随着危化品运输专用车辆的日益增多, 要重视车辆运输效率和运载能力的提升, 同时要注重互联网+背景下危化品运输车辆智能安防系统的设计和应用, 由于当前的危化品运输车辆的使用和管理存在诸多缺陷, 如:缺乏实时性监督措施;联网联控功能欠缺;缺乏科学合理的电子档案管理和即时提醒系统;缺乏对重点、高危监控区的信息采集和预警措施等, 因此要充分融入互联网+技术和手段, 探索与危化品车辆应用相契合的智能安防系统, 涵括车载终端和系统平台, 较好地实现危化品运输车辆的基本信息管理、行驶路线和状态监控、安全运行联网管理, 促进危化品运输车辆的智能化管理。
一、危化品运输车辆智能安防系统总体设计
危化品运输车辆智能安防系统是利用信息实时采集和互联网技术, 实时动态监控车辆安全防护设施设备及标志, 借助于GPRS模块进行信息的发送和传递, 实现对车辆的行驶检测、监督、检查和管理。并借由无线RFID设备实现对重点、关键区域的布控, 及时发现非安全车辆并限其依法整改, 避免恶性事故风险。总体来说, 危化品运输车辆智能安防系统的总体设计要满足如下功能:管理危化品运输车辆基本信息;识别车辆安全防护设施设备身份;有效管控危险场所车辆出入情况;查询危化品运输车辆的行驶轨迹和具体位置;监测车辆周边环境的温度、压力等信息。
在系统总体设计之中, 要引入先进的射频识别技术, 将RFID标签作为合格安防防护设备设施的智能有源标签, 实现主动性、非接触式的身份识别, 从而较好地确定车辆的安全防护设备是否安全和有效。同时, 可以利用GPRS/3G/4G模块, 将车辆周边环境监测信息传递并存储于数据库, 将不同测量点的ID无线传输结果与有源标签相链接, 实现身份识别和周边环境信息检测的同步。另外, 对于危化品运输车辆位置信息和运行轨迹的监控, 则可以利用北斗定位系统, 进行定位信息共享和展示。对于危险场所的车辆进入管控, 则可以由车载终端进行危险车辆的环境信息评估和识别认证, 现将车载终端与道闸控制器相链接, 控制车辆在危险场所的出入[1]。
从系统的软硬件开发环境来看, 可以选择Altium Designer 13.0硬件开发工具软件, 实现有源标签、125K写入器、集中器和后台服务器的软件设计。
二、有源标签的设计与应用
(一) 有源标签的硬件设计
有源标签的硬件模块主要包括以下内容: (1) MCU。该模块内部集成有315/433MHz射频发射电路, 集成和发送车载安全防护设备设施和标志标识信息。 (2) 电池模块。该模块通过CR2050HR纽扣电池作为有源标签供电, 相关参数包括有:电池的容量为350mAh、电压为3.3V、温度为-40~+125℃。 (3) 程序下载电路模块。这主要是指FXTH8700xD单片机的复用引脚PTA4/BKGD接口。 (4) 低频写入电路模块。这主要是指将B8245OA7204A000电感与电容并联, 构成低频写入电路, 识别并写入有源标签携带的身份编号。 (5) 433MHz发射电路模块。这主要是指由Freescale FXTH8700xD单片机RF引脚外接而成的天线电路, 由程序控制发射信号的调制编码方式, 并设计传输距离远、数据传输准确率高的谐振电感电容和天线。
(二) 有源标签的软件设计
有源标签采用中心频率为433.92MHz的频率调制方式, 通过非归零编码的方式对数字信号进行预先编码, 然后再将其在数字信道上进行传送, 体现出良好的抗干扰能力, 有效提升信息数据传送效率。同时, 可以设计射频发送子程序, 预先将主机ID、从机ID、物理测量及检验数据发送到缓存区, 再由433MHz射频信号进行发送和传递。考虑到有源标签的功耗问题, 还要在低频写入设备中设计有源标签的静默功能, 使之在生产、装配等环节无须发射任何信息, 节约电池用量和损耗。
三、集中器的设计与应用
集中器可以利用433MHz无线通信技术, 发送和传递车载有源标签的数据信息, 如:标签有效期、标签遗失、周边温度和压力信息等, 并利用酒精传感器监测驾驶者的驾车行为, 帮助管理人员及早发现和预警车辆安全隐患。
(一) 集中器的硬件设计
