CN108320468A - 一种传感器物联网公路护栏碰撞报警*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种公路护栏碰撞报警***，包括：护栏***、网关、监测***；护栏***和监测***通过网关进行通讯；护栏***包括：波形护栏、振动传感器、黄色的夜光显示条、高速公路两边的固定柱；振动传感器内安装有和网关进行通讯的天线板；黄色的夜光显示条固定在波形护栏上；所述的振动传感器将波形护栏固定在高速公路两边的固定柱上；网关采用LoRa通信协议通讯；监测***包括报警器，当护栏***有碰撞时进行报警。本发明可以在碰撞的第一时间内报警，黄色的夜光显示条固定在波形护栏本体上，可以减少碰撞的发生；安装和拆卸非常方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种报警***，具体涉及一种护栏***和监测***通过网关进行通讯；监测***包括报警器，当护栏***有碰撞时报警的公路护栏碰撞报警***。
背景技术
随着国内高速公路总里程的不断增加，中国已逐渐成为世界上拥有高速公路里程最长的国家。高速交通意外总是伴随着冲击和损毁高速护栏发生，而偏僻路段周边的事故更因为无人值守而不能得到及时发现，所以对护栏采用一套完整的无线监控***能更加有效的对公路段实施监测，及时报警，发现和处理相关路段交通事故，降低交通事故的损失。
发明内容
针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种护栏***和监测***通过网关进行通讯；监测***包括报警器，当护栏***有碰撞时报警的公路护栏碰撞报警***。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种公路护栏碰撞报警***，所述公路护栏碰撞报警***包括：护栏***、网关、监测***；护栏***和监测***通过网关进行通讯。
所述的护栏***包括：波形护栏、振动传感器、黄色的夜光显示条、高速公路两边的固定柱；振动传感器内安装有和网关进行通讯的天线板；黄色的夜光显示条固定在波形护栏上；所述的振动传感器将波形护栏固定在高速公路两边的固定柱上；网关采用LoRa通信协议通讯；监测***包括报警器，当护栏***有碰撞时进行报警。
在本发明的具体实施例子中，振动传感器包括：塑料头罩、信号板、天线板、锂电池、不锈钢外壳；塑料头罩和不锈钢外壳组成一个封闭的空间，将信号板、天线板、锂电池密封安装在封闭的空间内；信号板和天线板平行布置；不锈钢外壳远离塑料头罩的一端上设置有螺纹段。
在本发明的具体实施例子中，所述锂电池和不锈钢外壳之间通过弹簧连接。
在本发明的具体实施例子中，所述信号板和天线板通过小螺钉固定在不锈钢外壳上。
在本发明的具体实施例子中，所述小螺钉为塑料或橡胶螺钉。
在本发明的具体实施例子中，所述螺纹段的长度为整个振动传感器长度的 1/3-2/3。
在本发明的具体实施例子中，所述塑料头罩通过卡口卡合的形式与不锈钢外壳卡在一起。
在本发明的具体实施例子中，所述信号板和天线板之间留有间隙，所述间隙的宽度范围为1-5毫米。
在本发明的具体实施例子中，所述锂电池为工作温度-40～85℃，尺寸φ16mmx35mm，容量1500mAh，10年自放电≤20％锂电池。
在本发明的具体实施例子中，所述网关采用太阳能电池板加蓄电池结合的方式供电。
本发明的积极进步效果在于：本发明提供的公路护栏碰撞报警***，护栏***和监测***通过网关进行通讯；监测***包括报警器，当护栏***有碰撞时报警。
采用振动传感器的波形护栏，振动传感器内安装有和网关进行通讯的天线板，可以在碰撞的第一时间内报警，黄色的夜光显示条固定在波形护栏本体上，可以减少碰撞的发生；将振动传感设计成与波形护栏板固定螺钉外形尺寸完全一致，现场安装只需要卸下原有普通螺钉，更换为振动传感器即可，传感器本身具备紧固功能，可以称作“智能螺钉”。螺钉拧紧后与波形防护板可靠钢性连接，且大大降低了现场安装的难度。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明中的采用振动传感器的波形护栏的结构示意图。
