基于can总线的隧道监控系统设计

基于can总线的隧道监控系统设计内容摘要：

也处于十分重要的地位。 城市隧道一般处于城市公路交通网的咽喉地段，并且路段交通流量一向较大，尤其是在上下班的高峰时间。 因此如果发生交通意外，很容易造成大量汽车拥堵，给救援、维护工作增加困难。 所以，保持隧道的安全畅通对整个公路网的正常运行非常重要。 建立隧道交通监控系统是保障隧道交通安全畅通、提高隧道交通通行 效率和舒适度的关键系统。 系统总体 功能 针对以上城市隧道的特点以及该隧道本身的实际情况，建立隧道监控系统的主要目的是使系统对隧道的各种环境参数值进行实时监测，一旦发生异常可迅速的感知异常发生的地域、类型，对隧道内的偶发事故及时发现并处理，解决因偶发事故而产生的交通堵塞问题。 这需要实现对行车、环境、设备以及隧道本身结构等状态的监视与控制。 才能达到通道行车畅通、提高通道通过能力、改善运营环境的目的。 其主要的功能是对系统的各个子系统以及相关的外围设备进行全天候不间断的监视、控制、报警。 系统实时采用隧道内各区域的各 种数据信息，对它们进行实时运算、分析与处理。 并具有事故自动检测功能。 交通控制预案自动选择功能。 显示功能。 图像监视功能。 系统设备检测功能。 协调处理系统内部交通管理业务功能等。 将处理数据实时的上传到数据中心。 系统功能的划分 我们将系统的总体功能进行了详细划分，由此决定该监控系统由多个子系统 组成。 (1) 中心计算机集成信息系统 中心计算机系统是整个隧道监控的核心部分。 它具有以下功能 : 本科生毕 业设计（论文） 7 ①实现全隧道各监控子系统的集成显示和控制。 ②全隧道监控的集中显示、统一管理。 ③环境、行车、电话广播等参数的统计、显示、存储、打印 等。 ④隧道异常情况下，提供阂值警示等。 (2)视频图像监控子系统 它具有的功能 : ①监视整条隧道的车流状况。 ②在有事故报警或火灾情况下，通过控制台将电视墙监视画面切换至相关区段并且可以对画面进行推进或拉远控制，使中央控制室能更加清晰地全面地监视事故现场情况，特别是火灾时，能及时了解现场的灾害规模及车辆、乘客疏散情况。 ③系统能对视频信号进行数字化存储和回放，普通视频信息存储周期大于一周，敏感信息可保存三个月以上。 (3)广播通讯和紧急电话子系统 在隧道内设置紧急电话和隧道广播系统，当隧道出现紧急情况时， 监控中心可以利用紧急电话和隧道广播系统呼叫，及时疏导交通。 也可以通过隧道紧急电话向监控中心报警。 (4)交通控制子系统 一该子系统根据中心计算机信息系统得到的交通参数，环境参数等综合判断，通过控制平台发出自动或手动控制信号，控制隧道口交通信号灯和隧道内车道控制灯，调整隧道的交通状况。 交通信号灯有自动、手动方式，均受控制平台控制。 通常情况下交通信号灯显示可通行信号，在交通阻塞或出现异常状况时，由中控室操作人员发出控制信号改变交通信号灯状态。 (5)交通流环境监控子系统 本子系统包含两个大功能模块 :交通流检测与 隧道环境参数检测。 ①交通流检测 隧道交通流信息主要指隧道内实时的车辆参数信息，采用环形线圈检测器进行交通流检测，保证检测结果的可靠性和准确性。 主要检测以下交通参数 :每一车道和同一行驶方向上一段时间内所通过的车流量、平均车辆速度、每一车道的车道占有率等信息。 交通流检测是交通监控子系统的重要组成部分，本系统在隧道全线范围内，实时收集各类交通运行信息，对全线交通流的变化进行监视 ②环境参数检测 本科生毕 业设计（论文） 8 完成隧道内能见度、 CO 浓度、纵向风速、风向和洞口内外光强的检测。 这些环境参数是保障隧道内行车舒适、安全，实现通风、照明 节能控制的重要基础。 系统通过专用光强检测仪 (分别设于隧道一端外 50 米处和隧道入口内 30 米处 )，实时检测隧道口的内、外光强，由监控系统计算光强差。 这是因为隧道是一种特殊的管状构造物。 与洞外明亮宽敞的道路不同，车辆进入通过隧道过程是一个从明亮进入黑洞，又从黑洞走向明亮的过程，对于由明到暗或者由暗到明的过程需要一个适应过程，在这个适应过程中，司机很难辨认洞内路面目标或物体，因而产生视觉心理或障碍，使行车显得不安全。 因此隧道口处照明的设计目的是创造良好的视觉过渡环境，避免产生黑洞现象 1121。 (6)消防与火灾报警 监控子系统 网络化的消防与火灾报警系统是整个消防系统的核心，它将完成报警信号的采集、处理、联动设备的控制。 