智能可控式校园安全路障系统设计.pdf

信息技术 赵海峰 ， 等 智能可控式校园安全路障系统设计 智能可控式校 园安全路 障系统设计 赵海峰， 郭燕 ( 南京信息职业技术学院 机电分院 ， 江苏 南京 2 1 0 0 4 6 ) 摘要 ： 随着车辆的普及 ， 校园行车伤亡事故 日益增多， 造成生命财产损失， 影响校 园正常教学和 安全秩序。针对这类问题做 了相应研 究 设计 了一套基 于无线射频技 术和 G P R S技 术结合 的路 障检测与管理 系统 。在学校教 学和生活集中地段 安放路 障检测与控制 系统 配合设计 的路 障硬 件装置， 通过合理调控， 分时、 分段进行管理和放行， 避免校园事故的发生， 保障校园安全。 关键词 ： 无 线射频技 术； 路障检测 ： 安全 中图分类号 ： T HI 2 ； T P 2 7 7 文献标 志码 ： B 文章 编号 ： 1 6 7 1 5 2 7 6 ( 2 0 1 2 ) 0 5 - 0 1 5 0 - 0 3 De s i ng o f I n t e l l i g e nt Co nt r o l l a b l e Ca mpu s S a f e t y Ba r r i c a de S y s t e m Zha o Ha i f e n g，Guo Ya n， ( Me c h a n ic a l a n d E l e c t r ic a l I n s t it u t e o f N a n j i n g c o l l e g e o f i n f o r ma t i o n t e c h n o l o g y， N a n j i n g 2 1 0 0 4 6 C h i n a ) Abs t r a c t： I n r e c e n t y ea r s，wit h t he p op u l a r it y o f ve h i c le s，c amp u s t r a ffic a c c i d en t s a r e i n c r ea s ing d ay b y da y Th e y r e s ult in s ign i f ic an t los s o f lif e a n d p r o pe r t y an d a ff e c t t h e n or mal t e a ch ing o r de r an d s e c u r it y Th i s a r t ic l e d oe s t h e c or r es p o n din g r es ea r ch a nd d e s i g n s a s e t o f o b s t ac le d e t e c t ion an d ma n ag e men t s y s t em b as e d o n t h e r a dio f r eq u en c y t e c h n olog y an d GPRS t e c hn olog y I n s c h o ol t ea c h i n g a n d l ivin g lo t ，t h e ob s t a c l e d e t e c t io n an d c o n t r o l s y s t e m is p l a c e d a n d t he b a r r i c a d e h ar d war e d e v i c e is i n s t a li e d t o e n s u r e c a mp u s s a f e ty t h r o u g h r e a s o n a b l e c o n t r o l ， t ime s h a r in g ，s u b s e c t i o n ma n a g e me n t a n d r e le a s e Ke y wo r ds： r ad i o f r eq u en c y t ec hn o l o g y； ob s t a c l e d e t ec t ion； s a f e t y 0 引言 随着社会的发展， 家用轿车越来越成为人们上班和出 行的代步工具。家用轿车的普及一方面给人们带来了很 多便 利 ， 同时在安全 问题上也产生 了越来越多 的困扰 。作 为学生云集的校同 随着车辆 的普及校 园行车 的安全也越 来越得不到保障。每年有很多学校因为车辆行驶管理不 善造成或大或小的事故， 给家庭 、 学生、 校园带来了损失。 