设备环境参数检测在公路机电设备中的应用研究

北京昊华能源股份有限公司 丁大伟 北京手挽手劳务派遣有限责任公司大兴分公司 孔祥伟

北京中江伟业消防工程有限公司 李胜利 北京云星宇交通科技股份有限公司 戎振国

随着经济的的大力发展，使得路桥事业实现飞跃的增幅，公路交通量亦是与日俱增，隧道污染物浓度随之增大，一系列的环境污染、公路机电设备保障力度降低以及交通事故等问题随之而来。我们需在维护设备方面提高相应的技术能力来减少资源的铺张浪费，这样便能够尽快地进行设备的维修，减少不必要的经济损失[1]。

我们一般会使用PLC 来作为照明系统的控制器和通风系统的逻辑控制器。使用PLC 可以方便精准地控制每个系统的运行。保障了公路机电设备的顺畅运转，实现公路机电设备环境的运营控制。此外，单片机的使用在公路机电设备环境参数的采集与处理中不可或缺，既保证了公路的安全顺畅的同行，又提供了快捷方便的信息集成系统[2]。

随着公路通车里程的逐渐拓展，公路机电设备保障力度降低以及交通事故发生几率增大等问题随之而来，会造成许多不可挽回的经济损失以及人员的伤亡。本文讨论了公路机电设备安全运营的重要性，提出实现公路机电设备环境的实时监测与控制系统设计，以便公路交通运营更加通畅安稳，为公路安全提供重要保障。

1 公路机电设备运行环境参数分析

1.1 公路机电系统的组成

1.1.1 通风系统

通风系统可以吹散车辆行驶时产生的化学废气；在通风系统中射流风扇的使用是最常见的，国外也使用安装在隧道天花板上的风道的通风方式[3]。

1.1.2 照明系统

照明系统最基本的需求就是：光线需要密布在路面上，使得公路光照充足，基本需求一般使用荧光灯等作为最基本的照明设备，将这些着照明设备安装在行车道的上方和两侧，并且在水平正上方也装有这些照明设施。基本照明、增强照明、应急照明的分段形成了照明功能的基本划分十字孔照明四个部分；按区段分为引入段、适应段和过渡段、基本段、出口段[4]。

1.1.3 消防系统

应急广播系统、消防监控系统、声光报警系统是整个消防系统的核心，消防系统的主要功能体现在：可以探测出火灾的形成，火灾形成时可以及时的报警提醒终端来使用消火栓，灭火器等设施来进行一系列的灭火操作实现对火灾的及时控制与减灭[5]。

1.1.4 监控系统

监控系统包括车辆探测器、天气探测器、闭路电视监控系统、应急电源电话系统，其中最重要的就是环境检测设备，它可以实现多种功能。例如：检测空气中一氧化碳的浓度，实现对烟雾扩散警报系统，测量公路风力和风向。其次还有交通引导设施，可变信息标志，监控计算机系统等共同组成了不可或缺的监控系统[6]。

1.1.5 配电系统

配电系统是公路机电系统中最重要的一环，没有配电系统的供电一切将成为空谈。配电系统的主要功能有：对风机、照明灯、水泵的及时供电，最主要的功能就是为各种监控设备输入额定电压，让机电系统得以正常稳定的运转。供配电系统的导线拥有良好的导电性能，足够支撑起整个配电系统。变电站的导线直接连接到隧道入口，然后通过各式各样的变压器，成为所需的公路机电设备供电标准。

1.2 公路机电设备环境参数的分析

由于公路环境封闭线路复杂，环境温湿度会直接影响供电系统的运转，温湿度过高会直接导致线路短路产生火花燃烧电路，间接引发火灾，因此温湿度检测是必不可少的。系统设置了机电设备温度检测模块，实时检测机电设备周围温度情况，及时反馈给终端系统，实时知晓机电设备环境的实时数据，接收到信息后及时反馈，使得机电设备得以正常工作，保证机电设备环境的干燥整洁，及时反馈给终端系统，实时知晓机电设备环境的实时数据。

粉尘浓度也能间接反映了通风系统的性能和工作情况，接收到信息后得以及时反馈，使得机电设备不被积攒太多灰尘，保证机电设备环境的干燥整洁，让机电设备正常工作，保证公路环境的洁净，保证驾驶员的驾驶舒适性，从而使得交通事故的发生频率的降低，降低人员生命危险及财产的损失。

2 系统设计总体方案及主要控制器及器件

环境检测系统结构见图1。

图1 环境检测系统结构框图

2.1 STC89C51单片机

2.1.1 STC89C51单片机重要引脚信号解析

VCC、VSS：由于电路经常会短路，接大电容主要起储能作用，芯片工作时有时会拉低电压，接上电容能起到稳定电压；接小电容主要起到滤波作用，信号传递时可能会产生一些脉冲波，通过小电容能将瞬间变化的脉冲引入地。

XTAL1、XTAL2：单片机的震荡电路是由晶体振荡器所产生，由晶体振荡器来控制单片机的时钟电路。

外部程序存储器信号接收引脚PSEN：当单片机需要程序存储器读取指令时，输出两个脉冲，使引脚获得并处于低电平状态。

复位信号RST：当单片机需要复位、重新开始程序数据的读写时，单片机的复位信号就显得尤为重要。单片机复位极其简单，只需要使RST 引脚处于高电平状态，接收到脉冲信号后，保持这个状态两个机械周期以上，单片机就会复位。

P0：P0输入/输出引脚，外部接上拉电阻的作用：如果没有这个电阻R，则I/O 口和VCC 就没有直接连接关系，如果用电阻连接起来就是一个上拉电阻。上拉电阻保护了电路内部不受产生静电的损害，加上上拉电阻还能增大内部电流的大小，进而使得输出端的引脚的性能得到了增强，这在单片机中也比较常用；上拉电阻由于连着电源正极，所以也能提高输出端高电平的电压等。