图3为本发明中的振动传感器的内部结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
图1为本发明的整体结构示意图，图2为本发明中的采用振动传感器的波形护栏的结构示意图；如图1-2所示：本发明提供的公路护栏碰撞报警***，包括：护栏***1、网关2、监测***3；护栏***1和监测***3通过网关2 进行通讯；护栏***1包括：波形护栏101、振动传感器102、黄色的夜光显示条103、高速公路两边的固定柱104；振动传感器102内安装有和网关2进行通讯的天线板1023；黄色的夜光显示条103固定在波形护栏101上；相邻的黄色的夜光显示条间距为20-100米。振动传感器将波形护栏101固定在高速公路两边的固定柱104上；网关2采用LoRa通信协议通讯；监测***3包括报警器，当护栏***有碰撞时进行报警。
图3为本发明中的振动传感器的内部结构示意图；如图3所示：振动传感器102包括：塑料头罩1021、信号板1022、天线板1023、锂电池1024、不锈钢外壳1025；塑料头罩1021和不锈钢外壳1025组成一个封闭的空间，将信号板1022、天线板1023、锂电池1024密封安装在封闭的空间内；信号板1022和天线板1023平行布置；不锈钢外壳1025远离塑料头罩1021的一端上设置有螺纹段1026。锂电池1024和不锈钢外壳1025之间通过弹簧1027连接，信号板和天线板通过小螺钉1028固定在不锈钢外壳上，小螺钉1028为塑料或橡胶螺钉。
螺纹段1026的长度为整个振动传感器长度的1/3-2/3，塑料头罩通过卡口 1029卡合的形式与不锈钢外壳卡在一起，信号板和天线板之间留有间隙4，所述间隙4的宽度范围为1-5毫米。
本发明中的锂电池1024为工作温度-40～85℃，尺寸φ16mmx35mm，容量 1500mAh，10年自放电≤20％锂电池。本发明中的网关2采用太阳能电池板加蓄电池结合的方式供电。
本发明中，将振动传感设计成与波形护栏板固定螺钉外形尺寸完全一致，现场安装只需要卸下原有普通螺钉，更换为振动传感器即可，传感器本身具备紧固功能，可以称作“智能螺钉”。螺钉拧紧后与波形防护板可靠钢性连接，且大大降低了现场安装的难度。
本发明中，每一个固定柱配套的振动传感器的个数为4-8个。
本发明件设计即考虑到传感器的生产费用，电路设计本着简单可靠，功能实现为原则，以MCU+LoRa模块+振动敏感芯体三个部分组成。所选元器件为市场上大量在使用的产品，其产品可靠性得到广泛验证，且同时可以降低采购价格及难度。外壳设计也充分考虑机床加工的难度和效率及材料价格等等因素，模块目前预估千只的价格为300～500元左右。
本发明在无线传输阶段采取LoRa+NB-IOT(3G/4G)的组合模式，取两种无线模式的优点，以较低的成本获取最大的网络稳定及传输能力。
振动传感器和网关之间采用LoRa通讯，LoRa工作在1GHz以下的非授权频段，故在应用时不需要额外付费。LoRa是异步通信协议，也就是说节点可以根据具体应用场景需求进行或长或短的睡眠，对于免维护电池供电是最佳的选择。 LoRa和LoRaWAN协议，在处理干扰、网络重叠、可伸缩性等方面具有独特的特性，同时LoRa通过使用高扩频因子，将小容量数据通过大范围的无线电频谱传输出去。扩频因子越高，越多数据可从原本被认为是噪音的信号中提取出来。举例来说，LoRa发射功率为100mW(20dBm)，接收端灵敏度为-129dBm，总的链路预算为149dB。比较而言，拥有灵敏度-110dBm(这已是其极好的数据)的GFSK 无线技术，需要5W的功率(37dBm)才能达到相同的链路预算值。在实践中，大多GFSK无线技术接收端灵敏度可达到-103dBm，在此状况下，发射端发射频率必须为46dBm或者大约36W，才能达到与LoRa类似的链路预算值。因此，使用LoRa技术我们能够以低发射功率获得更广的传输范围和距离，这种低功耗广域技术正是我们所需的。
网关与公网之间通讯采用NB-IOT(3G/4G)通讯，借助于已有移动运营商稳定可靠的网络覆盖，减少项目自身的远距离组网投入。
本发明网关的设计考虑经济性和可维护性，方案建议每个网关覆盖半径 5～6km，两个网关之间间隔8～10km。这样估算一段200km的高速公路，20个左右网关就能够覆盖，即使将来有维护任务量，也不会很大。