系统实时采集和处理用户火灾自动报警终端的报警数据和系统运行状态数据等，并且生成待处理信息数据库，无须处理的数据将直接存入历史数据库。 这些数据来自于 : ①隧道内点势双波段火灾探测器 ②缆式定温探测器 (用于电缆通道、安全通道 )的火灾报警 ③隧道及控制中心手动报警按钮的报警信号 ④隧道内变电所、泵房及控制中心用房的光电式烟温感应探测仪的报警信号 (7)其他外围设备监控子系统 供配电监控系统 : 是隧道机电系统的 保障，它一旦出故障，整个隧道机电系统也将陷于瘫痪，因此该系统运行好坏，直接关系到整个隧道能否正常运行。 该子系统的主要检测数据是变电所内的温度和湿度，必要时(一般指温度或湿度过高 )控制变电所内通风设备调节。 通风控制系统 : 保证隧道内通风顺畅，加快隧道内汽车运行时引起的扬尘、排放的尾气的扩展和稀释速度。 由于汽车行驶排放的尾气主要是二氧化氮和一氧化碳，在一定的气候条件 (一般在夏季、阳光照射、相对湿度较低 )、地理环境以及连续排放的情况下，产生多种二次污染物，形成光化学烟雾，它对人体最突出的危害是刺激眼睛和上呼吸道 勃膜。 人暴露在高浓度的氮氧化合物环境中，可引起中枢神经系统受刺激，并导致麻痹和痉挛等现象，造成免疫系统的伤害。 在一氧化碳浓度过高的环境中，人的心血管系统和神经系统会受到危害。 因此，该系统对于隧道内行车人员健康十 本科生毕 业设计（论文） 9 分重要，尤其是在发生堵塞车辆行驶不顺畅时。 照明控制系统 : 它是整个机电工程中投资最大的一个系统，给隧道内提供一个良好的视觉环境。 由于隧道内明显是自然光线不足，需要照明系统长时间的不间断运行，因此照明设备被分成三组进行控制，其中两组分奇、偶数交替运行，一组作为应急照明备用由 UPS 供电。 合理的安排它们的 工作时间，可以延长设备寿命。 同时，照明也是隧道运行成本的一个大头，优化控制方案实现降低能耗，在保证安全运行的前提下降低运行成本。 排水控制系统 : 城市隧道处于明显的低地势，雨水很容易大量流入隧道内淹没道路，因此需要专门的排水系统及时的进行抽水工作。 首义广场隧道采用一个液位仪 (位于隧道中部即地势最低处 )实时监测隧道内积水深度，并安装有 4台水泵。 防雷接地系统 : 随着计算机技术的发展，对隧道机电设备普遍采用计算机技术控制。 但是同时也带来了新的问题，由于计算机控制电路板采用大规模、超大规模集成电路元件，在雷电过压 情况下使系统非常脆弱。 为了隧道的安全运行，机电系统普遍采用防雷接地设施。 本科生毕 业设计（论文） 10 硬件设计 电源电路的设计 电源电路是指车载功放的电源部分的设计，使用的电路形式和特点。 对于一个功放来说，其电源部分非常重要，专业功放的电源电路的容量往往是根据放大器的实际消耗，再加足够的富裕量，因此比同样标称功率的普通功放的容量大得多，因此电源电路可以从一个侧面反映出整个功放的好坏。 稳压电源一般由变压器、整流器和稳压器三大部分组成，变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。 整流器把交流电变为直流电。 经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电 压变为稳定的直流电压输出。 本设计中需要的电源是双极性电源，分别为177。 12V 和177。 5V。 下面设计一种通过 7805 和 7912 实现的 双极性电源 ， 它的功能将 AC220V 电源转换为 DC177。 12V和177。 5V 的电源。 用分立元件组装的直流稳压电源不但装调、维修麻烦，而且所占的体积很大。 在电子设备日益小型化、微型化、智能化的今天，集成电路越来越多的代替了传统的用分立元件组装的电子电路，这同样也是直流稳压电源电路发展的趋势。 随着功率集成技术的不断发展，人们已经可以把直流稳压电源电路中的电源调整管、比较放大电路、基准电压电路、取样电路 、过压过流保护电路等集成在一块芯片上，制成集成稳压器。 成稳压器由于使用方便，体积小，成本低，性能优良，一致性好等优点，在各种电子设备中得到了广泛的应用。 在实际生产生活中， 最常用的三端稳压集成电路有 78 系列稳压集成电路和79 系列稳压集成电路。 ，它们的共同特点是输出的直流电压是不可调的，不同点是 78 系列稳压集成电路是输出直流正电压的，而 79系列稳压集成电路是输出直流负电压的。 