【導(dǎo)讀】計）的有效保證。為了使這項工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值；（設(shè)計）預(yù)期取得的成果。分析、研究、綜合，形成文獻綜述。必要時應(yīng)在調(diào)研、實驗或?qū)嵙?xí)的基礎(chǔ)上遞交相關(guān)的。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順，較全面。（設(shè)計）工作開始后的前四周內(nèi)完成；，原則上不允許更換論文題目或指導(dǎo)教師；，要求打印并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張上，隨著現(xiàn)代城市交通發(fā)展越來越快，交通事故特別是超高貨車卡橋、撞橋事故的。高交通標志,還有部分的司機心存僥幸心理,沒有限高意識。雖然交通管理部門已經(jīng)采用增設(shè)。成為重要的研究課題。統(tǒng)主要還是由可編程控制器控制。目前限高檢測系統(tǒng)一。車輛超出規(guī)定高度，并向其提供安全行車路線誘導(dǎo)車輛繞行。管控道路車輛通行，減小道路車輛的事故發(fā)生率，為車輛出行提供方便。第8周：對系統(tǒng)檢測裝置進行方案設(shè)計和校核；

　　

【正文】 23 確定外部載荷，升降桿主要受自身重力的載荷，并且作用在限高器橫梁上 40kg的重量，因此定義外部載荷 F= 40*10=400N的壓力 圖 定義外部載荷 應(yīng)力、應(yīng)變的分析結(jié)果 圖 桁架受載局部圖 計算結(jié)果顯示： 871MPa； ： ，發(fā)生在桁架的兩端；負向最大位移為： ，發(fā)生在桁架的正中間； 。 公路智能限高器設(shè)計 24 從上述的情況分析結(jié)果可知，在受到外部壓力時，桁架結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變都較小，基本不影響其安全性，因此桁架結(jié)構(gòu)的公路智能限高器系統(tǒng)整體上是安全可行的。 公路智能限高器設(shè)計 25 6. 智能升降系統(tǒng)的設(shè)計 智能升降系統(tǒng)的基本功能 智能限高器的控制模式以實時自動控制為主，人工控制為輔，其中人工控制包括：遙控控制、電動按鈕控制和 手搖機械控制。 (1)自動控制模式：即到達系統(tǒng)預(yù)設(shè)升降時間，直接接收后臺下達的升降指令并執(zhí)行，包括升降時間、升降速度等，當?shù)诌_至桿件限制高度時，自動停止，無需人工干涉。 (2)遙控控制模式：即現(xiàn)場執(zhí)勤人員，可根據(jù)實際交通需要或者特殊情況時，采用遙控器，發(fā)送指令給控制總成，控制桿件升降。 (3)開關(guān)電動控制模式：即在網(wǎng)絡(luò)中斷或者其他特殊情況下，啟用控制盒中的電動控制按鈕對桿件實行升降操作。 (4)手搖機械控制模式：即采用傳統(tǒng)的手搖式對限高桿件進行升降控制，在維修或者供電中斷 (無法啟動備用電源 )。 智能 升降系統(tǒng)的總體設(shè)計 基于公路智能限高器智能控制系統(tǒng)的設(shè)計要求，確定控制系統(tǒng)主要是由兩大部分構(gòu)成，車輛實時檢測傳感器和控制總成。其中，車輛檢測傳感器主要是用于檢測前方是否有車輛駛?cè)朐训篮婉側(cè)氲倪\動狀態(tài)基本信息，如速度、車型，便于控制總成及時調(diào)整相應(yīng)的控制策略?？刂瓶偝赡K是由一系列的具有串口通信的電路板、路由器、電源等電子元件構(gòu)成。 控制系統(tǒng)總體控制邏輯如圖所示： 公路智能限高器設(shè)計 26 圖 智能升降控制系統(tǒng)總體控制邏輯圖 車輛檢測傳感器的選配 傳統(tǒng)車輛檢測傳感器優(yōu)缺分析 車輛檢測技術(shù)在國內(nèi)已經(jīng) 是一成熟的技術(shù)，但是傳統(tǒng)用于路面的車輛檢測器在不同程度上存在著缺陷，或多或少都影響檢測的效果和精度。目前，在國內(nèi)使用較為普遍的有微波檢測傳感器、視頻檢測傳感器、紅外檢測傳感器、線圈檢測傳感器。 下表是四類常用檢測傳感器優(yōu)缺對比分析。 