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1、本科生毕业设计（论文） 摘 要随着我国高速公路的迅速发展，及时、有效的对高速公路的环境参数的监测是很有必要的，它不但可以减少交通事故的发生，从而给人们的出行安全带来很大方便。而且同时也能有效的为高速公路维护工作提供便利。高速公路环境参数自动监测系统的设计是通过对气温、湿度、风向、风速、路面结冰状况等气象要素的采集为工作的基础。本设计讨论了GPRS的无线通讯的高速公路环境参数自动监测系统的设计，并实现了气象采集的自动化和网络化。分析各气象要素传感器的接口、参数、性能、可靠性等关键问题，确定了HMP45D型号的湿度传感器、PT100温度传感器、IRS21智能路面状况传感器、HW-N1 型能见度仪、
2、ZQZTF 风向风速传感器、确定了H7000无线DDN系统为用户提供高速、永远在线、透明数据传输的虚拟专用数据通信网络进行设计。由于高速公路环境参数自动监测系统因为其本身的地域的局限性，所以通讯方式最好采用无线通讯的方式。随着计算机网络技术的发展，GPRS数据服务除了高速、永远在线的特点外，还具备通讯费用低廉的优势。因此得到了广泛的应用。关键词：GPRS无线通讯；自动监测系统；传感器AbstractWith the rapid development of highway, timely and effective environmental parameters on the highway
3、 monitoring is necessary, it can not only reduce traffic accidents, giving people travel security bring great convenience. But also can effectively facilitate the work for the highway maintenance.Automatic monitoring of environmental parameters highway system design is through the air temperature, h
4、umidity, wind direction, wind speed, icy conditions and other meteorological elements collected for the basis of the work. This design discussed GPRS wireless communication highway environmental parameters automatic monitoring system design and realization of meteorological acquisition automation an
5、d networking. Analysis of the meteorological sensor interfaces, parameters, performance, reliability, and other key issues, identified HMP45D type humidity sensor, PT100 temperature sensor, IRS21 intelligent road condition sensors, HW-N1 type visibility meter, ZQZ-TF wind direction and speed sensor,
6、 identified H7000 wireless DDN system provides users with high-speed, always online, transparent data transmission virtual private data communications network design.Because the highway environmental parameters automatic monitoring system because of its own geographical limitations, so the best use
7、of the wireless communication means of communication. With the development of computer network technology, GPRS data services in addition to high-speed, always-on features, but also have the advantage of low-cost communications. So it has been widely used.Keywords: GPRS wireless communication; autom
8、atic monitoring system; sensor目 录第1章 绪 论11.1 研究背景11.2 国内外发展21.3 本设计的解决的问题3第2章 方案论证52.1方案对比52.2方案分析7第3章 硬件电路设计103.1单片机的选型及其外围电路的设计103.2 A/D转换器113.3传感器的选型133.3.1路面传感器133.3.2温、湿度传感器143.3.3能见度传感器173.3.4风速风向传感器193.4通讯模块的设计203.5人机接口部分的设计233.5.1按键电路的设计233.5.2显示电路的设计243.5.3报警电路的设计25第4章 软件设计264.1主流程图264.2子程序
