基于物联网的汽车超载智能监测系统的设计

基于物联网的汽车超载智能监测系统的设计

武汉理工大学能源与动力工程学院 崔文路

武汉理工大学工程实训中心 郑卫刚

【摘要】汽车在运输中起到的作用非常重要，但是因为汽车超载引发的交通事故也越来越多，现在控制汽车超载状况的主要手段是依靠人工检查，浪费了大量的人力物力。通过设计汽车载重检测部分无限发射部分以及手持检测器。对行驶的汽车实现远程无线检测，判断汽车是否超载，有效控制了汽车超载情况的发生。通过方案设计，提出了一个车辆超载检测的新方向。

【关键词】超载智能监测系统；物联网；压力传感器；手持监视器；远程无线监控

1.引言

随着经济建设不断发展，我国高速公路发展迅速，据悉截至2012，我国拥有9.6万公里高速公路，省道县道四通八达，公路运输在国民经济中起到的作用非常重要。但是汽车超载问题却越来越引起人们的关注，由于超载引发的交通事故越来越多。

2.研究背景及意义

我国目前高速发展的道路交通和将近10万公里的高速公路，我国汽车拥有量激增，据悉机动车已经有2.25亿辆的保有量。由此引发的交通事故越来越引起人们关注，每年因为超载引起的交通事故占据很大的一部分，有效控制车辆超载变得非常重要，据了解现在控制超载的方式，主要还是人工检查，不定期抽查。这造成了大量人力物力资源的浪费。因此一种检查汽车超载的有效方式是极为需要的。

3.设计方案

3.1 系统的整体结构及运行机理

该汽车智能防超载系统共分为两大部分即车载部分和手持监控器部分，其中车载部分又可分为驱动模块、无线接收模块、无线发射模块、检测模块、显示模块、报警模块、电源模块、控制模块，其中检测模块、控制模块、电源模块是系统的核心模块，其余部分为系统辅助模块。运行机理是：为检测模块通过HL-8(600g)平行梁式全桥压力传感器组采集小车装载物重量引起的微小电压值，将电压信号送入由运算放大器组成的信号放大电路进行放大处理，最后将处理后的信号电压送入控制模块的ATMEGA16单片机进行AD转换的相关运算，最后得出车辆载重值，将车辆载重值发送至显示模块显示，并将车辆载重值有无线发射模块将载重信息发送至手持监控器。同时判断车辆是否处于超载状态，如果超载则声光报警及切断小车驱动电路，使小车失去驱动动力不能正常行驶。

3.2 系统的组成部分及功能

1)电源模块设计：电源模块是能源中心，整个系统有模电部分也有数电部分，模块由于工作环境和期间特性要求，其工作电压也各有不同，又由于该系统安装在小车上，故必须具有一定的便携和轻便的特点，所以可采用干电池组作为稳压芯片的输入激励电源，为减小纹波使得纹波小

于100mv达到系统要求，采用了在稳压芯

片的输入和输出端并接旁路电容的方法。

2)检测模块设计：压力传感器部分主

要为HL-8型平行梁式惠斯通电桥压力传感

器，传感器输入阻抗和输出阻抗均为1000

欧姆左右，其内部为一个惠斯通电桥结

构，为尽量切合实际车辆结构，需要4个

压力传感器安装于载物容器底端的四角，

唯一的区别在于所选传感器量程不同。

3)控制模块硬件制作：控制模块安装

于小车之上，电源来自于电源模块，必须

具有较小的功耗。选择ATMEGA16单片机作

为核心处理器的最小系统，在这里主要运

用了其4路10位AD转换器，将载重信息转

化为数字量，定时器1快速PWM产生PWM波

形控制舵机导向，定时器0用于消除抖动

对载重值的影响，以及其他内部寄存器控

制单元。

4)显示模块硬件制作：点阵型LCD能

显示更多种类信息，如中文字符等，本系

统中选用LCD12864带字库液晶屏。

5)报警模显示模块硬件制作块设计：

需要用到声光报警器，该模块主要由两个

部分组成，及声报警和光报警，声报警部

分主要期间为5V有源蜂鸣器，光报警部分

主要器件为10mm彩色LED发光二极管，但

是由于在实际应用中，以上两种器件均为

电流驱动型，但是单片机输出电流较小，

不足以驱动发音、发光，所以这里需用到

三极管进行放大。

6)无线发射模块：需要将小车载重信

息通过无线模块向外界发送，要求数据传

送有效距离10米即可，在实际应用中选用

的是433MHZ无线发射模块，其工作频率在

无线电爱好者频段，编码时，采用的是类

曼彻斯特编码。

3.3 设计内容

硬件电路设计

系统运行时需要外围电路配合，按照

功能可分为电源电路、通信控制电路、语

音报警电路。

(1)电源电路

电源电路为电路提供电压。各硬件

结构中，单片机和传感器正常工作所需的

电压为5V，而TC35i正常工作时的电压为

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4.8V，超出此范围会导致模块关闭。

同时考虑到电流方面的要求。系统需要一

个9-12V的直流电源给模块供电并将12V电

压转换为5V和4.2V分别给单片机和TC35i

模块供电。

(2)通信控制电路

通信控制电路主要完成单片机与

TC35i、TC35i与SIM卡之间的连接和控

制功能，如下图所示。单片机的P3^2与

TC35i的点火端IGT相连，方便通过程序控

制TC35i的启动；单片机的RXD、TXD端分

别与TC35i的RXD、TXD端相连，实现串行

口通信。注意由于TC35i模块已经进行了

电平转换，RXD、TXD端只能如此连接，不

可交叉。

4.设计创新点

系统可借助车辆可以实现远程监测

汽车是否超载，并对超载车辆强制进行停

止，分析后的数字信号有助于资料存贮与

分析，接入物联网，利用数据库系统对车

辆进行管理。

5.结语

利用物联网的汽车超载智能监测系

统的设计对于汽车超载引起的交通问题有

积极的缓解作用。对人力资源合理配置有

助于节省人力物力，对原来的系统加以改

进，弥补了在原来人工检查的诸多弊端。

为汽车超载控制与检测开辟了一条新途

径。对实现人力资源优化配置，有效节约

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