1、基于 DSP 的高速公路气象监测研究摘要高速公路在我国交通运输领域中占据举足轻重的位置，是国民经济和社会发展中的重要基础设施。气候变化，特别是极端恶劣天气给高速公路车辆行驶带来安全隐患，既影响交通运输又威胁生命财产。道路气象监测是高速公路气象预警、预报的重要依据，对其进行研究具有重要意义。文章设计了一套基于 DSP 的高速公路气象监测系统，采集道路的温度、湿度、能见度、风向、风速、雨量等气象因素，通过RS485/GPRS 将数据传递到远程智能交通管理系统。 关键词气象监测；高速公路；DSP；RS485/GPRS DOI1013939/jcnkizgsc201537062 1 引言 高速公路在我
2、国交通运输领域中占据举足轻重的位置，是国民经济和社会发展中的重要基础设施。气候变化，特别是极端恶劣天气给高速公路车辆行驶带来安全隐患，既影响交通运输又影响生命财产。道路气象监测是高速公路气象预警、预报的重要依据，对其研究具有重要意义1-3。 本文根据高速公路对气象监测的需求，设计了一套基于 DSP 的高速公路气象监测站，它以能见度（雾）及道面状况（路面温度、积液深度、冰百分比等）监测为核心，同时测量气象参数（温度、湿度、风向、风速、气压） 。气象监测站通过监测环境因素及时发现潜在隐患，将数据信息传送到高速公路气象灾害预警中心站，为高速公路管理部门决策提供科学依据并将信息显示到电子屏上，为运行车
3、辆提供实时气象信息。 2 系统架构及硬件设计 21 系统总体架构 本文设计一套小型气象监测站，采用 DSP 采集能见度、降水量、风速、风向、温湿度、气压强度等传感器的信号，经 RS485/GPRS 通信，可传至千米以外的 PC 机，PC 机端通过 Labview 编写上位机程序接收和显示数据，将气象监测站的数据传给高速公路气象灾害预警中心站。 22 系统硬件设计 221 传感器选型 能见度与天气现象测量选用芬兰 Vaisala 公司的 PWD22 能见度与天气现象传感器。路面状况主要是选用德国 Lufft 公司的 IRS31 被动式路面状况传感器进行降水量测量。风速选择 JL-FS2 的风速传
4、感器；风向选择 JL-FX2 的风向传感器；温湿度是环境检测必备参数，选择 SHT11 的辐照度传感器；气压采用 DP-102A 空气压力传感器。DSP 采用 56F8013，是一款低成本、高性能的 16 位处理器产品，内部集成了多个外设模块，可以完成串口通信、PWM 输出等多项功能，成本低廉、配置灵活、代码执行效率高，适用于多种自动控制系统。 222 硬件电路设计4-5 DSP 应用的最小系统是指能够使 DSP 工作的最简单电路设计。56F800系列 DSP 的最小系统一般包括：电源、上电复位电路、时钟电路、JTAG接口等。复位电路有上电复位电路，JTAG 接口也会提供一个复位信号用于手动复
5、位。56F8013 有内部时钟，所以不需要时钟电路。JTAG 接口用于上位机与目标板之间相互传输数据和信息，通过 JTAG 接口可以将程序下载到 DSP 的程序存储器中。系统供电电压为 24V，DSP 供电电压为33V，用到的芯片的供电电压为 5V，所以先通过 LM2576 将 24V 电压转化为 5V 电压，再将 5V 电压通过 LM3940 转化为 33V 给最小系统供电。 所选择的传感器提供的是 420mA 电信号，将电流进行 I/V 转化，再进行电压稳幅处理限制在 033V，将其输入 DSP 的 ADC 模块对信号进行 A/D 转换。为了保证输入模拟信号采样的精度，必须使外围 ADC
6、输入调理电路的输出阻抗远远小于 ADC 内部的阻抗；为了避免对被采集信号的模拟信号产生干扰，调理电路的输入阻抗又需要非常大，采用的调理电路如图 1 所示。 223 软件实现 本系统程序采用 C 语言开发，系统软件设计总体上分为主程序和实时中断服务程序两大部分：主程序主要进行初始化，在系统上电时执行一次，主要进行系统中各外设模块及其寄存器的初始化配置、变量初始化赋值等工作；中断程序主要通过 AD 进行能见度、路面状况、风速、风向、温度、湿度、气压等气象参数采集，采样周期为 100 微秒，并通过RS485 与上位机通信，通信时间为 1 秒一次。通过 Labview 编写上位机软件，将采集到的气象数
7、据储存到 SQL Server 数据库中，并在相应上位机软件界面显示。 224PCB 与实物 设计完原理图后，根据需求对元器件进行封装、合理布线、焊接，制作 PCB，完成的 PCB，装配好的气象监测站如图 2 所示。 3 实验测试 对气象监测站进行实验测试，通过上位机观察各气象数据，经过长时间测试，数据传输稳定准确，满足高速公路对气象数据的测量需求。 4 结论 本文通过硬件设计和软件设计，结合 DSP 的开发调试环境，设计出一套能测试能见度、降水量、温度、湿度、风向、风速、气压等气象参数的气象监测站。通过实验测试，该气象监测站在测量范围、分辨率和精度方面基本满足高速公路对气象数据的需求，并且功
8、耗低、实时测量和抗干扰能力强。 参考文献： 1罗慧，李良序，John Nairn，等公路交通事故与气象条件关系及其气象预警模型J.应用气象学报，2007，18（3）：350-352 2Edwards B JuliaThe relationship between road accident severity andrecorded weatherJ.Journal of Safety Research，2002，29（4）：249-262 3冯民学高速公路交通气象智能化监测预警系统研究M.北京：气象出版社，2007. 4王青松，高明，汪桂霞基于 DSP 的小型气象站的硬件设计D.西安：西安工业大学，2010 5冬雷 DSP 原理及电机控制系统应用M.北京：北京航空航天大学出版社，2007