公路智能限高器設(shè)計 27 表 61 常用檢測傳感器優(yōu)缺對比分析表 從上表中，可清晰的得之目前市場上常用的傳感器普遍存在不同缺點，或是檢測精度低、亦或是實施難度大，較難應(yīng)用到本系統(tǒng)中。在此選擇一種新型的適用于路面車輛檢測的傳感器一地磁檢測傳感器。 地磁檢測傳感器 地磁 檢測傳感器是一個基于磁力感應(yīng)的低功耗無線電通訊裝置，安裝于車道中間。在典型的交通管理應(yīng)用中，傳感器被放置在車道中間，檢測車輛的存在和通過。每個傳感器內(nèi)嵌入了先進的磁電阻感應(yīng)裝置，以 128赫茲的采樣率測量地球磁場的 X、 Y和 Z軸向量，當車輛進入范圍時，所測量磁場中的 X、 Y或 Z軸將發(fā)生明顯變化。當沒有車輛時，傳感器不斷測量背景磁場作為參考標準。每個傳感器自動根據(jù)當?shù)氐沫h(huán)境自我校準，對于地球磁場的長期變化而言，可使這個參考值隨時間而改變。 圖 62 地磁檢測傳感器原理圖 技術(shù) 優(yōu)點 缺點 微波檢測傳感器 ，分布不均的路段，精度不高 視頻檢測傳感器 ，積水反射 紅外線檢測傳感器 ，云霧，雨雪的能力很弱，無法進入檢測 線圈檢測傳感器 ，易于掌握 公路智能限高器設(shè)計 28 地磁檢測傳感器的特點： (1)3軸磁強計 車輛檢測： 128 Hz采樣率、計數(shù)和存在檢測模式、自行車和摩托車檢測模式； (2)精度高； (3)可靠性高； (4)嵌入式路面安裝，無需電線或引入布線； (5)安裝快捷方便：用空心鉆，只需不到 10分鐘的時問即可安裝在小孔內(nèi) (10cm)直徑 。()深，覆蓋快干環(huán)氧樹脂，車道封閉時間短，無需鋸槽切割 (6)超長電池壽命平均 10年； (7)堅固的機械設(shè)計； (8)自動校準； (9)與主機通過可靠的雙向無線電通信，可尋址、可配置，固件可無線升級； (10)可隨時部署在其它系統(tǒng)無法使用的場所，如高低車道差、 高地下水位、損壞的路面。 圖 地磁傳感器安裝圖 車輛檢測傳感器的選擇 地磁檢測傳感器相比較傳統(tǒng)的車輛檢測傳感器具有以下特點： (1)安裝簡單方便：無線傳輸，無電源線，無數(shù)據(jù)線，用水鉆 (通用工具 )在路面上鉆一圓洞埋入即可； (2)產(chǎn)品小巧，對路面破壞力小； (3)自適應(yīng)：自適應(yīng)地球環(huán)境磁場； (4)檢測精度高：大于等于 95％： 公路智能限高器設(shè)計 29 (5)環(huán)境適應(yīng)性強：能夠全天候 (風、雨、雪、霧 )、全天時 (晝夜 )正常持續(xù)工作。 此外，地磁檢測傳感器獲得解析數(shù)據(jù)能夠滿足智能升降控制系統(tǒng)的要求，解析后的數(shù)據(jù)一般包含 的信息有：車輛個數(shù)，車輛速度，車輛長度，車輛間距等，這些數(shù)據(jù)能夠滿足智能升降控制系統(tǒng)自的數(shù)據(jù)要求。 因此，公路智能限高器的升降控制系統(tǒng)選擇地磁檢測傳感器，用于車輛實時檢測。目前國內(nèi)使用的地磁檢測傳感器主要是無錫物聯(lián)網(wǎng)研究所研發(fā)的，此外還有一款地磁檢測傳感器是美國 SENSYS公司研發(fā)的 sensor傳感器。兩種地磁檢測傳感器產(chǎn)品對比見下 在實際應(yīng)用中，可根據(jù)實際經(jīng)費來進行選擇。 表 62 兩種地磁檢測傳感器產(chǎn)品對比表 參數(shù) SENSYS 無錫 工作溫度 尺寸 較小 較大 抗壓性 好 較好 穩(wěn)定性 好 較好 可靠性 強 較強 檢測技術(shù) 使用年限 10 年 5 年 傳輸速率 250kps 500kps 準確率 95% 90% 天線 內(nèi)置微帶天線 外接八木天線 頻帶 433MHZ 功能 較多 單一 安裝難度 簡單 較簡單 主機接口 RJ45 RS232 通信距離 50m 200m 安裝靈活度 較高 較低 覆蓋范圍 小 大 公路智能限高器設(shè)計 30 控制總成設(shè)計 控制總成功能 控制總成是整個升降控制系統(tǒng)的核心部分，它需要實現(xiàn)與基礎(chǔ)道路交通設(shè)備進 行通訊、也需要實時與車輛檢測傳感器實時交互、實時需要接受后臺的控制指令。