危化品罐车行驶安全监控系统终端设计(附件)
随着科学技术日益成熟，越来越多的智能化产品被应用于汽车领域，其中很多技术是针对汽车行驶与运输安全问题。危化品槽罐车是一种高危运输车型，本设计采用传感网技术与智能化手段，提高危化品罐车运输的安全性与可靠性。本设计在综合大量相关领域的文献，结合国内外发展研究现状的基础上，使用GPS、单片机、无线数据传输模块、传感网(WSN)等技术设计了一款危化品罐车行驶安全监控系统终端。该终端系统包括主控制器、信息显示模块、预警模块、无线通信模块、罐体信息采集模块和车体运行工况信息采集模块等，其主要功能是实时采集危化品罐车的罐体状态及车体运行工况，并对数据进行分析处理，及时发现安全隐患并给出预警信息，或在发生紧急事故后及时报警处理，将损失减至最小。关键词 危化品罐车，车载终端，数据采集，无线传输
目 录
1 绪论 1
1．1 课题来源 1
1．2 研究背景及意义 1
1．3 国内外研究现状 2
1．4 研究目的及主要内容 4
2 总体方案设计 5
2．1 系统组成 6
2．2 总体方案概述 6
3 硬件设计 8
3．1 各模块的选型 8
3．2 硬件原理图及电路设计 13
3．3 终端设计总成 16
4 软件设计 17
4．1 软件结构设计 17
4．2 软件流程 17
5 系统调试 19
5．1 调试目的 19
5．2 系统调试过程 20
5．3 系统调试数据 23
总结与展望 24
致谢 25
参考文献 26
附录部分 28
1 绪论
1．1 课题来源
本课题来源于国家自然科学基金项目：半挂液罐车液固耦合机理与横向稳定性控制研究（51675212）。
1．2 研究背景及意义
危化品通常具有易燃易爆、有毒有害等性质，对包括人体在内的动植物、房屋建筑、道桥设施和自然环境等具有非常严重的危害。随着我国的工业化水平不断提高，化工行业在我国国民经济 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
建设中发挥着越来越重要的作用，对作为工业重要加工原料、生产燃料的气体、液体化学品等化工原料的依赖也越来越重。
危险化学品在处理过程中经常发生的事故有：生产和储存装置故障、运输事故和装卸过程中危险物质处理不当等。在中国，产品大多通过公路运输，因此本研究仅限于公路运输危险化学品。Wanda等人他们在文章中提到，21%的化学事故发生在运输过程中，其他原因包括39%的设备故障和33%的人为错误[1]。Weili等人在他们的论文中讨论了2000年至2006年期间中国各种危险化学品事故的原因和环境问题，在此期间的大多数事故是由石油和化学爆炸造成的[2]。Yang收集了2006~2011年1400起突发化学品泄漏事故，选取了666个典型案例作为信息来源。研究结果如下：突发性泄漏事故主要发生在夏季，其中突发性泄漏事故高达95%，其中交通事故占将近一半。半数以上的事故是人为因素造成的，其次是管理原因，设备故障等[3]。
表1 危化品突发泄露事故数据统计
危化品事故统计
总数
运输
生产
使用
存储
丢弃
其他
数量
396
119
48
35
11
57
666
我国经济持续快速发展，交通运输业的重要性也愈加凸显出来。激增的车辆导致我国交通事故的频发，其中危化品运输过程中极易受到碰撞导致泄露、爆炸等危险事故，一旦事故发生必定会造成大公共设施与环境破坏，产生较大的财产损失，极有可能造成人员的伤亡、生态环境遭到破坏等严重影响。2015年1月16日，因雨雪天气影响，道路湿滑，导致荣乌高速公路上的一起危化品油罐车事件。事故起因是一辆箱式客车失速侧滑，撞上一辆运油车和一辆大客车发生爆炸，致12死6伤。2017年8月7日，山东省滨州市内发生了一起危化品液罐车爆炸事故，简称87事故。事故发生时，现场周围车辆和旅客被波及， 致5死11伤，车祸引起的直接经济损失超过一千万元。2017年8月20日10时许，在S101省道上，一辆负载 28 吨的重型罐车与一辆大货车以及一辆重型运煤车相撞，致1死2伤，罐车内一氯甲烷发生泄露，幸处理及时没有造成较大污染。因危化品运输车的危险性与特殊，多种因素可导致事故发生，包括设备故障、自然因素、人为因素等。事故发生后经常会出现危化品泄漏，有毒的化学品被驾驶员吸入后会导致中毒休克乃至死亡，严重危害人体安全。而且驾驶员在失去知觉的情况下无法做出处理措施，情况会进一步恶化。
