解析高速公路机电设备人机可视化通信网管系统设计

甘肃紫光智能交通与控制技术有限公司 师 辽

对于现代高速公路来说，机电设备是其有效运行必不可少的组成部分。特别是进入到信息化时代之后，信息技术对于高速公路机电设备的发展起到了非常关键的推动作用。想要确保高速公路系统的正常运行，需要利用现代信息技术加强可视化通信网管系统建设，以此来增强机电设备得巡检效率，有效降低机电设备整体维护成本，确保高速公路的正常运行。本文主要阐述高速公路机电设备人机可视化通信网管系统设计方面的内容，希望能够对相关人士有所帮助。

在高速公路管理过程中机电设备的管理是非常重要的，在实际应用过程中要充分利用现代科技，在保证已有平台性能以及管理属性的基础上，充分参照实际管理的具体情况进行需求分析并进行系统架构的设计，实现软硬件的有效衔接，确保平台中的相应设备可以和第三方平台实施联网，并且可以支持Web客户端访问监控系统。

1 高速公路机电设备通信系统业务情况

从目前来看高速公路机电设备通信系统业务虽然有了较大的发展，但还是存在如下几方面问题：第一，并没有对交换机等设备标准进行统一，从而造成不同品牌交换机的协议存在较大差异，并且机电设备接入故障反馈路径相对复杂，无法简单的对其实施分类处理，很难对异常状态信息（比如故障成因、故障产生地点、故障产生时间）展开具体剖析；第二，无法即时对监控设施互联网状况加以监控，如此较易导致高速公路机电设施发生多次拖延等问题，同时也缺少针对性的系统来对机电设备运行情况实施评定分析。除此之外，机电设备维护的便利性较差，无法有效提升系统运营效率。

为了有效解决以上问题需要加强信息技术的应用，确保高速公路机电设备管理的每个环节（包括故障报修、设备诊断、修理、质检等）均达成网络化处理，可以在多协议环境下实现网络环境监测和预警。在充分考虑到对高速公路机电设备日常巡查繁琐程度基础上进行基本架构的设计，进一步减小维护成本和难度。在实际操作中设定需求为：第一，若是路面温度较低（＜0℃）并且空气湿度＞设定值，那么系统就会自行进行限速标定；第二，按照车道指示器常规性限速实时显示，主要显示的内容包括：限速、禁止通行等等；第三，若是需要对其进行维护和检修，那么可按照设定具体条件将特定车道实施封闭处理，在完成修复之后可以实施远程恢复。同时，车道的指示设备能够实时向远程主机反馈出工作情况；第四，一旦公路某部位产生某些事故，管理中心就可以发出指令将该区域（车道）关闭，修复之后可以远程恢复。

2 通信网管系统的架构设计

2.1 系统设计的基本原则

（1）适用性原则

为了确保系统功能满足具体应用需求，一定要充分考虑到高速公路机电设备不同类型和品牌特性，确保其符合设计需要，同时也要充分考虑到今后设备的可扩展性，要保证系统具有较强适用性，保证系统能够及时准确的进行信息处理，能够进一步降低人为因素影响，提升工作效率。

（2）可靠性原则

为了确保高速公路机电设备在线监测的有效性，一定要保证所用软硬件设备具有非常高的可靠性，同时在进行系统设计过程中也要充分考量安全性以及保密性问题，利用多种方式（例如采取多级保护设计、数据存储权限设置等）来提升该系统可靠性。

（3）开放性原则

要确保通信网管系统的软硬件具有较强开放性，可以实现不同类型标准协议以及不同接口协议的应用。

（4）可操作性原则

要确保系统具有较强的可操作性，最大程度应用标准行业规范，确保其可以简单地进行维护，同时可以通过鼠标和键盘等进行操作，具有简便性。

2.2 数据获取方式分析

（1）车流量数据的获取

进行车检时主要通过埋地线圈（4个）、前线圈（2个）、后线圈（2个）来进行，一旦车辆经过线圈就会发生电感量的改变，此种就可以获取车辆不同状态信息，并且将其传输给管理中心进行运算，所得数据采取总线方式进行上传。在实际应用时，一旦前线圈受到车辆触发，车检设备就会获取行车方向和车道号。随着车辆远离线圈，检测设备就会获取相应信息（包括车辆长度、类型、运行速度等）并将其上传到管理中心。管理机构可以按照这些数据进行分析，从而得到特定区域车辆相关数据信息。

