一种基于车联网的气象信息采集节点的制作方法

本实用新型涉及一种气象信息采集节点，具体涉及一种基于车联网的气象信息采集节点。

背景技术：

车联网是车辆与车辆互联的一个新兴信息网络，它能全方位获取车辆的各项信息同时实现感知数据的计算、处理及安全可信传输，达到车辆信息的实时交互和共享的目的。近年来，伴随着科技的进步，尤其是智能传感器、射频识别（RFID）、集成电路、无线通信网络、云计算等多种技术的快速发展，车联网在国防、气象、交通控制、医疗等多个领域的应用得到广泛关注。

从古到今，气象条件一直都与人们的日常生活密切相关。作为现代交通的典型代表，高速公路对气象条件高度敏感，天气条件稍有变化，就有可能对车辆行驶产生非常大的影响。调查显示，全球平均一年就有十几万人由于交通事故而丧生，其中天气原因直接或者间接的交通事故比例高达1/4。

所以，对道路气象条件的采集和监测是高速公路能够保持平稳畅通的可靠依据。气象监测是一个长远的过程，尤其是面对道路交通的特殊性，不断出现的新型技术会不断推动检测精度与时效性等方面的发展，这就需要针对现在的技术缺陷进行改进与优化。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于车联网技术的适用于大规模部署的自动气象信息采集系统。

为了实现上述目标，本实用新型采用如下的技术方案：

一种基于车联网的气象信息采集节点，包括若干设置在高速公路两侧的路端智能节点和在高速公路上行驶的车载智能节点，所述车载智能节点和路端智能节点上分别由气象信息采集模块、信息处理模块和信息传输模块组成，所述信息处理模块将气象信息采集模块采集的气象信息通过信息传输模块传输至气象中心。

上述路端智能节点通过信息传输模块接收车载智能节点的气象信息后，整合路端智能节点采集的气象信息，通过信息传输模块传输至气象中心。

上述车载智能节点之间，通过信息传输模块相互接收气象信息。

上述气象信息采集模块包括温度传感器、湿度传感器、风速传感器、风向传感器、气压传感器、雨量传感器、能见度传感器。

进一步的，上述雨量传感器、风速传感器、风向传感器、气压传感器设置在路端智能节点上。雨量、风速、风向、气压为大范围类气象，因此采用固定点式测量即可。

进一步的，上述温度传感器、湿度传感器、能见度传感器设置在车载智能节点上。温度、湿度、能见度受绿化、空气污染、城市边郊、零时性桔梗燃烧等多种因素影响，为局部小范围气象，因此固定在移动车辆上测量。

上述气象信息包括时间信息和地点信息。

上述高速公路两侧设有若干网关节点，所述车载智能节点和/或路端智能节点通过信息传输模块，经网关节点传输至气象中心。

本实用新型的有益之处在于：

本实用新型的一种基于车联网的气象信息采集节点，充分利用现在汽车普遍具有的测温测湿和无线通讯功能，结合驾车时，实时遇到的能见度问题，将温度、湿度、和能见度这类局部气象数据的采集与汽车行驶相结合，形成车载智能节点，使得采集的气象数据更加的无死角、全路段贴合。

进一步，降低了路端智能节点测量气象数据的工作量和布点数量，只需针对雨量、风速、风向、气压大范围类气象采集数据即可。

高速公路的气象采集和车联网理念的结合，气象采集智能节点的部署改善解决现有的气象采集技术能耗高、准确度低、时效性低等不足。使用无线通信技术进行数据传输，相对于传统使用线缆通信降低了成本，提高了能源利用率。

附图说明

图1为本实用新型的一种基于车联网的气象信息采集节点的应用示意图。

图2为本实用新型的智能节点的结构示意图。

图3为本实用新型的5V电源电路图。

图4为本实用新型的12V电源电路图。

图5为本实用新型的实施例中信息处理模块单片机ATmega16主要外围电路图。

图6为本实用新型的实施例中信息传输模块CC2430芯片主要外围电路图。

附图中标记的含义如下：1、路端智能节点，2、车载智能节点。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作具体的介绍。