根據(jù)智能控制系統(tǒng)的設(shè)計要求，確定控制總成的功能如下： (1)與車輛檢測傳感器通訊，接收車輛實時信息： (2)與外界基礎(chǔ)道路交通設(shè)備通訊，主要是入口匝道信號控制、可變情報板、視頻監(jiān)控。 (3)與后臺 (主要是控制中心 )進行通訊，接受升降控制指令并實施： (4)與限高機構(gòu)進行通訊，實施升降指令。 控制總成是集網(wǎng)絡(luò)、供電、內(nèi)部存儲、處理分析的小型的控制機，包括路由、限高控制模組、電源，具體結(jié)構(gòu)如圖所示。其中，限高控制模組是控制總成核心組成部分，與不同外設(shè)進行信息交互、指令接收發(fā)送的任務(wù)主要是由限高控制模組實現(xiàn)的；路由主要是配置 TCP／ IP協(xié)議，實現(xiàn)外圍設(shè)施的無線通信：電源系統(tǒng)是保證控制總成正常運作的電力支持。 圖 控制總成結(jié)構(gòu)示意圖 硬件設(shè)計 在硬件設(shè)計方面，遵循可擴展原則，進行模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要是限高控制模組和電源系統(tǒng)。限高控制模組是有一系列的電路板構(gòu)成，具有接收傳感器信號、發(fā)送、發(fā)送信號控制指令和誘導(dǎo)信息指令，兼?zhèn)渫ㄓ嵞K、防雷模塊、漏電保護模塊、故障檢測模公路智能限高器設(shè)計 31 塊、 GPS模塊，詳細如圖所示： 圖 控制總成硬件 結(jié)構(gòu)圖 控制中心指令通過路由的 TCP 協(xié)議傳到限高控制模塊 ,限高控制模塊接收傳感器信號 ,經(jīng)由限高模塊進行信號處理將信號通過 485命令到驅(qū)動板驅(qū)動電機 ,從而控制升降桿的升降指令作用 . 車輛通過地磁檢測傳感器 ,引起地磁的變化 ,經(jīng)由車輛檢測板和 485總線傳到限高控制模塊 ,限高控制模塊接收傳感器信號 ,進行信號處理 ,發(fā)送信號控制指令將輸出信號傳到下一級驅(qū)動電機 ,也達到控制升降桿的升降指令作用 . 限高控制模塊還可接受遙控器 ,按鍵數(shù)碼管等相關(guān)信號 ,進行相關(guān)信號的處理 ,都能達到驅(qū)動電機 ,控制升降的作用 . 同時 ,限高控 制模塊和控制中心指令是雙向連接 ,因而電機的驅(qū)動信息經(jīng)由限高模塊的加工會返回到控制中心指令 ,從而發(fā)布誘導(dǎo)信息指令到外部的誘導(dǎo)屏 ,匝道信號控制等外部件 ,形成整個控制總成的功能實現(xiàn) , 公路智能限高器設(shè)計 32 軟件設(shè)計 根據(jù)控制總成結(jié)構(gòu)圖分析 ,大部分零部件都可通過采購而成 ,但在軟件設(shè)計方面，需要采用全新架構(gòu)的嵌入式 ARM～ Linux操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)平臺，開發(fā)高效、可靠的嵌入式升降控制系統(tǒng)軟件。 嵌入式 Linux操作系統(tǒng)的有以下主要優(yōu)點： (1)性能穩(wěn)定 ,實時性好 ,Linux內(nèi)核采用搶占式多任務(wù)調(diào)度方式，具有很好的實時響應(yīng)、中斷處理 特性。 (2)多種硬件平臺支持 (3)完善的網(wǎng)絡(luò)功能 Linux操作系統(tǒng)實現(xiàn)了完整的 TCP／ IP協(xié)議棧，可支持 10M、 100M、 1000M的以太網(wǎng)，無線網(wǎng)等眾多類型網(wǎng)絡(luò)。 (4)開放源代碼可定制 任何人均可自由獲取 Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核源代碼，其代碼具有獨特的模塊化設(shè)計，能根據(jù)實際應(yīng)用需求進行裁減定制，內(nèi)核最小可裁減至 200KB，十分適合嵌入式產(chǎn)品應(yīng)用。 (5)免費的自由軟件 Linux操作系統(tǒng)為開放源代碼的自由軟件，任何人均可自由免費獲取，相對于商業(yè)用付費嵌入式操作系統(tǒng) VxWorks(海信信號機 )、 WinCE、 PalmOS等，其大大降低了產(chǎn)品開發(fā)成本。 