本课题主要针对上述问题， 在校园行车路线限制方面 和行车速度限制方面提 出一套新 的解决方案 ， 设计 出智 能 式可控式校 园安全路 障系统 ， 通过机械创 新和电路设计 实 现安全可控 的 目的。 1 设计 思想和 系统整体方案 1 1 设计 思想 目前 一般校 同车辆控制主要通过校 门匝道或 电动 门 栏放 行 ， 车辆一旦进入 校园就没 有任何 控制 车辆在校 园 速度得不到有效管理， 从而容易发生事故。针对上述情 况， 设计提出在校园内部集中的路段设立路障检测站 、 电 控路障装置以及通讯系统， 总体构成一套电子路障智能系 统。路障检测站任何时候都不断电工作， 在无车辆通行时 处于待发状态： 一旦有车辆到来就获取车辆信息( 包括车 辆类别、 速度等) ， 判定信息的合法性， 根据情况来控制路 障的开启， 即决定车辆是否通行 同时可以将车辆信息上 传到上位机或控制终端。 1 2 系统设计方案 智能电子路障系统是集通讯技术、 自动控制技术 、 数 据传输技术为一体的综合智能控制系统 ； 。该系统的示 意 图如罔 l所示 ： 图 1 系统 示意图 系统可以根据校 园环境在 道路 上设 置路 障检测装 置 ， 每个装置上均装有电控和通信以及识别系统， 一套系统可 有多个路障检测装置。为了能检测到车辆信息和实现数 据的交换和控制 ， 需在 车辆 上 ( 校 车 和教工 车辆 ) 安 装 车 载器， 车载器可以通过无线射频技术和路障检测装置通 信， 路障检测装置上的 G P R S模块与网中左上方的控制系 统 G P R S 模块相通 ， 来实现信息的实时交换以及人T管理 路障等功能。如果是外来车辆没有车载器， 系统还可以触 发 与路 障检测装置相 连的感应 线来检 测车辆 速度从 而控 作者简介 ： 赵海峰 ( 1 9 8 1 一 ) ， 男 ， 江苏南京人 ， 讲师， 工程师 ，研究方向为精 密仪器及机械 。 -1 5 0 h t t p ： Z Z H D c h i n a j o u r n a 1 n e t c n E - ma i l ： Z Z H Dc h a i n a j o u r n a 1 n e t C Iq 机械制造与 自动化 信息技 术 赵海峰 ， 等 智能可控式校 园安全路障 系统设计 制路障开 闭。 由此示意图和设计思路知， 该系统主要 由车载器 、 路 障检查站以及上位机控制系统、 通信接 口和电控路障等组 成 ， 其 整体 框图见图 2 。 图 2 通信框 图 车载器是一个发送车辆简易信息的无线装置。该装 置将车辆信息( 包括车牌号、 车载器编号等) 存储在可擦 除可编程的R O M内； 一旦到达路障检测站的监控范同就 被激活， 根据车辆需要发送 自己的信息。 路障检测站是处于路障所在处的检测装置， 它与车载 器、 上位机管理系统实现双向通信。在正常情况下， 它一 直处于发送巡 检信 息 的状 态 ， 激 发车载 器并 获 取 车辆 信 息， 根据上位机事先授权的信息来判定接收信息的合法 性， 进而决定路障的开启状态； 同时暂存车辆信息及通行 时间， 记录达到 1 0条时上传上位机存储。上位机管理系 统主要由 P C机 、 通信接 口和 G P R S模块组成。用 V C + + 6 0研制开发了一套实时多功能检测软件 ， 在 Wi n d o w s 操 作系统下完成实 时数据 接收功能 ， 并将 收到数据与 己建立 的数据库 中数据进行验证 ， 同时通过界 面不 断显示更新各 路障检测站信息， 主要显示功能有： 显示各路障检测站的 编码及区域位置； 显示各路障检测站车辆信息， 如车牌号 、 车型、 车辆类型( 内部或外部车) 、 车主等； 显示各路障的 开启状态 ： 显示 路障点事故状态 。 2 通信方案 的确定 本系统的通信有两部分， 1 )车载器与路障检测站之 间的通信， 2 )路障检测站与上位机 P c ( 即数据终端) 之间 的通信。 2 1 车载器与路障检测站的通信 车载器与路 障检测 站 的通 信采 用 了在 微波 频段进 行 信号的无线传输。因为系统并不要求无线信号可靠的传 输很 远 的距 离 ， 只 要 求 在 路 障检 测 站 的 有 效 检 测 范 围 3 0 5 0 r n内能进行可靠的数据传输 就可满足系统的需 要。因此在一个空旷的范围内， 使用微波频段是完全可以 实现的。对于开发设计高频的无线通信产品来说 首先要 有必需的高频通信试验设备 ， 而这些设备是比较昂贵的： 其次需要开发设计人员具有较丰富的设计高频电路的实 践经 验 ， 再次需要提供 足够的开发设计 时间。