集中器采用基于Cortex-M3内核的微处理器, 它以STM32F103VC作为主芯片, 采用多任务管理模式, 最大化利用CPU资源, 实现复杂的实时应用。其硬件模块主要设计如下: (1) RFID射频电路模块。通过接触式ATS522RFID读卡模块获悉车辆基本信息, 再经由串口通信将信息传送给主芯片。 (2) 433MHz收发电路模块。利用DT-433M-201无线通信模块接收有源标签信息, 并向道闸机发送危险场所的开关闸信号, 在LoRa扩频技术的支持下, 实现超长距离、抗干扰性的无线通信。 (3) 酒精检测装置。可以利用MQ-3酒精传感器检测驾驶室内的酒精浓度。 (4) 电源电路。可以借由LM2576电源管理系统, 实现主芯片及其功能模块的供电。 (5) 北斗定位模块。利用S1216F8BD/GPS双模定位模块, 实现数据的上传。 (6) GPRS信息上传模块。借助于USR-GM3模块进行车辆基本信息的上传管理, 如:有源标签、酒精浓度、车牌信息等。 (7) 液晶显示电路模块。实时存储并显示车辆基本信息。
(二) 集中器的软件设计
在集中器主程序设计过程中, 要预先对实时操作系统内核进行初始化, 然后进行硬件初始化, 再启动多任务操作系统[2]。
四、道闸机控制器的设计与应用
道闸机控制器安装于通用道闸机外部控制信号端, 通过接收集中器的信号以有效控制道闸机的开关操作。
(一) 道闸机控制器的硬件设计
道闸机控制器的硬件模块主要包括以下内容: (1) 电源电路。采用直流12V供电, 由电源芯片TPS5430降压至3.3V并向433MHz收发模块供电。 (2) 433MHz收发模块。该模块采用IO0和IO1引脚, 主要接收集中器发送的信号, 据此确定道闸机的开关控制。 (3) 控制驱动电路模块。当信号端的开闸引脚有高低电平输出, 则开启道闸机门;当信号端的关闸引脚有高低电平输出, 则关闭道闸机门。
(二) 道闸机控制器的软件设计
道闸机控制器软件主程序是等待状态的死循环。当433MHz有信号数据接收时, 则开启相应子程序接收数据并对其进行评判, 根据接收数据前4个字节是否为OXOOFFOOFF, 确定道闸机门的开启、关闭状态。
五、危化品运输车辆后台管理系统设计
危化品运输车辆后台管理系统实现对入网车辆的信息采集、存储、查询和预警等管理, 要依循统一性、先进性、高安全可靠性、标准化、成熟化、大容量、架构稳定等原则, 进行危化品运输车辆后台管理系统的设计。
(一) 服务器硬件设计
危化品运输车辆后台管理系统的服务器硬件平台可以采用4核CPU主频2.5GHz、内存为8G、硬盘容量80G、带宽2M的阿里云服务器平台, 实现硬件的良好稳定扩展。服务器客户端主要实现车辆信息管理、接口平台管理和系统管理等主要功能[3]。
(二) 服务器软件设计
危化器运输车辆后台管理系统服务器软件可以采用Windows Server 2008R2, 利用其稳定性良好、操作灵活便捷、安全性较高的优势特点, 成为后台管理系统的有力支撑。同时, 系统设计选取MySQL数据库, 利用其强大的数据管理功能, 以TCP/IP的方式进行数据传输, 其数据传输格式采用JSON格式, 快速有效查询和调取车辆基本信息, 提升系统运行的流畅度。
六、小结
综上所述, 互联网+背景下的危化品车辆智能安防系统以射频通信和RFID身份识别技术为支撑和依托, 智能化识别车辆安全防护设备设施和标志标识, 进行不同模块的软硬件设计。
未来还要优化有源标签与集中器之间的同频干扰问题, 关注有源标签通讯距离与低功耗之间的平衡点, 设计集中器与互联网通讯的优化NB-IOT方案, 进一步优化监控系统的人机交互界面。
摘要：危化品运输专用车辆大幅增长的同时, 要借助于射频通信技术、RFID技术和低功耗技术, 关注互联网+背景下的危化品运输车辆智能安防系统的设计与应用, 诸如:危化品运输车辆携带的安全防护设备设施的智能识别模块;车载嵌入式信息集中终端模块;道闸控制器模块;管理后台系统模块等, 自动采集、识别危化品运输车辆的身份信息、行驶轨迹和状态监控, 满足危化品运输车辆的运输需求。
关键词：互联网+,危化品运输车辆,智能安防系统
参考文献
[1] 危险化学品安全监管中存在的问题与措施[J].解少花.科技与创新, 2017 (07) .
[2] 刘志龙.危化品运输监控系统终端设计与实现[D].成都:电子科技大学, 2015.
[3] 骆丽, 吴凤姣.应用于无线体域网2.4GHz超低功耗唤醒接收机的设计[J].北京交通大学学报.2013 (02) :45-46.