本實(shí)用新型涉及一種氣象信息采集節(jié)點(diǎn)，具體涉及一種基于車聯(lián)網(wǎng)的氣象信息采集節(jié)點(diǎn)。

背景技術(shù)：

車聯(lián)網(wǎng)是車輛與車輛互聯(lián)的一個(gè)新興信息網(wǎng)絡(luò)，它能全方位獲取車輛的各項(xiàng)信息同時(shí)實(shí)現(xiàn)感知數(shù)據(jù)的計(jì)算、處理及安全可信傳輸，達(dá)到車輛信息的實(shí)時(shí)交互和共享的目的。近年來，伴隨著科技的進(jìn)步，尤其是智能傳感器、射頻識(shí)別（RFID）、集成電路、無線通信網(wǎng)絡(luò)、云計(jì)算等多種技術(shù)的快速發(fā)展，車聯(lián)網(wǎng)在國防、氣象、交通控制、醫(yī)療等多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用得到廣泛關(guān)注。

從古到今，氣象條件一直都與人們的日常生活密切相關(guān)。作為現(xiàn)代交通的典型代表，高速公路對(duì)氣象條件高度敏感，天氣條件稍有變化，就有可能對(duì)車輛行駛產(chǎn)生非常大的影響。調(diào)查顯示，全球平均一年就有十幾萬人由于交通事故而喪生，其中天氣原因直接或者間接的交通事故比例高達(dá)1/4。

所以，對(duì)道路氣象條件的采集和監(jiān)測(cè)是高速公路能夠保持平穩(wěn)暢通的可靠依據(jù)。氣象監(jiān)測(cè)是一個(gè)長遠(yuǎn)的過程，尤其是面對(duì)道路交通的特殊性，不斷出現(xiàn)的新型技術(shù)會(huì)不斷推動(dòng)檢測(cè)精度與時(shí)效性等方面的發(fā)展，這就需要針對(duì)現(xiàn)在的技術(shù)缺陷進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的適用于大規(guī)模部署的自動(dòng)氣象信息采集系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本實(shí)用新型采用如下的技術(shù)方案：

一種基于車聯(lián)網(wǎng)的氣象信息采集節(jié)點(diǎn)，包括若干設(shè)置在高速公路兩側(cè)的路端智能節(jié)點(diǎn)和在高速公路上行駛的車載智能節(jié)點(diǎn)，所述車載智能節(jié)點(diǎn)和路端智能節(jié)點(diǎn)上分別由氣象信息采集模塊、信息處理模塊和信息傳輸模塊組成，所述信息處理模塊將氣象信息采集模塊采集的氣象信息通過信息傳輸模塊傳輸至氣象中心。

上述路端智能節(jié)點(diǎn)通過信息傳輸模塊接收車載智能節(jié)點(diǎn)的氣象信息后，整合路端智能節(jié)點(diǎn)采集的氣象信息，通過信息傳輸模塊傳輸至氣象中心。

上述車載智能節(jié)點(diǎn)之間，通過信息傳輸模塊相互接收氣象信息。

上述氣象信息采集模塊包括溫度傳感器、濕度傳感器、風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器、氣壓傳感器、雨量傳感器、能見度傳感器。

進(jìn)一步的，上述雨量傳感器、風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器、氣壓傳感器設(shè)置在路端智能節(jié)點(diǎn)上。雨量、風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓為大范圍類氣象，因此采用固定點(diǎn)式測(cè)量即可。

進(jìn)一步的，上述溫度傳感器、濕度傳感器、能見度傳感器設(shè)置在車載智能節(jié)點(diǎn)上。溫度、濕度、能見度受綠化、空氣污染、城市邊郊、零時(shí)性桔梗燃燒等多種因素影響，為局部小范圍氣象，因此固定在移動(dòng)車輛上測(cè)量。

上述氣象信息包括時(shí)間信息和地點(diǎn)信息。

上述高速公路兩側(cè)設(shè)有若干網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，所述車載智能節(jié)點(diǎn)和/或路端智能節(jié)點(diǎn)通過信息傳輸模塊，經(jīng)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)傳輸至氣象中心。

