论文部分内容阅读
路面传感器在公路交通领域有着极其重要的应用，如为公路气象站服务，远程监控特定地点，全天候、方便、快速、准确的提供路面状况信息。对于路面状况信息的监测及警报可以大大提高公路交通的安全系数。随着我国高速公路建设的不断推进，路面传感器的市场前景广阔，发展空间巨大。目前，国外有不少公司在路面传感器上做了深入的研究，并且已经实现商业化生产。而我国的路面传感器市场则完全被这些国外企业所垄断。本论文的内容则是基于对德国LUFFT公司的IRS21路面传感器工作原理和结构解析的基础上，重点研究了路面传感器中的多频检测技术，仿照并设计出自己的路面状况检测系统。
本文分析了用于路面传感器的多频检测技术并设计了路面状况检测系统，实现了路面覆盖物的辨别和水膜厚度的检测，并将检测结果上传至相应上位机。系统硬件部分包括多频检测模块，水膜厚度检测模块，RS485串口通信模块和电源模块。其中多频检测模块是路面传感器中至关重要的一个组成部分，包括多频电容子模块和温度检测子模块，该模块是用于实现路面覆盖物的辨别（如干燥、潮湿、覆冰、覆雪等），其中温度检测子模块用于辅助进行路面覆盖物的辨别。系统微控制器采用C8051F410微控制器。系统电路PCB板采用Protel99SE软件设计制作。系统软件开发采用自顶向下的设计流程，采用Silicon Laboratories IDE集成开发环境，使用Keil Cx51语言进行程序编写。系统软件主要包括C8051F410微控制器的程序设计以及各个功能模块的程序设计。
在设计和制作完成整个路面状况检测系统的基础上，本文还通过对系统样机的测试来验证系统各模块和整机的性能。对于多频检测模块的测试结果表明单纯靠路面状况检测系统的多频检测模块可以辨别一些简单的路面状况（如干燥、潮湿），而对于复杂的路面状况（覆冰、覆雪、黑冰、覆霜等）则无法正确的分辨。如果需要正确的分辨各种复杂的路面覆盖物，则需要综合路面状况检测系统的水膜厚度厚度模块以及盐度检测传感器等构成一个真正完整的路面传感器。而对于水膜厚度检测模块的测试结果表明系统可以实现水膜厚度的测量，但是其精确度仍然有待提高。
本课题的任务即是要初步实现路面传感器的实用化，并以此打破国外对于路面传感器技术的垄断，而终极目标则是实现路面传感器的MEMS化，即利用MEMS（微机电系统）技术实现路面传感器的各种功能，它具有体积小、重量轻、可靠性高等特点。如能实现这一目标，必将极大的提高路面传感器的性能，并且对路面传感器产生革命性的影响。