由于缺乏足 够 的资金 、 经验 和时间 ， 再加上 目前 市场上 有很 丰富 的无 线收发品模块， 而且都是 比较成熟的产品。因此综合上述 原 因利用市场现有产 品缩短 开发周 期 ， 所 以选 择 了 F c一 2 0 1 P S无线数传模块。F C一 2 0 1 P S采用单片射频集成 Ma c h i n e B u i l d i n g 8 Au to ma t i o n ， H 2 0 1 2， 4 1 ( 5 ) ： 1 5 01 5 2 电路 ， 是一种短距离、 微功率无线数传单片无线收发芯片 只需少量外围器件， 便可完成无线通信模块的设计。 2 2 路障检测站与 上位机 之间的通信 为了保证路障巡检站与上位机之间通信的实时性， 选 择 了 G P R S无线 通 信方 式 。通 用分 组无 线 业 务 G P R S是 在现有 G S M 系统 上发展 出来 的一种 新 的承载业 务 能 提 供端到端的、 广域的无线 P I 连接， 目的是为 G S M用户提 供分 组形 式的数据业 务。它具 有实 时性强 、 建 设成 本低 、 集抄 范围广 、 系统容 量大 、 数据 传输速 率高 、 通 信费 用低 、 远程控制 等特点 。特别适 用于 间断 、 突发 性或 频繁 、 少量 的数据传输 ， 也适用于偶尔的大数据量传输。 3 路 障装置设计 路 障装置 ( 图 3 ) 是埋在地下 的可控机 械结构 ， 它是路 障检测 站的一个重要 组成部 分。 作 时可 由上位机 发送 信号传递到路障检测站控制 也可由路障检测站检测来往 车辆信息实时控制 亦可分时、 分段控制 ， 如学生下课集中 时 间段可 以控 制路障升起 ， 禁 止车辆通 行。为了防止设备 间通 信不畅或通信故障 ， 路 障装置还设有手控开关 。 5 6 1 一座体； 2 一路障； 3 一定向轮； 4 一导向槽； 5 一丝杠 ； 6 一丝母 ； 7 传动导管； 8 一锥齿轮 I； 9 一锥齿轮 ； 1 0 一皮带 ； 1 1 一 直流电动机 ； 1 2 一手动 、 电动转接销 ； 1 3 一 手动摇把 ： 1 4 一 手动 、 电动转接销 卡槽 图 3 路 障机械结构 图 3 1 路障机械结构设计 如图 3所示 ， 路 障机 械结 构 由座体 1 、 路 障 2 、 丝杠 5 和螺母 6构成的升降机构 ， 锥齿轮 I、 锥齿轮 、 皮带 l 0 和直流减速 电动机 1 1或 四缸 顶部 的 手动 电动转 接 销 1 2 和手动摇把构成的动力机构组成。在座体 1内套接由路 障2， 路障 2下端的定向轮 3卡在座体 1的导 向槽 4中， 升降机构的丝杠5穿透在路障 2的顶端， 丝杠 5的下端穿 套在升降机构丝母 6内， 丝母 6通过传动导管 7与锥齿轮 8 、 锥齿轮 9组成的减速传动机构相连接， 锥齿轮 8和锥齿 轮 9组成的减速传动机构通过皮带 1 0与直流减速电动机 1 5l 信息技术 赵海峰， 等 智能可控式校园安全路障系统设计 1 1 相连接。穿套在路障2的丝杠 5顶部设有手动、 电动转 接销 1 2， 手动时转接销 1 2与丝杠 5同相而立直， 转动摇把 1 3 ， 丝杠 5随之转 动使路 障 2得 以升降 ； 电动时 ， 转接销 1 2 卡在路障 2顶端的卡槽 1 4内， 电动机带动丝母 6转动， 使 丝杠 5得以升降的旋力， 路障达到升降的目的。 3 2 路 障控制单元设计 路障控制单元主要由主回路和控制 回路组成。可以 接受外部信号触发也可以通过外设控制按钮箱控制， 其电 路结构如图4 。 控制回路 主回路 f f _ # e 誊 鼻 鏊 斗 COM X0 X 】X2 X3 X4 x5 PLC C0M 1 Y0 Y 1 + 专 图 4 路 障控 制电路 图 工作时当接近开关 V T 1接到信号路障升起， 到达设 定 的位 置 ， 碰到 S Q 1 停止 。当接近开关 V T 2接到信 号开 关降下， 到达射进的位置， 碰到 S Q 2停止。手动控制 ： 按 下 S B 1路障升起， 到达设定的位置， 碰到 S Q I停止。按下 S B 2 路障降下， 到达设定的位置， 碰到 S Q 2停止 主回路 ： 当 S Q 3按 下 ， 切 断 电动机 电源 然 后 切换 到 机械手动部分升起或降下路障!当由于断电等特殊情况 出现时， 可直接使用机械手动部分升起或降下路障1 4 结语 本智能可控式校园安全路障系统基于南京信息职业 技术学院校园环境架设和研究 实现了通信技术 ， 自动控 制技术数据、 传输技术的完美结合。能够和现有学院车辆 射频识别技术融合， 可有效降低成本提高效益 ， 并实现了 校园安全实时互 动 检测 可大 大提 高校 园 学生 的安 全 指 数 必将 为和谐校 园建设做 出积极贡献 2 。 