本實(shí)用新型的有益之處在于：

本實(shí)用新型的一種基于車聯(lián)網(wǎng)的氣象信息采集節(jié)點(diǎn)，充分利用現(xiàn)在汽車普遍具有的測(cè)溫測(cè)濕和無線通訊功能，結(jié)合駕車時(shí)，實(shí)時(shí)遇到的能見度問題，將溫度、濕度、和能見度這類局部氣象數(shù)據(jù)的采集與汽車行駛相結(jié)合，形成車載智能節(jié)點(diǎn)，使得采集的氣象數(shù)據(jù)更加的無死角、全路段貼合。

進(jìn)一步，降低了路端智能節(jié)點(diǎn)測(cè)量氣象數(shù)據(jù)的工作量和布點(diǎn)數(shù)量，只需針對(duì)雨量、風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓大范圍類氣象采集數(shù)據(jù)即可。

高速公路的氣象采集和車聯(lián)網(wǎng)理念的結(jié)合，氣象采集智能節(jié)點(diǎn)的部署改善解決現(xiàn)有的氣象采集技術(shù)能耗高、準(zhǔn)確度低、時(shí)效性低等不足。使用無線通信技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，相對(duì)于傳統(tǒng)使用線纜通信降低了成本，提高了能源利用率。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的一種基于車聯(lián)網(wǎng)的氣象信息采集節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用示意圖。

圖2為本實(shí)用新型的智能節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本實(shí)用新型的5V電源電路圖。

圖4為本實(shí)用新型的12V電源電路圖。

圖5為本實(shí)用新型的實(shí)施例中信息處理模塊單片機(jī)ATmega16主要外圍電路圖。

圖6為本實(shí)用新型的實(shí)施例中信息傳輸模塊CC2430芯片主要外圍電路圖。

附圖中標(biāo)記的含義如下：1、路端智能節(jié)點(diǎn)，2、車載智能節(jié)點(diǎn)。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作具體的介紹。

一種基于車聯(lián)網(wǎng)的氣象信息采集節(jié)點(diǎn)，包括若干設(shè)置在高速公路兩側(cè)的路端智能節(jié)點(diǎn)1和在高速公路上行駛的車載智能節(jié)點(diǎn)2；高速公路兩側(cè)設(shè)有若干網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。

車載智能節(jié)點(diǎn)2和路端智能節(jié)點(diǎn)1上分別由氣象信息采集模塊、信息處理模塊和信息傳輸模塊組成，信息處理模塊將氣象信息采集模塊采集的氣象信息通過信息傳輸模塊，經(jīng)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)傳輸至氣象中心。

氣象信息采集模塊包括設(shè)置在路端智能節(jié)點(diǎn)1上的雨量傳感器、風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器、氣壓傳感器；和車載智能節(jié)點(diǎn)2上的溫度傳感器、濕度傳感器、能見度傳感器。

氣象信息包括時(shí)間信息和地點(diǎn)信息。

實(shí)施例1

路端智能節(jié)點(diǎn)1和車載智能節(jié)點(diǎn)2相互獨(dú)立運(yùn)行。

路端智能節(jié)點(diǎn)1，信息處理模塊將采集的包含時(shí)間和地點(diǎn)信息的雨量、風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓氣象信息，通過信息傳輸模塊經(jīng)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)傳輸至氣象中心。

車載智能節(jié)點(diǎn)2，信息處理模塊將采集的包含時(shí)間和地點(diǎn)信息的溫度、濕度、能見度氣象信息，通過信息傳輸模塊經(jīng)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)傳輸至氣象中心。

氣象中心，排除相同時(shí)間和相同地點(diǎn)的冗余數(shù)據(jù)，以時(shí)間和地點(diǎn)為橫縱坐標(biāo)，作出全覆蓋整個(gè)高速公路路段的，包含雨量、風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓、溫度、濕度、能見度的整體氣象信息圖?？捎糜趯?shí)時(shí)預(yù)警高速路段氣象、也可用于統(tǒng)計(jì)分析氣象規(guī)律，對(duì)部分非正常氣象現(xiàn)象，作對(duì)性改善政策。

實(shí)施例2

路端智能節(jié)點(diǎn)1和車載智能節(jié)點(diǎn)2協(xié)同運(yùn)行。

車載智能節(jié)點(diǎn)2之間，通過信息傳輸模塊，相互接收包括氣象信息，因車載智能節(jié)點(diǎn)2過多，導(dǎo)致過多信息重疊，車載智能節(jié)點(diǎn)2的信息處理模塊，排除相同時(shí)間和相同地點(diǎn)的冗余數(shù)據(jù)。