9、流程图26第5章 通讯网络系统的功能及实现305.1 GPRS模块的设置305.2 数据中心的实现简介30第6章 总结32参考文献33致 谢34附录 I35附录II36附录III53III第1章 绪 论1.1 研究背景近年来，我国高速公路建设的发展非常迅速，自1988年建成我国第一条高速公路以来，到2010年底，我国高速公路通车里程达到7.3万km。根据国家高速公路网规划，我国正在全力以赴地加快国家高速公路网主骨架建设，到2020 年，基本建成国家高速公路网，届时，中国高速公路通车总里程将达10 万km。新路网由7 条首都放射线、9 条南北纵向线和18 条东西横向线组成, 简称为7918网。随
10、着交通运输业的飞速发展，天气条件对交通运输的影响也越来越广泛， 恶劣的天气条件给交通运输带来巨大的损失，甚至威胁人们的生命财产安全。据统计，在冰雪路面、积水路面与正常干燥路面3 种情况下， 交通事故发生的概率之为4.21.611，在寒冷地区这种现象甚至更为严重。所以，及时准确的天气信息成为交通管制部门决策支持的关键组成部分。高速公路交通气象监测系统由分布在高速公路沿线的若干个高速公路自动气象站联网组成，通过对天气变化、路面状况、空气环境进行实时监控，获取实时数据， 并实时向外界发布天气、交通的变化信息，从而使交通管制部门及时作出相应决策， 提高交通道路的安全指数，充分发挥交通道路效能。随着我国
11、公路建设的快速发展，公路建设的监测和维护工作也显得越来越重要。公路路面在实际使用的过程中，温度、水分以及载荷等因素均会对整个路面结构产生不利影响，并极大的增大了交通事故的发生几率，带来了极大的财产和生命损失。根据对四川、云南、贵州、广西、甘肃、新疆、西藏、浙江、河南、辽宁等几个省的事故资料统计研究发现，约有44% 的道路交通事故与气象条件有直接或间接的关系。数据显示，在美国每年680万起交通事故中，20% 发生在像雨、雪或冰雪这样的恶劣气象条件下问。目前我国道路交通事故数、交通事故伤亡人数及经济损失居高不下，交通安全形势恶劣。雨、雪、雾天能见度低，路面积水、结冰等都会使路面光滑、行车发漂，是形
12、成事故的重要原因之一。低收入和中等收入国家每年有100多万人因公路交通事故丧生，高收入国家则仅有12.5万人因公路交通事故丧生。先进的仪器设备来建立健全交通安全环境，完善的道路情报收集与管理，可以为相关管理部门的决策提供依据，也可以对道路使用者进行提示、警告、限制，大大减少交通事故的发生。目前中国高速公路建设快速发展，中国2008年新修通高速公路6433公里，高速公路通车总里程达到6.03万公里，继续居世界第二位。根据交通部的规划，到2020年，我国将建成国家骨架公路网，全国高速公路总里程预计将达到万公里。路面传感器市场前景广阔。目前我国路面传感器市场主要被国外的企业垄断，昂贵的价格限制了其应
13、用。实现路面传感器国产化，有着深刻的现实需求和经济前景高速公路的气象环境状况，特别是恶劣天气条件，直接影响高速公路的运营管理和行车安全。由于雨、雪、雾、积雪、结冰等天气环境条件对高速公路的运营有直接的影响，所以交通部门对高速公路交通气象监测系统的需求主要从以下几个因素上加以考虑。(1) 安全因素：在大雾等低能见度的气候条件下，高速公路很容易引发多车相撞的恶性交通事故，这类交通事故往往造成相当惊人的损失，如北京、上海、陕西、江苏、广东等地相继开始对城市道路或高速公路的头号杀手雾进行监测与预报研究，并取得许多有价值的科研成果。(2) 经济效益因素：交通事故不但造成了重大的人员伤亡，还带来其它重大的
14、经济损失。在大雾、下雪、结冰等天气情况下，往往采取关闭高速公路的办法来有效地杜绝交通事故，但关闭高建公路带来的直接经济效益损失不容轻视，因此不能准确判断各类型天气条件下高速公路的行车等级，也会带来不必要的经济损失。(3) 社会影响因素：由于公路交通重大事故比例高，人员伤亡大，人们对公路产生了潜在的死亡恐惧。据调查, 在铁路交通方便的情况下，出行者更愿意选择铁路交通。(4) 交通问题因素：封闭公路给周边城镇的交通带来了极大的压力，特别是交通容量小的小城镇，造成严重的大面积的交通阻塞和交通瘫痪。1.2 国内外发展瑞典、英国、芬兰等国家是世界上最早进行高速公路交通气象监测系统研究的国家, 许多开创性
15、的应用工作也是从这些国家逐渐推向世界各地的。近年随着各种遥测技术、网络、数据库以及GPRS 等技术的应用，国外高速公路交通气象监测系统能够向道路养护、交通运营管理以及公众出行提出更加丰富、及时、有效和全面的信息，降低道路的养护运营成本，提高道路的运营服务与安全水平。而我国高速公路交通气象监测系统研究与应用工作起步较晚，交通气象信息也主要来源于公路沿线的气象站、雾天能见度检测仪等检测设施，公路部门与气象行业业务合作不够紧密，所以总体上缺乏系统研究，提供专业服务的能力还很有限。但近年来, 随着我国高速公路的快速发展，高速公路交通气象监测系统的研究和应用已经开始受到相关部门和研究机构的重视。如安徽省
16、2009 年底已开始建设覆盖全省高速公路的恶劣气象条件监测系统、山东省已开始建设高速公路气象观测系统、山西省也将高速公路气象监测系统纳入地方“十二五”建设规划，此外河北省交通与气象部门携手加强高速公路气象监测及预警服务能力建设等，所有这些都表明了交通部门对高速公路交通气象监测系统的关注, 但我国目前该系统的主体框架基本以传统气象要素的监测为主，能见度仪和路面状态传感器大多数仍依赖于国外进口设备，可见，我国交通气象监测与服务工作还需进一步加强。由于我国对这方面的设计的不足，所以对高速高速公路自动监测系统的研究是很有必要的。国外进行气象信息采集比较有名的有意大利、法国、日本等一些公司在从事自动气象站方面的研究。气象设备的主要生产厂家有芬兰的Vasiala、意大利的DPS一Porm