参考文献 ： 1 朱 庆豪 不 停 车 电子路 障 系统 D 山 东 ： 山东 科 技 大 学 2 0 0 6： 6 1 6 2 韩照波 智能校园安 全监控 系统 的研究 J 安防科技 ， 2 0 0 7 ， 3： 6 6 - 6 8 收稿 日期： 2 0 1 1 1 21 6 ( 上接第 l 1 8页 ) C TS HMS i mu l a t i o n F i l e g e t e u r r e n t d i r + | d i a g n o s e i h y d r a u l i c l 提升缓慢 油箱油面过低 e o z ； C T SHM S t a r t ； F s t ar一1 Cl o s e； 调用虚拟模 块 L a b e l 2 C a p t i o n ： ：J提升缓慢 ： 显示标题名称 c x T r e e Vi e w 1 I t e m s 0 S e l e c t e d ： = f a l s e ； c x T r e e V i e w 1 I t e ms 1 S e l e c t e d ： = f a l s e ； 设置其他树形选择项为空 s p e e d b u t t o n l 4 Vi s i b l e： =t r u e： s p e e d b u t t o n l 5 Vi s i b l e： =t rue； e n d； e n d； e n d； 5 结语 本文以轮式装载机为研究对象， 将虚拟现实技术与故 障诊断技术相结合， 充分发挥二者的长处， 为操作者提供 形象逼真的故障再现过程、 故障诊断过程和故障排出过 程 。该系统可快速提高 部队技术 人员对 轮式装 载机 的故 障诊断与排除水平， 为基层维修保障人员提供了一种先进 高效的训练手段。与实装维修训练相比， 虚拟维修大大节 省 了人力物力财力 。系统通用性强 ， 此方 法亦 可适用 于其 1 52 他工程装备 。 参考 文献 ： 1 周春丽 简述工程机械 自动化 发展方 向 J 铁道建设 ， 2 0 0 9， ( 1 ) ： 4 1 43 2 朱大奇 航空 电子设备故障诊断技术研 究 D 南 京 ： 南京航 空航天大学 2 0 0 3 5 3 傅建平 ， 张培林 ， 焦文生 基于故障树与专家 系统 的 白行火炮 火 控系统故障诊断 J 四川兵工学报 ， 2 0 0 9， 3 0( 0 9 ) ： 3 2 - 3 4 4 陈炜 装卸桥 电气 控制 系统故 障树及 专家系 统的研 究 D 大连 ： 大连海事大学 ， 2 0 0 6 ， 3 5 Z a c h Ma n n GO p t i m i z i n g C o l l i s i o n D e t e c t i o n P i p e l i n e c I n P r o c e e d i n g s o f t h e F i r s t I n t e r n a t i o n a l Ga me T e c h n o l o g y C o n f e r e n c e( G T E C ) ， Ho n g K o n g ， 1 8 - 2 1 J a n u a r y 2 0 0 1 6 刘学明 飞机机械设备智能故障诊断专家系统研究 D 两 安 ： 西安电子科技 大学 ， 2 0 0 8 ， 1 7 C h a n d a R S ， B h a t t a c h a r j e e P K A R e l i a b i l i t y Ap p r o a c h t o T r a n s mi s s i o n E x p a n s i o n P l a n n i n g U s i n g F u z z y F a u l t t r e e Mo d e l J E l e c t ri c P o w e r S y s t e ms R e s e a r c h ， 1 9 9 8 ， 4 5 ( 2 ) ： 1 0 1 1 0 8 8 付建华 Me r c u r y 一 1 4型凿岩机液压系统故障诊断研 究 D 南 京： 解放军理工大学 2 0 0 9 3 收稿 日期 ： 2 0 1 1 1 21 6 h t t p ： Z Z H D c h i n a j o u r n a 1 n e t e n E - m a i l ： Z Z H D e h a i n a j o u r n a 1 n e t e n 机械制造与自 动化