車載智能節(jié)點(diǎn)2路過路端智能節(jié)點(diǎn)1時(shí)，通過信息傳輸模塊，將上述若干時(shí)間段和地點(diǎn)段，包含溫度、濕度、能見度氣象信息，傳遞給路端智能節(jié)點(diǎn)1。

路端智能節(jié)點(diǎn)1結(jié)合本地收集的包含時(shí)間和地點(diǎn)信息的雨量、風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓氣象信息，同樣過多的車載智能節(jié)點(diǎn)2傳遞的信息，導(dǎo)致過多信息重疊，路端智能節(jié)點(diǎn)1的信息處理模塊，排除相同時(shí)間和相同地點(diǎn)的冗余數(shù)據(jù)后，通過信息傳輸模塊經(jīng)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)傳輸至氣象中心。

在上述2次冗余數(shù)據(jù)的排除的基礎(chǔ)上，氣象中心對(duì)若干路端智能節(jié)點(diǎn)1傳輸?shù)臍庀笮畔?，再一次排除相同時(shí)間和相同地點(diǎn)的冗余數(shù)據(jù)后，作出全覆蓋整個(gè)高速公路路段的，包含雨量、風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓、溫度、濕度、能見度的整體氣象信息圖。

具體使用時(shí)：

可將相同時(shí)間和相同地點(diǎn)設(shè)置一定的偏差值，在偏差范圍內(nèi)，默認(rèn)為同一時(shí)間和同一地點(diǎn)。

路端智能節(jié)點(diǎn)1的電源模塊，以太陽能蓄電池為主，鋰電池為輔，避免季節(jié)性的多日的陰雨天，導(dǎo)致太陽能蓄電池耗盡電力。車載智能節(jié)點(diǎn)2的電源模塊，采用汽車的動(dòng)力電源。

具體利用MAX756芯片將鋰電池的電壓升至5V，5V電源原理圖如圖3所示。采用MC34063升壓模塊將電壓升至12V，MC34063是雙極型DC-DC集成電路，成本低、電路簡單、輸出電壓可調(diào)、構(gòu)成升壓變換器時(shí)使用外圍元件少，能夠很好的完成升壓任務(wù)，12V升壓原理圖如圖4所示。適當(dāng)調(diào)節(jié)電阻R22和R23的阻值，就可以得到想要的電壓值。這種供電方式既可以為氣象信息采集節(jié)點(diǎn)提供所需要能量供應(yīng)，又節(jié)約了能耗，是一種非常適合車聯(lián)網(wǎng)的供電方式。

信息采集模塊由不同采集原理和結(jié)構(gòu)的傳感器節(jié)點(diǎn)組成，高速公路環(huán)境下需要采集的氣象信息有七大要素：溫度、濕度、降水、風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓、能見度。各種類型的傳感器對(duì)應(yīng)不同的信號(hào)調(diào)理電路，同時(shí)對(duì)應(yīng)不同類型的輸出信號(hào)。

溫度作為最基本的氣象要素，本實(shí)用新型中采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器進(jìn)行溫度檢測(cè)，DS18B20獨(dú)特的單總線特性使得在通信時(shí)，僅需要一個(gè)端口即可，操作方便可靠性高，成本低。濕度在一定程度上受到溫度的影響，所以采用溫濕度一體的數(shù)字傳感器DHT11，她的測(cè)溫范圍不能達(dá)到零下，但是對(duì)濕度的測(cè)量穩(wěn)定度高，它由電阻式感濕元件和NTC組成，電路連接方便簡潔，和微處理器的一個(gè)I/O口連接，實(shí)現(xiàn)單總線數(shù)據(jù)格式的通信。

風(fēng)速傳感器采用杯狀光電開關(guān)式，該傳感器在-40℃-50℃，≤100%RH的環(huán)境下工作，可達(dá)到0-68m/s的測(cè)量范圍，輸出脈沖信號(hào)，將其連接到單片機(jī)的PD6口，進(jìn)行頻率的測(cè)量，即可反演出風(fēng)速值。

風(fēng)向傳感器與單片機(jī)的I/O口連接，進(jìn)入單片機(jī)的格雷碼被轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制輸出。風(fēng)向風(fēng)速的采集需要同時(shí)結(jié)合導(dǎo)入的車輛運(yùn)行信息綜合計(jì)算得出，并且以靜止的道路智能節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。