智能升降控制系統(tǒng)軟件基礎(chǔ)平臺采用嵌入式 ARM— Linux操作系統(tǒng) (基于 Linux )，支持多任務(wù)管理，包含完整的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧、設(shè)備驅(qū)動等，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、執(zhí)行效率高、穩(wěn)定性好。調(diào)度控制軟件采用 c語言開發(fā)， ARMGCC進行交叉編譯，執(zhí)行效率高，可移植性好。 智能 控制系統(tǒng)軟件的控制流程如圖 。 公路智能限高器設(shè)計 33 圖 智能升降系統(tǒng)軟件的控制流程圖 公路智能限高器設(shè)計 34 7. 結(jié)論 目前國內(nèi)常用的公路限高器設(shè)備分為固定高度限高和可變高度限高兩種。其中固定高度限高具有 結(jié)構(gòu)簡單，易實現(xiàn)等特點，然而在需要進行應(yīng)急時，固定高度限高會對使用造成較大的困難；然而可變限高機構(gòu)能克服固定限高機構(gòu)的缺點。因此本文設(shè)計了一種智能化的公路限高器，能夠自主升降、遙控升降和手動升降控制，極大的滿足了使用者的要求。為此，本文做了以下幾個方面的工作； 閱讀了大量有關(guān)升降機構(gòu)的文獻，在此基礎(chǔ)上，總結(jié)了升降機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，為公路限高器機構(gòu)的后續(xù)設(shè)計和研究做準備； 從車輛通過性要求、安全性要求、其他需求出發(fā)，得出了公路智能限高器的功能要求，獲得了限高器的機械結(jié)構(gòu)組成及功能，并對限 高機構(gòu)的安裝位置進行了介紹和對限高機構(gòu)結(jié)構(gòu)功能進行了分析，得到了智能限高器的龍門架機械結(jié)構(gòu)設(shè)計要求和研究方法。 根據(jù)現(xiàn)有的道路交通龍門架結(jié)構(gòu)和資料，對限高器的機械結(jié)構(gòu)采用滑輪組限高機構(gòu)進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計，確定了各部件的參數(shù)，并對該結(jié)構(gòu)進行了建立了三維模型，最后進行了仿真分析，經(jīng)分析得出限高器安全性較好，滿足設(shè)計要求。 對公路限高器的智能控制系統(tǒng)進行了設(shè)計，主要包括車輛檢測傳感器和控制總成，設(shè)計了控制總成的硬件和軟件。 公路智能限高器設(shè)計 35 參考文獻 [1] 陳玉森 , 漢克 . 馮再仁等．用智能運輸系統(tǒng)解 決交通問題：運用動態(tài)模擬對上海高架橋和北京二環(huán)路的研究實例 [J]．第二屆北京國際智能交通系統(tǒng) (ITS)技術(shù)研討暨技術(shù)與產(chǎn)品展覽會， 20xx， 9． [2] 黃從?。戏适虚L江西路高架快速路的方案研究 [J]．城市道橋與防洪， 20xx， 1： 1_4， 11． [3] 申國朝，崔亞新等．鄭州市三環(huán)快速化工程設(shè)計方案優(yōu)化研究 [J]．城市道橋與防洪， 20xx： 39． [4] 黃叢啟．合肥高架橋安裝限高架夜晚限高 2． 5 米確保高架橋安全 [R]．新安晚報， ． [5] 陳奉民，林永勝等．深圳港西部港區(qū)特大型高架橋梁 設(shè)計 [J]．橋梁建設(shè)， 20xx， 1： ． [6] 趙雅靜．文化路立交橋一南北高架橋橋面改造工程 [J]．北方交通， 20xx(02)： 81． 85． [7] 胡竟強．公路橋梁支座更換施工技術(shù) [J]．公路與汽運， 20xx(04)： 202． 203． [8] 林健安．超重車輛過圍墩高架橋的即時監(jiān)控與分析 [J]．交通技術(shù)， 20xx， 6(03)：“ 7 一 119． [9] 王榮輝，池春等．廣州市高架橋疲勞載荷車輛模型研