一种基于车联网的气象信息采集节点，包括若干设置在高速公路两侧的路端智能节点1和在高速公路上行驶的车载智能节点2；高速公路两侧设有若干网关节点。

车载智能节点2和路端智能节点1上分别由气象信息采集模块、信息处理模块和信息传输模块组成，信息处理模块将气象信息采集模块采集的气象信息通过信息传输模块，经网关节点传输至气象中心。

气象信息采集模块包括设置在路端智能节点1上的雨量传感器、风速传感器、风向传感器、气压传感器；和车载智能节点2上的温度传感器、湿度传感器、能见度传感器。

气象信息包括时间信息和地点信息。

实施例1

路端智能节点1和车载智能节点2相互独立运行。

路端智能节点1，信息处理模块将采集的包含时间和地点信息的雨量、风速、风向、气压气象信息，通过信息传输模块经网关节点传输至气象中心。

车载智能节点2，信息处理模块将采集的包含时间和地点信息的温度、湿度、能见度气象信息，通过信息传输模块经网关节点传输至气象中心。

气象中心，排除相同时间和相同地点的冗余数据，以时间和地点为横纵坐标，作出全覆盖整个高速公路路段的，包含雨量、风速、风向、气压、温度、湿度、能见度的整体气象信息图。可用于实时预警高速路段气象、也可用于统计分析气象规律，对部分非正常气象现象，作对性改善政策。

实施例2

路端智能节点1和车载智能节点2协同运行。

车载智能节点2之间，通过信息传输模块，相互接收包括气象信息，因车载智能节点2过多，导致过多信息重叠，车载智能节点2的信息处理模块，排除相同时间和相同地点的冗余数据。

车载智能节点2路过路端智能节点1时，通过信息传输模块，将上述若干时间段和地点段，包含温度、湿度、能见度气象信息，传递给路端智能节点1。

路端智能节点1结合本地收集的包含时间和地点信息的雨量、风速、风向、气压气象信息，同样过多的车载智能节点2传递的信息，导致过多信息重叠，路端智能节点1的信息处理模块，排除相同时间和相同地点的冗余数据后，通过信息传输模块经网关节点传输至气象中心。

在上述2次冗余数据的排除的基础上，气象中心对若干路端智能节点1传输的气象信息，再一次排除相同时间和相同地点的冗余数据后，作出全覆盖整个高速公路路段的，包含雨量、风速、风向、气压、温度、湿度、能见度的整体气象信息图。

具体使用时：

可将相同时间和相同地点设置一定的偏差值，在偏差范围内，默认为同一时间和同一地点。

路端智能节点1的电源模块，以太阳能蓄电池为主，锂电池为辅，避免季节性的多日的阴雨天，导致太阳能蓄电池耗尽电力。车载智能节点2的电源模块，采用汽车的动力电源。

具体利用MAX756芯片将锂电池的电压升至5V，5V电源原理图如图3所示。采用MC34063升压模块将电压升至12V，MC34063是双极型DC-DC集成电路，成本低、电路简单、输出电压可调、构成升压变换器时使用外围元件少，能够很好的完成升压任务，12V升压原理图如图4所示。适当调节电阻R22和R23的阻值，就可以得到想要的电压值。这种供电方式既可以为气象信息采集节点提供所需要能量供应，又节约了能耗，是一种非常适合车联网的供电方式。

信息采集模块由不同采集原理和结构的传感器节点组成，高速公路环境下需要采集的气象信息有七大要素：温度、湿度、降水、风速、风向、气压、能见度。各种类型的传感器对应不同的信号调理电路，同时对应不同类型的输出信号。