氣壓傳感器MPX4105首先將需要測(cè)量的環(huán)境氣壓變?yōu)殡妷褐?，然后通過V/F電路產(chǎn)生與電壓幅值相對(duì)應(yīng)的脈沖序列，通過測(cè)量脈沖序列的頻率得出氣壓值。

道路智能節(jié)點(diǎn)采用廣泛運(yùn)用的翻斗式雨量傳感器，翻斗翻轉(zhuǎn)一次，就通過干簧管轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)，再傳送到ATmega16進(jìn)行采集，一個(gè)脈沖信號(hào)代表0.2mm降水，通過測(cè)量脈沖信號(hào)的頻率，就可以測(cè)得降水量。

能見度的測(cè)量越來越重要，本實(shí)用新型采用前向散射式CN10、M317368能見度測(cè)量儀，它結(jié)構(gòu)較簡單、穩(wěn)定性好、可靠性高，使用紅外光源，采樣為交叉部分的特定采樣體積。

信息處理模塊采用ATMEL公司的AVR單片機(jī)ATmega16。ATmega16是高性能、低功耗、擁有1MIPS/MHz數(shù)據(jù)率的8位RISC結(jié)構(gòu)的CMOS微控制器，工作電壓為4.5~5.5V，帶有16K字節(jié)系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash，512字節(jié)EEPROM，1K字節(jié)的片內(nèi)SRM，32個(gè)通用I/O寄存器。三個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器（T/C）：2個(gè)擁有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時(shí)器；1個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時(shí)器，還具有6種睡眠模式。為延長傳感器節(jié)點(diǎn)的生命期，在選擇微處理器型號(hào)時(shí)，要選取功耗小、運(yùn)算速度快并且能支持休眠模式的處理器。由于在信號(hào)采集的過程中，能見度的采集需要通過串口傳輸信息，為了驗(yàn)證信息傳輸?shù)馁|(zhì)量，需要LCD和數(shù)碼管顯示，所以外圍電路包括：RS232串口通信；LCD液晶顯示；數(shù)碼管。其中RS232標(biāo)準(zhǔn)中，+3~+15V表示0，-3~-15V表示1，需要通過MAX232實(shí)現(xiàn)信號(hào)電平轉(zhuǎn)換；LCD則采用LCD1602液晶顯示；數(shù)碼管采用4位共陰數(shù)碼管。

信息傳輸模塊通過綜合分析產(chǎn)品和傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方式，采用TI公司支持ZigBee協(xié)議的CC2430芯片來實(shí)現(xiàn)。通過ZigBee通信模塊，各個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)可以組建無線傳感網(wǎng)，只要有新的監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入該無線傳感網(wǎng)區(qū)域，無線傳感網(wǎng)可以自動(dòng)識(shí)別該監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，ZigBee通信模塊可以將信息采集模塊采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送至附近網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)發(fā)送到氣象中心。CC2430采用0.18μmCMOS工藝，收發(fā)模式下的電流損耗分別小于27mA和25mA。它具有休眠模式，且僅用很短的時(shí)間即可轉(zhuǎn)為主動(dòng)模式，這些特點(diǎn)非常適用與基于道路車載網(wǎng)絡(luò)氣象監(jiān)測(cè)的低功耗要求，可以大大延長電池壽命。CC2430在發(fā)送和接收無線射頻信號(hào)時(shí)，使用差分方式，最佳差分負(fù)載為115+j180Ω。芯片本振信號(hào)靠內(nèi)部電路提供，偏置電阻R3能夠提供給32MHz晶振適當(dāng)?shù)碾娏鳎?2MHz晶振電路包括1個(gè)32MHz X1（石英諧振器）；兩個(gè)電容C12、C13。C1，C8，C10作為電源濾波的去耦電容，使元件工作更穩(wěn)定。CC2430與單片機(jī)ATmega16之間通過USART串口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

本實(shí)用新型系統(tǒng)具有覆蓋面廣，可靠性高，效率高的特點(diǎn)，能夠大大提升氣象因素的自動(dòng)監(jiān)測(cè)水平，同時(shí)實(shí)現(xiàn)快速傳輸與共享，可以為高速公路平穩(wěn)暢通運(yùn)行提供保障。

以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理、主要特征和優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，上述實(shí)施例不以任何形式限制本實(shí)用新型，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。