电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的 78 系列和负电压输出的 79 系列。 顾名思义，三端 IC 是指这种稳压用的集成电路 ，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。 它的样子象是普通的三极管， TO 220 的标准封装，也有 9013 样子的 TO92封装。 用 78/79 系列三端稳压 IC 来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。 该系列集成稳压 IC 型号中的 78 或 79 后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如 7806 表示输出电压为正 6V， 7909 表示输出电压为负 9V。 因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用。 在实际应用中，应在三端集成稳压电路 上安装足够大的散热器（当然小功率的条件下不用）。 本科生毕 业设计（论文） 11 当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。 电源电路如图 所示： 传感器的选择 压力传感器 的选择 压力传感器是一种将压力转换成电流 /电压的器件，可用于测量压力、位移等1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um b e r R e vi s i onS i z eBD a t e : 13 J u n 2 00 8 S h e e t of F i l e : D : \毕业设计 \ z \ l a o 2\ l a o 2\ pr ot e l 06 .3\ pr ot e l 08 . \ pr ot e l 08 .04 .21 \ M yD e s i g bD r a w n B y:T1T R A N S 1V i n1GND2V out3U 1978 051234D1B R I D G E 1C 110. 1uFR 220. 1kV i n1GND2V out3U 1779 12C80. 33u FC70. 33u FC 120. 1uFR 210. 1kT2T R A N S 1V i n1GND2V out3U 2078 051234D2B R I D G E 1C 140. 1uFR 230. 1kV i n1GND2V out3U 1879 12C90. 33u FC 100. 33u FC 130. 1uFR 240. 1k2 2 0 V2 2 0 V1 0 V2 0 V+ 1 2 V1 2 V5 V+ 5 V+5V 5V 12V +12V 图 电源电路图 本科生毕 业设计（论文） 12 物理量。 压力传感器的种类很多，其中硅半导体传感器因其体积小、重量轻、成本低、性能好、易集成等优点得到广泛的应用。 硅压阻式传感器属于其中的一种，它是在硅片上用扩散或离子注入法形成四个阻值相等的电阻条，并将它们接成一个惠斯登电桥。 当没有外 加压力时，电桥处于平衡状态，电桥输出为零。 当有外加压力时，电桥失去平衡而产生输出电压，该电压大小与压力有关，通过检测电压，即可得到相应的压力值。 但这种传感器由于四个桥臂电阻不完全匹配而引起测量误差，零点偏移较大，不易调整。 Motorola 公司生产的 X 型硅压力传感器则可以克服上述缺点。 如图 所示，与惠斯登电桥不同， Motorola 专利技术采用单个 X 型电阻元件，而不是电桥结构，其压敏电阻元件呈 X 型，因而称为 X 型压力传感器。 该 X 型电阻是利用离子注入工艺光刻在硅膜片上，并采用计算机控制的激光修正技术，温度补 偿技术，使Motorola 硅 MPX 系列压力传感器的精度很高，其模拟输出电压正比于输入的压力值和电源偏置电压，具有极好的线性度，且灵敏度高，长期重复性好。 此系列中的 MPX2100DP 压力传感器是一种高精度硅压式压力传感器。 具有如下特点： ●由于采用激光微调技术，使电桥零漂输出很小，一般小于 177。 1mV； ●传感器灵敏度较高，为 40mV177。