1、1基于物联网技术的高速公路机电设备运行状况监测的探讨摘要：本项目研究、分析高速公路机电设备运行状况管理的现状和需求，针对某些点比较分散、远程线路铺设困难、无现成检测传感器的关键设备安装温度、湿度、电压等传感器，实现设备的连续状态检测和诊断，变高速公路机电设备目前的“故障检测” 、 “故障维护”为“状态检测” 、 “状态维护” ，促进高速公路机电设备的规范管理，使点多分散、技术复杂、整体性强的高速公路机电设备得到科学合理的管理，提高设备完好率和服务水平，有效降低设备维护成本，保障高速公路的安全、高效、舒适和通畅运行。 关键词： 物联网、高速公路机电、状态维护 中图分类号：U412.36+6 文献
2、标识码： A 文章编号： 一、引言 高速公路机电设备分布在整条高速公路上，量大面广种类多。经长期运行，外场机柜机箱会逐渐达不到原定的 IP 标准，又使用于盐雾较重、夏季炎热高温和常年多雾的地区，经日晒雨淋和风沙打磨，外壳极易腐蚀生锈，防护等级下降；涉及电子元器件较多的机电设备受温度影响，过高或过低的温度会使设备运行不稳定，加速老化，降低了使用寿命。环境温度、湿度、盐雾水汽过大，导致机电设备绝缘性能下降，会导致2设备工作不正常。 及时了解机电设备内部的温度、湿度，电压等变化，对机电设备的预防性养护、 “状态维护”具有十分重大的意义。但是，高速公路机电设备的维护人员数量有限，面对“状态检测”巨大的
3、工作量是无能为力的，特别是不可能对外场设备、电子设备、大型机电设备经常化作定期现场开箱检测。因此，物联网技术在高速公路机电设备远程“状态检测”的应用具有重要意义。 二、国内外同类技术发展现状 在国外，许多知名学府和公司针对各种不同的设备进行了远程监测与诊断系统的研究，如采用 Java 技术建立了基于 B/S 模式的核电站远程诊断演示系统；麻省理工学院利用 PLC 模块与以太网络，实现了远程检测控制系统。 在国内，远程状态检测的研究和应用也有了很大的进步和发展。华中理工大学机械学院在 Internet 上建立了设备故障远程诊断中心，向国内介绍远程诊断技术，并以技术示范的方式向用户提供远程诊断服务
4、。国内其他高校如天津大学、浙江大学、华南理工大学和南京航空航天大学也都在进行远程故障诊断的研究和开发工作。 三、系统组成和功能简介 1、系统组成 系统以物联网技术为基础，采用 Zigbee 无线组网技术，实现多节点温度、湿度、电压等参数的监控检测。 系统可分为传感器节点、感应基站、远程通讯模块和检测管理中心。3（1）传感器节点：其内存可以存储对象的身份等信息，其身份在系统内唯一识别，最大可以识别 6 万多个身份。传感器节点采用了最新的超低功耗技术，一个电池就可连续工作数年之久。传感器节点平时在不停地主动向外发布信息，信息由感应基站所感应，感应信息通过基站“波浪式”向外扩散，无线接力传送到 HU
5、B 感应基站，再通过远程通信模块将信息传送到检测管理中心。 （2）感应基站：感应基站完成感应区域对传感器节点的扫描检测和数据传递，可安装在需要检测的位置和部位（如外场电源机箱内、工控机机箱内） 。感应基站不停的连续快速扫描，感应是否有传感器节点的信息，一旦感应到就接收信息，并把接收的信息以“波浪式”扩散方式转发给临近的感应基站，临近的感应基站都将会把自己接收到的信息再次扩散转发给临近的节点，最终把信息扩散到网络上的所有基站，扩散转发到 HUB 式感应基站，HUB 式感应基站同时完成和远程通信模块的通信管理工作。感应基站的数据，可以通过临近基站无线上传，安装时要考虑基站和基站之间的距离，一般在