温度作为最基本的气象要素，本实用新型中采用DS18B20数字温度传感器进行温度检测，DS18B20独特的单总线特性使得在通信时，仅需要一个端口即可，操作方便可靠性高，成本低。湿度在一定程度上受到温度的影响，所以采用温湿度一体的数字传感器DHT11，她的测温范围不能达到零下，但是对湿度的测量稳定度高，它由电阻式感湿元件和NTC组成，电路连接方便简洁，和微处理器的一个I/O口连接，实现单总线数据格式的通信。

风速传感器采用杯状光电开关式，该传感器在-40℃-50℃，≤100%RH的环境下工作，可达到0-68m/s的测量范围，输出脉冲信号，将其连接到单片机的PD6口，进行频率的测量，即可反演出风速值。

风向传感器与单片机的I/O口连接，进入单片机的格雷码被转换为二进制输出。风向风速的采集需要同时结合导入的车辆运行信息综合计算得出，并且以静止的道路智能节点数据为准。

气压传感器MPX4105首先将需要测量的环境气压变为电压值，然后通过V/F电路产生与电压幅值相对应的脉冲序列，通过测量脉冲序列的频率得出气压值。

道路智能节点采用广泛运用的翻斗式雨量传感器，翻斗翻转一次，就通过干簧管转化为脉冲信号，再传送到ATmega16进行采集，一个脉冲信号代表0.2mm降水，通过测量脉冲信号的频率，就可以测得降水量。

能见度的测量越来越重要，本实用新型采用前向散射式CN10、M317368能见度测量仪，它结构较简单、稳定性好、可靠性高，使用红外光源，采样为交叉部分的特定采样体积。

信息处理模块采用ATMEL公司的AVR单片机ATmega16。ATmega16是高性能、低功耗、拥有1MIPS/MHz数据率的8位RISC结构的CMOS微控制器，工作电压为4.5~5.5V，带有16K字节系统内可编程Flash，512字节EEPROM，1K字节的片内SRM，32个通用I/O寄存器。三个定时/计数器（T/C）：2个拥有独立预分频器和比较器功能的8位定时器；1个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16位定时器，还具有6种睡眠模式。为延长传感器节点的生命期，在选择微处理器型号时，要选取功耗小、运算速度快并且能支持休眠模式的处理器。由于在信号采集的过程中，能见度的采集需要通过串口传输信息，为了验证信息传输的质量，需要LCD和数码管显示，所以外围电路包括：RS232串口通信；LCD液晶显示；数码管。其中RS232标准中，+3~+15V表示0，-3~-15V表示1，需要通过MAX232实现信号电平转换；LCD则采用LCD1602液晶显示；数码管采用4位共阴数码管。

信息传输模块通过综合分析产品和传感器节点设计方式，采用TI公司支持ZigBee协议的CC2430芯片来实现。通过ZigBee通信模块，各个监测节点可以组建无线传感网，只要有新的监测节点进入该无线传感网区域，无线传感网可以自动识别该监测节点，ZigBee通信模块可以将信息采集模块采集到的数据发送至附近网关节点，网关节点将数据发送到气象中心。CC2430采用0.18μmCMOS工艺，收发模式下的电流损耗分别小于27mA和25mA。它具有休眠模式，且仅用很短的时间即可转为主动模式，这些特点非常适用与基于道路车载网络气象监测的低功耗要求，可以大大延长电池寿命。CC2430在发送和接收无线射频信号时，使用差分方式，最佳差分负载为115+j180Ω。芯片本振信号靠内部电路提供，偏置电阻R3能够提供给32MHz晶振适当的电流，32MHz晶振电路包括1个32MHz X1（石英谐振器）；两个电容C12、C13。C1，C8，C10作为电源滤波的去耦电容，使元件工作更稳定。CC2430与单片机ATmega16之间通过USART串口进行数据传输。

本实用新型系统具有覆盖面广，可靠性高，效率高的特点，能够大大提升气象因素的自动监测水平，同时实现快速传输与共享，可以为高速公路平稳畅通运行提供保障。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本实用新型，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。