P1～P3：输入/输出引脚，无需外部接上拉电阻。

2.1.2 单片机的定时器中断

单片机中断的原理：单片机在每个机械周期运转的过程中，CUP 为了使得芯片工作处理问题更有序的目的，会周期性地检测运行过程中所产生的中断源，如果检测到有中断源信号的产生，CPU 会立即中断正在运行的工作（CPU 来比较中断等级是否高过正在运行的程序），并保护正在储存的数据（储存在寄存器的数据刚刚入栈），紧接着运行要使用的中断程序中断正在运行的程序，接着实现中断源所需要实现的程序，中断程序结束后，调用之前停止的程序（将之前储存在寄存器中的数据调动出栈），来接着运行被中断的程序。

2.2 A/D 转换芯片ADC0832

2.2.1 ADC0832的介绍

ADC0832是双通道A/D 转换器，在八个引脚和双通道组成的优势下，ADC0832芯片在进行A/D 转换时，可以分别同时在两个通道实现数模转换，工作效率高、输出稳定性强，当工作在单端工作方式下时，芯片将数字信号转换成引脚对地的电压值；当工作在差分工作方式下时，芯片将数字信号转换成AIN+与AIN-两个引脚的差值。

ADC0832芯片的通信方式是串行通信，DI 口引脚的信号收入来控制选择通信通道，通道选择后再去经行相关的数据采集和数据传送。ADC0832数模转换器，精准度高数模转换范围大是因为其拥有着8位分辨率，一般不超过256级的分辨率要求下的A/D 转换都可以轻松实现数模转换。

2.2.2 ADC0832的特点

当电源为芯片供电时，输入电压一般都在0V 至5V 之间；内部电源输入在标准电压的参考下，使得芯片的输出更加的精准可靠。芯片的一般工作转换时间短，输出频率高、工作效率高、转换速度快、输出稳定性强是ADC0832的一大优点，功耗相对于其他芯片来说功耗较低，一般为十五毫瓦。

2.2.3 ADC0832的工作原理和ADC0832的引脚说明

CS_片选使能：就是能端不使能的话，芯片内部没有时钟芯片就不工作从而处于低功耗的模式。要使芯片处于使能状态，引脚就必须保持低电平的状态。

CH0：模拟输入通道0，也可以当作IN+/-使用的信号引脚。

CH1：模拟输入通道1，也可以当作IN+/-使用的信号引脚。

GND：芯片对地的参考0电位的信号引脚。

DI：芯片用来控制通道选择的信号接收引脚。

DO：芯片用来转换数据输出的信号接收引脚。

CLK：芯片时钟输入的信号接收引脚。

VCC/REF：芯片用来控制电源输入的信号接收引脚并且确定参考电压的大小。

当ADC0832的CS 片选使能处于高电平状态时，ADC0832芯片处于被关闭的状态中，如果想要启动ADC0832芯片，就是能端不使能的话，芯片内部没有时钟芯片就不工作，从而处于低功耗的模式。要使芯片处于使能状态，CS 引脚就必须保持低电平的状态。在芯片开始工作的同时，芯片时钟输入的信号接收引脚CLK 会接收到来自CPU 的脉冲信号，引脚DI 也会接收到第一个时钟脉冲的高电平作为时钟的开始，来进行芯片对于选用哪个通道进行控制的过程，紧接着会向DI 端输入选择通道的信号。

如果DI 接收到的为1和0，芯片会对模拟输入通道0进行数模转换；如果DI 接收到的为1和1，芯片会对单个的模拟输入通道1进行数模转换；如果DI接收到的为0和0，芯片会把模拟输入通道0变成正输入端，把模拟输入通道1变成相反的输入端；如果DI 接收到的为0和1，芯片会把模拟输入通道1变成正输入端，把模拟输入通道0变成相反的输入端。当ID 信号引脚接受完选择通道的信号以后，芯片可以开始读写处理数据，并且周期性的向外部输送数据。

3 设备环境参数检测在公路机电设备中的发展前景

保证交通安全系统设施齐全。隧道照明作为照明系统和交通安全系统的辅助系统。在未来需要研究分析和制定相对合理的养护期限，并改善保正功能，以改善隧道道路路况的安全性和驾驶员们的驾驶安全以及舒适的驾驶环境。

满足未来发展需求。自动控制网络技术，应具有操作简便、开放性强、通信快捷顺畅、系统功能多样化、让使用者拥有更加舒适的操作感。控制系统增强会让隧道管理和公路机电设备的维护变得更加方便快捷。数据交换、信息共享和区域协调控制提高了系统的可靠性和维护操作的便利性；一方面在系统结构的层面上，以进一步提高数字和智能仪器的性能。大力发展无线通信，使用无线通信设备去实时接收隧道内的环境状况，并且及时反馈到终端，实现设备检测与监控的进一步统一。

综上，本文进行了公路机电设备设备环境参数检测系统的方案设计，采用单片机作为系统的主体，连接一系列的传感器进行外部环境数据的采集，再经过A/D 转换芯片的数模转换，转换成电信号由终端接收，显示在LCD 液晶显示屏上，也可以由手机蓝牙端接收，显示在手机APP 上。

要将高速公路的运行变得更加通畅、运转秩序更加稳定、节省资源保证效率作为高速公路机电维护的最终目的，需要求真务实、踏实严谨、求实创新、节省资源、减少劳动力，消除“过分维护”的现象，实现设备完好、故障快速修复、不间断供电、平稳安全运行的最终目标。