǒng)計(jì)曲線，從而清楚地了解觀測(cè)點(diǎn)的綜合氣象信息。本文的主要工作是自動(dòng)氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的基于GPRS傳輸?shù)淖詣?dòng)氣象站的研制，提出并討論的主要問題如下：、接口和性能的分析。、氣壓測(cè)量模塊、各傳感器接口調(diào)理電路的分析與設(shè)計(jì)。，及和單片機(jī)的接口問題、溫度傳感器的非線性校正、可靠性分析與設(shè)計(jì)等若干關(guān)鍵技術(shù)問題。第2章 方案論證目前國(guó)內(nèi)也有很多基于無(wú)線傳輸?shù)母咚俟纷詣?dòng)氣象站，但或多或少都存在一些不足，總結(jié)起來(lái)主要有以下幾個(gè)方面：，這種方式缺乏靈活性，局限性比較大，而且對(duì)于多站點(diǎn)、多時(shí)次的信息需求來(lái)說，費(fèi)用比較昂貴。、移動(dòng)硬盤等介質(zhì)中，實(shí)時(shí)性無(wú)法實(shí)現(xiàn)。另外，長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)傳輸積累下來(lái)的數(shù)據(jù)量比較大，需要人員定時(shí)去取存于移動(dòng)介質(zhì)中的數(shù)據(jù)，需要大量的人力物力，對(duì)于沙漠等偏遠(yuǎn)地區(qū)來(lái)說，實(shí)現(xiàn)起來(lái)就更加困難。,采集到的數(shù)據(jù)可以存入計(jì)算機(jī)，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h(yuǎn)端服務(wù)器，這種方式僅適用于有地面網(wǎng)絡(luò)的地區(qū)，無(wú)法應(yīng)用于無(wú)人。無(wú)氣象站的地區(qū)。我國(guó)高速公路環(huán)境參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)研制工作