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图1.1 危化品液罐车
为了提高危险化学品的运输安全性，积极迎合“科技兴安”的指导方针，以科技支撑产业安全。科技的发展为解决危化品安全问题提供了可能，运用自动化技术及传感器技术实现对危化品的实时状态获取和在途的远程监控以及预警报警功能。
1．3 国内外研究现状
为了解决危险化学品的运输安全问题，国内外公司和研究机构花费大量的精力和资金来研究相关技术。国外很早就着手将GPS技术应用于车辆安全领域，而中国本世纪初才开始此领域的研究。早期，国内并未将GPS用于车辆监控和调度系统，进入21世纪后，我国科研人员开始着手研究基于GPS技术的车辆监管系统，我国在此方面的研究才慢慢起步并迅速发展成熟。
近年来，国内外包括研究生在内的许多学者对危险化学品运输车辆的状态监测与预警方面进行了研究。 湖南大学龚霞结合μC/ OSIII系统，GPRS和GPS技术，研究设计了混凝土搅拌车行车安全数据采集终端系统。 该系统使用CortexM3核心的ARM单片机收集、处理、保存和无线传输有关混凝土车辆燃料消耗、油箱运行状态以及汽车实时位置的数据[4]。重庆大学黄旭设计的危化品运输车远程监控系统基于BD2/GPS定位技术，系统由车辆监测模块、无线通信模块和远程监控中心这三部分组成。车载终端负责采集车辆信息数据，通过BD2/GPS系统实现双模精确定位以及车辆与监管中心的通信[5]。文献[6～11]论述了利用GPS定位技术与传感网进行数据监控并通过无线传输实现对危化品车辆的监管与调度。陈毅设计了危化品罐箱智能监测终端。设计中使用了低功耗气体传感器，为了快速有效测取危化品运输车罐箱的运行数据，对气体传感器的瞬态响应进行深入分析，先后利用指数函数模型进行近似处理、利用线性离散化法得到递归差分模型，利用用最小二乘法估算递归差分模型的参数[12]。以上方案均是通过传感网络、定位系统与无线传输技术实现对危化品车辆的远程监控，虽然能够获取车辆的实时状态，但无法有效降低事故发生风险，或对于事故的处理存在滞后性。
目 录
1 绪论 1
1．1 课题来源 1
1．2 研究背景及意义 1
1．3 国内外研究现状 2
1．4 研究目的及主要内容 4
2 总体方案设计 5
2．1 系统组成 6
2．2 总体方案概述 6
3 硬件设计 8
3．1 各模块的选型 8
3．2 硬件原理图及电路设计 13
3．3 终端设计总成 16
4 软件设计 17
4．1 软件结构设计 17
4．2 软件流程 17
5 系统调试 19
5．1 调试目的 19
5．2 系统调试过程 20
5．3 系统调试数据 23
总结与展望 24
致谢 25
参考文献 26
附录部分 28
1 绪论
1．1 课题来源
本课题来源于国家自然科学基金项目：半挂液罐车液固耦合机理与横向稳定性控制研究（51675212）。
1．2 研究背景及意义
危化品通常具有易燃易爆、有毒有害等性质，对包括人体在内的动植物、房屋建筑、道桥设施和自然环境等具有非常严重的危害。随着我国的工业化水平不断提高，化工行业在我国国民经济 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
建设中发挥着越来越重要的作用，对作为工业重要加工原料、生产燃料的气体、液体化学品等化工原料的依赖也越来越重。