网关供电采用太阳能+蓄电池的结合方式，采用类似高速公路视频监控的方案，在路边安装一根约10米高的金属杆，在杆上安装太阳能供电***及网关，这样可以将网关处于一个相对振动传感器较高的位置，对网关与振动传感器的通讯距离和无线信号质量有很大的帮助。
网关的设计仍需要考虑室外的工作环境，网关不同于振动传感器，网关的功能较多，电路复杂，尺寸也更大，会面临拆开维护的情况，故网关外部采用标准的室外金属防水盒，同时在内部增加环境参量的传感器，包括温度，湿度，气压(密封)等等，这些环境参量也会一并发送云端，提高网关维护工作的效率。
在本发明的具体的实施过程中，如果需要振动传感器真实可靠的感受碰撞过程，振动传感器必须和波形护栏板可靠的刚性连接，考虑到波形护栏板不规则的形状，且现场施工打孔困难等，本发明将振动传感设计成与波形护栏板固定螺钉外形尺寸完全一致，现场安装只需要卸下原有普通螺钉，更换为振动传感器即可，传感器本身具备紧固功能，可以称作“智能螺钉”。螺钉拧紧后与波形防护板可靠钢性连接，且大大降低了现场安装的难度。
本发明中的振动传感器的信号板承载加速度敏感芯体、MCU、LoRa模块等，平时振动传感器处于极低功耗状态，MCU和LoRa模块处于掉电状态，碰撞来临后，振动传感器需要唤醒MCU和LoRa模块，模块唤醒的越快，对整个碰撞过程的信号捕捉就更完整，目前的实测的时间大约是20ms。
高速公路网遍布全国，布点监测后，很难有足够的人力去给传感器更换电池，结合天然气计费表的技术要求，需要电池能连续工作十年以上不更换，故本本发明振动传感器的低功耗设计尤为重要，经调研得知，一次性锂电池能够维持10年以上的自放电低于20％，且能在-40～85℃环境下稳定工作，能满足安装到螺钉内尺寸的锂电池容量为3000mAh，经计算，满足10年工作时间要求需要传感器的待机连续工作电流低于35uA，目前本方案的硬件设计实测待机电流为10uA，低于理论值门限，能够满足大范围布点后低维护性的需求。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种公路护栏碰撞报警***，其特征在于：所述公路护栏碰撞报警***包括：护栏***、网关、监测***；护栏***和监测***通过网关进行通讯；
所述的护栏***包括：波形护栏、振动传感器、黄色的夜光显示条、高速公路两边的固定柱；振动传感器内安装有和网关进行通讯的天线板；黄色的夜光显示条固定在波形护栏上；所述的振动传感器将波形护栏固定在高速公路两边的固定柱上；网关采用LoRa通信协议通讯；监测***包括报警器，当护栏***有碰撞时进行报警。
2.根据权利要求1所述的公路护栏碰撞报警***，其特征在于：振动传感器包括：塑料头罩、信号板、天线板、锂电池、不锈钢外壳；塑料头罩和不锈钢外壳组成一个封闭的空间，将信号板、天线板、锂电池密封安装在封闭的空间内；信号板和天线板平行布置；不锈钢外壳远离塑料头罩的一端上设置有螺纹段。
3.根据权利要求2所述的公路护栏碰撞报警***，其特征在于：所述锂电池和不锈钢外壳之间通过弹簧连接。
4.根据权利要求2所述的公路护栏碰撞报警***，其特征在于：所述信号板和天线板通过小螺钉固定在不锈钢外壳上。
5.根据权利要求4所述的公路护栏碰撞报警***，其特征在于：所述小螺钉为塑料或橡胶螺钉。
6.根据权利要求2所述的公路护栏碰撞报警***，其特征在于：所述螺纹段的长度为整个振动传感器长度的1/3-2/3。
7.根据权利要求2所述的公路护栏碰撞报警***，其特征在于：所述塑料头罩通过卡口卡合的形式与不锈钢外壳卡在一起。
8.根据权利要求2所述的公路护栏碰撞报警***，其特征在于：所述信号板和天线板之间留有间隙，所述间隙的宽度范围为1-5毫米。
9.根据权利要求2所述的公路护栏碰撞报警***，其特征在于：所述锂电池为工作温度-40～85℃，尺寸φ16mmx35mm，容量1500mAh，10年自放电≤20％锂电池。
10.根据权利要求4所述的公路护栏碰撞报警***，其特征在于：所述网关采用太阳能电池板加蓄电池结合的方式供电。
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