（2）温湿度数据的获取

可以在特定区域设置多个车道指示器，其能够对所处环境的温湿度进行准确检测。该检测单元可以按照事先设定的标准进行环境温湿度检测，同时将获取数据向总线传输。管理机构可以对所获信息加以剖析，且对其进行相应的调整，可以得到更客观的环境温度数据。温湿度检测设备具有较小的功耗，具有较强的环境适应性，所以非常适合用在非接触式的温湿度检测方面。

2.3 上位机系统分析

（1）设备状态监测服务器

对于上位机系统来说，设备状态监测服务器是最为关键的部分之一，可以将软件设置在此服务器中，可以对设备所处状态数据进行准确分析管理，更便于对设备运行状态进行监测，同时也可辅助进行决策。

（2）设备状态监测软件

设备状态监测是整个系统中非常重要的组成部分，发挥着系统核心的作用，其能够实现多种核心性功能，包括：预判设备所处网络状态、和具有IP地址的设备进行通信、进行数据的存储以及分析处理、对于报表进行处理等等。

（3）信息推送系统

系统可以利用短信、App终端等功能将相应设备所处状态推送到相关工作人员，能够对设备状态进行实时监测，能够第一时间了解设备所处网络情况，从而提升系统效率。

3 高速公路机电设备人机可视化通信网管系统硬件整体性能剖析

3.1 RS485模块的硬件设计

具体到高速公路机电设备通讯体系而言，RS485通信时应用最为广泛的方式之一，主要是利用MAX485芯片完成通信功能。对于RS485通信网络来说，可以通过RX信号线将串口控制器连接到收发器中，可以利用差分线将收发器连接到网络总线当中，而在串口控制器和收发器间主要通过TTL信号实施传输。一般情况下数据发送是按照如下方式进行的：收发器可以将串口控制器TX信号转变成为差分信号，然后把其传送至总线，数据接收则依照反向次序完成。收发器将总线接收的差分信号转变为TTL信号，最终依托RX引脚传送至串口管理器内。

3.2 CAN通信模块的硬件设计

在设置CAN通信模块的过程中必须深入考虑有线通信兼容性，与车辆检验器亦或其他设施连在一起。CAN通信时主要是对总线电平更改实现信息收发，主要是通过CAN管理器与收发器一同达成通信目标。由于STM32F103VE已配备了CAN管理器，所以在实际设计过程中只需要增加CAN收发器。CANL、CANH是CAN通讯差分数据信号线，TXD与RXD引脚接STM32F103VE的串口引脚。C1、C2为能够装设的元器件，功能是让电路的EMI功能得以提升。

3.3 2.4G无线传输模块的硬件设计

为达成无线高效传送的目标，在系统设计时可以采用NRF24L01，其自身具有稳压电路，并且具有较强的屏蔽性，其发射功率较大、距离较远（可以达到2000m以上）。其具有较强的抗干扰功能，工作速度最快能够高达2Mbps，此外其内部配置了CRC错检，通讯地址管控STM32、NRF24L01依托SPI总线实现通信，SPI信息录入导出引脚具体是MOSI及MISO，模块中断信号导出是IRQ，SPI总线时钟引脚为SCK，模块管理性能引脚是CE，片选是CSN。

3.4 总线协议确定

该高速公路机电设施通讯大多依托RS485通信协议来进行的，其具有非常强的组网性能，除此之外也可以采取应用较为广泛的MODBUS协议。MODBUS主要包括主站、从站等，由于此协议能够依托串行线路运用，为此所有的从站皆会收到命令，唯有具有命令地址从站才能够进行响应。此协议主要是建立在主从模式基础上的，可以实现较好的数据串行。MODBUS协议包含多种模式的通讯协议，比如TCP、ASCII等等，每种通讯规定的应用情况不同，例如在通信数据量较小时可以采取ASCII规约，如果通信数据量较大则要采取RTU规约，而TCP规约则更多应用在利用MODBUS进行数据传输情况下。总的来说通信协议包括软件层面和硬件层面，如果系统中存在多个设备实施通信，那么为了保证通信的有效性就要对软件层协议进行特殊设定。一般情况下地址位主要包括8位编码，分别为“设备类型码（高4位）”以及“设备编号码（低4位）”，形成完整字节。

结束语：经济的快速发展对于高速公路提出了更高的要求，需要充分利用现代信息技术推动高速公路机电设备的发展。本文主要阐述高速公路机电设备人机可视化通信网管系统设计方面的内容，可以为高速公路机电设施稳定运行提供参照，在促进高速公路建设发展有重大实践价值。