危险化学品在处理过程中经常发生的事故有：生产和储存装置故障、运输事故和装卸过程中危险物质处理不当等。在中国，产品大多通过公路运输，因此本研究仅限于公路运输危险化学品。Wanda等人他们在文章中提到，21%的化学事故发生在运输过程中，其他原因包括39%的设备故障和33%的人为错误[1]。Weili等人在他们的论文中讨论了2000年至2006年期间中国各种危险化学品事故的原因和环境问题，在此期间的大多数事故是由石油和化学爆炸造成的[2]。Yang收集了2006~2011年1400起突发化学品泄漏事故，选取了666个典型案例作为信息来源。研究结果如下：突发性泄漏事故主要发生在夏季，其中突发性泄漏事故高达95%，其中交通事故占将近一半。半数以上的事故是人为因素造成的，其次是管理原因，设备故障等[3]。
表1 危化品突发泄露事故数据统计
危化品事故统计
总数
运输
生产
使用
存储
丢弃
其他
数量
396
119
48
35
11
57
666
我国经济持续快速发展，交通运输业的重要性也愈加凸显出来。激增的车辆导致我国交通事故的频发，其中危化品运输过程中极易受到碰撞导致泄露、爆炸等危险事故，一旦事故发生必定会造成大公共设施与环境破坏，产生较大的财产损失，极有可能造成人员的伤亡、生态环境遭到破坏等严重影响。2015年1月16日，因雨雪天气影响，道路湿滑，导致荣乌高速公路上的一起危化品油罐车事件。事故起因是一辆箱式客车失速侧滑，撞上一辆运油车和一辆大客车发生爆炸，致12死6伤。2017年8月7日，山东省滨州市内发生了一起危化品液罐车爆炸事故，简称87事故。事故发生时，现场周围车辆和旅客被波及， 致5死11伤，车祸引起的直接经济损失超过一千万元。2017年8月20日10时许，在S101省道上，一辆负载 28 吨的重型罐车与一辆大货车以及一辆重型运煤车相撞，致1死2伤，罐车内一氯甲烷发生泄露，幸处理及时没有造成较大污染。因危化品运输车的危险性与特殊，多种因素可导致事故发生，包括设备故障、自然因素、人为因素等。事故发生后经常会出现危化品泄漏，有毒的化学品被驾驶员吸入后会导致中毒休克乃至死亡，严重危害人体安全。而且驾驶员在失去知觉的情况下无法做出处理措施，情况会进一步恶化。
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图1.1 危化品液罐车
为了提高危险化学品的运输安全性，积极迎合“科技兴安”的指导方针，以科技支撑产业安全。科技的发展为解决危化品安全问题提供了可能，运用自动化技术及传感器技术实现对危化品的实时状态获取和在途的远程监控以及预警报警功能。
1．3 国内外研究现状
为了解决危险化学品的运输安全问题，国内外公司和研究机构花费大量的精力和资金来研究相关技术。国外很早就着手将GPS技术应用于车辆安全领域，而中国本世纪初才开始此领域的研究。早期，国内并未将GPS用于车辆监控和调度系统，进入21世纪后，我国科研人员开始着手研究基于GPS技术的车辆监管系统，我国在此方面的研究才慢慢起步并迅速发展成熟。
近年来，国内外包括研究生在内的许多学者对危险化学品运输车辆的状态监测与预警方面进行了研究。 湖南大学龚霞结合μC/ OSIII系统，GPRS和GPS技术，研究设计了混凝土搅拌车行车安全数据采集终端系统。 该系统使用CortexM3核心的ARM单片机收集、处理、保存和无线传输有关混凝土车辆燃料消耗、油箱运行状态以及汽车实时位置的数据[4]。重庆大学黄旭设计的危化品运输车远程监控系统基于BD2/GPS定位技术，系统由车辆监测模块、无线通信模块和远程监控中心这三部分组成。车载终端负责采集车辆信息数据，通过BD2/GPS系统实现双模精确定位以及车辆与监管中心的通信[5]。文献[6～11]论述了利用GPS定位技术与传感网进行数据监控并通过无线传输实现对危化品车辆的监管与调度。陈毅设计了危化品罐箱智能监测终端。设计中使用了低功耗气体传感器，为了快速有效测取危化品运输车罐箱的运行数据，对气体传感器的瞬态响应进行深入分析，先后利用指数函数模型进行近似处理、利用线性离散化法得到递归差分模型，利用用最小二乘法估算递归差分模型的参数[12]。以上方案均是通过传感网络、定位系统与无线传输技术实现对危化品车辆的远程监控，虽然能够获取车辆的实时状态，但无法有效降低事故发生风险，或对于事故的处理存在滞后性。
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