6、50 米80 米，相邻基站可设置在视线范围内。感应基站对传感器节点的感应范围在 510 米左右。 （3）远程通讯模块：可利用手提电脑实现移动检测，也可建远程管理中心，远程管理中心可通过 GPS/GPRS 与控制中心进行信息交互，也可通过网络实现远程管理。 （4）检测管理中心：检测管理中心处理感应基站转发的信息，确认数据的有效性后，将数据输入维护预警系统数序模型，进行分析处理，4提供设备维护预警信息。检测管理中心可在检测区附近就近建设，可只建 1 个检测中心，也可建多个检测分中心。管理中心信息显示可根据用户的需求定制。 2、功能实现原理 （1）传感器节点功能实现原理 传感器节点主要由 Zigbe
7、e 无线引擎、温湿度传感器和微处理器组成。Zigbee 无线引擎完成无线数据接收发送、无线搜索、自动组网等功能，接收到数据时，通知微处理器有数据要求处理，发送数据时，发送数据由微处理器提供，Zigbee 无线引擎接收数据后通过无线发送出去。 传感器节点为了及时提供检测信息，主动地用广播形式以一定的时间间隔向外发射一次检测信息。由于无线引擎内嵌有优化的数据防碰撞技术，同一个感应基站同时可处理 50 个以上传感器节点。 （2）感应基站功能实现原理 一个感应基站主要由 Zigbee 无线引擎、高速微处理器组成。Zigbee无线引擎通常工作在快速扫描工作状态，用于监控感应区内的传感器节点，快速扫描可保
8、证多个传感器信息同时快速感应。高速微处理器一方面完成扫描数据的处理缓存，扫描数据包括本感应基站区域内的传感器节点数据和临近基站转发来的感应数据；另一方面可完成转发数据的处理，转发数据包括本身感应基站感应的数据，临近基站转发过来的感应数据。当感应到传感器节点信息或其他临近感应基站信息时，首先对数据进行辨认，如果是传感节点的信息，处理后转发给临近基站；如果数据是临近基站转发过来的数据，就对数据进行确认，确认是否已经转发5过或者是自己转发的，如果是就不再转发，如果不是就转发。多个感应基站组合，即可完成数据的“波浪式”扩散传递。 感应基站的电源管理，在有交流电供电时，优先使用交流电，并对蓄电池充电。一
9、旦出现突发事件交流供电中断时，电源管理可实现交流电到内置电池直流电的无缝切换。当由直流电供电后，可维持累计 50 小时以上，以提供恢复市电供电所需的时间。 （3）检测管理中心功能实现原理 检测管理中心的远程通信模块接收来自检测点的数据，并传送给工作电脑。系统管理软件首先对数据有效性进行确认，根据检测点传来的数据、检测点所处的位置等信息，将数据归类存档，系统分析功能模块，利用故障诊断模型，对收集的大量数据进行分析，根据分析结果，向管理中心提供相关的维护预警信息。 四、系统的应用与试点 该系统于 2013 年 3 月于龙丽丽龙高速公路遂昌中心所及下辖站点进行了试点，系统通过 3 个月的试运行，基本
10、到达项目预期的效果，有效提高了高速公路机电设备维护的质量。该系统界面友好，操作方便，运行稳定、可靠，按照系统既定的规范化流程进行管理，系统各功能模块完全满足业务需求。实施具体效果如图 1、图 2 所示： 图 1 实时数据显示图 2 收费车道设备监控 五、结论 6本研究成果从高速公路机电设备的源头上跟踪设备的运行状况，为机电设备管理部门加强检验创造良好条件，提高了基层管理部门的办公效率及办公自动化水平，满足了机电管理工作的需要。系统具有安装、操作简便的特点，有很好的兼容性，为系统的进一步升级预留了接口，便于与其他系统兼容。 参考文献 1李锦涛 郭俊波 射频识别（ZIGBEE）技术及应用.信息技术快报 2004 年 11 期 2陈仲生， 杨拥民. 机器状态监测与故障诊断综述 J . 机电工程，2000. 17( 5) . 3张建民. 传感器与检测技术M . 北京: 机械工业出版社. 2000. 4 高速公路机电设备故障预测及维修决策系统研究 李卓
