CN214273738U - 一种基于姿态传感器的隧道车辆撞击预警装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于姿态传感器的隧道车辆撞击预警装置，属于智能交通技术领域，包括若干在隧道路测边沿垂直安装的检测装置及安装于隧道侧面墙上的网关；通过姿态传感器检测隧道内道路边沿是否发生车辆撞击，微控制器通过LORA通信单元将撞击事件信息发送给距离最近的网关，由该距离最近的网关将撞击事件的位置信息上传至控制平台，由控制平台下发灯光控制指令给微控制器，由微控制器控制灯光控制单元改变交通诱导灯的颜色及闪烁方式。本实用新型所提供隧道车辆撞击检测装置，通过在隧道两侧路沿布设基于姿态传感器的隧道车辆撞击检测装置，并通过网关进行组网，从而实现隧道内车辆撞击事件的精准定位、实时上报及应急灯光响应。

Description

一种基于姿态传感器的隧道车辆撞击预警装置

技术领域

本实用新型涉及车辆撞击预警装置，具体涉及一种基于姿态传感器的隧道车辆撞击预警装置。

背景技术

长期以来，隧道由于空间相对狭小封闭、光照及通风条件较差等因素，一旦隧道内发生交通事故，如若不及时发现处理，将造成巨大交通压力；对救援及疏通带来巨大困难，长隧道则隐患更甚。

要实现对整个隧道范围的全路段、不间断的监测，同时要有效检测到隧道内交通事故的发生，并及时将事故信息传送到交通应急指挥中心及道路管理单位。

现有隧道交通事故检测方式有视频监控、RFID识别及红外阵列等。其中广泛应用的是通过基于视频监控的图像处理技术进行分析，从而判断是否有交通事故发生。如专利号：CN201810881698.0，名称为“隧道事故自动检测方法”。鉴于视频监控设备的布设密度较低，仅仅布设于一些关键位置，无法做到整个隧道的全覆盖；且视频监控受光线、气象环境影响较大，对视频或图像采集的质量影响较大。

RFID采用数字标签技术，如专利号CN201120351043.6，名称为“基于RFID的高速公路隧道交通异常事件自动检测***”。其通过在车辆上安装RFID电子通行卡，在隧道内安装读卡设备，读卡设备通过识别隧道内一定时间内RFID电子通行卡的数量来判断交通运行情况， RFID读取设备的读取范围较小，且该方案只能识别安装有RFID电子通行卡的车辆，对于未安装的车辆无法进行识别，因此存在较大的局限性。

红外阵列技术在理论上存在可行性，其采用红外对射管的方式检测车辆。但在隧道易尘土堆积的情况下，后期维护成本偏高，该方案的广泛应用存在较大困难。

现有技术中，专利CN207924924U公开了一种道路预警引导***，包括预警装置和指挥平台，预警装置包括装设于汽车上的预警启动装置和分别对应装设于道路两侧的围栏上的若干个灯光引导装置，预警启动装置包括第一电源模块、第一控制芯片、GPS定位模块、撞击传感器和无线传输模块，各灯光引导装置均包括装设于围栏上的多个双色LED灯串及第二电源模块、第二控制芯片和信号接收器。当车辆发生碰撞时，预警启动装置自动启动，并发送信号给指挥平台，指挥平台根据GPS定位模块的信息，控制事故车辆两侧的各双色LED灯串亮起，使得围栏两侧的各双色LED灯串颜色不同，以此令驾驶人员知晓前方发生事故，并引导驾驶人员提前变更车道，确保道路的畅通。

上述专利主要存在以下不足：一是该专利通过无线传输模块通信，在隧道内信号不好的地方无法实现及时通信或通信效果差，二是灯光诱导装置的颜色较为单一，无法根据需要预设多种灯光方案。

发明内容

本实用新型旨在解决现有技术中存在的上述问题，提出了一种基于姿态传感器的隧道车辆撞击预警装置，该装置实现了隧道内车辆撞击事件的精准定位、实时上报及应急灯光响应。

为了实现上述发明目的，本实用新型的技术方案如下：

一种基于姿态传感器的隧道车辆撞击预警装置，包括预警装置和控制平台，其特征在于，所述预警装置包括间隔设置在隧道两侧边沿的若干撞击检测装置和与检测装置一体设置的交通诱导灯；所述检测装置包括电源、微控制器、姿态传感器、LORA通信单元 、GPS定位模块和灯光控制单元；所述电源为整个预警装置供电，姿态传感器用于检测是否有撞击事件产生，微控制器的输入端分别与所述姿态传感器、GPS定位模块连接，微控制器的输出端与所述灯光控制单元的输入端连接，灯光控制单元的输出端与交通诱导灯连接，微控制器通过LORA通信单元与控制平台建立通信连接。

进一步的，隧道内间隔设置有多个网关，撞击检测装置将撞击信号通过LORA通信单元发送到与之建立通信的网关，网关再通过4G网络将撞击事件的位置信息上传到控制平台。

进一步的，相邻的两个网关间隔400-700m布置，相邻的两个检测装置间隔10-15m布置。

进一步的，预警装置采用DC直流供电，供电范围12-60V，供电电源电路包括DC/DC电源转换电路和LDO降压电路，DC/DC电源转换电路将供电电源转换为5V为检测装置及灯光控制单元供电；LDO降压电路将5V电源转换为3.3V为微控制器、姿态传感器、LORA通信单元供电。

进一步的，所述微控制器采用32位M3系列单片机。

进一步的，所述姿态传感器采用MPU6050，其集成有三轴加速度计及三轴陀螺仪。

进一步的，所述灯光控制单元为交通诱导灯驱动电路，包括限流电阻、NMOS管栅极下拉电阻、NMOS管栅极驱动限流电阻、若干个并联的RGB全彩共阳LED灯以及用于驱动RGB全彩共阳LED灯的NMOS管。

进一步的，所述RGB全彩共阳LED灯的红端、绿端和蓝端分别对应地接入三个NMOS管，NMOS管的输入端与微控制器的输出端连接。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型所提供隧道车辆撞击预警装置，通过在隧道两侧路沿布设基于姿态传感器的隧道车辆撞击检测装置，并通过网关进行组网，从而实现隧道内车辆撞击事件的精准定位、实时上报及应急灯光响应；

2、本实用新型由于隧道车辆撞击检测装置集成了检测装置与交通诱导灯，平时也可作为隧道智能灯光诱导路标使用，一举两得；

3、本实用新型隧道车辆撞击检测装置具备诱导灯光颜色、亮度、闪烁方式调节等功能，且无需到达现场操作，通过控制平台即可远程进行设置；也可根据实际需要预设多种灯光方案（如不同天气状况、不同车流量以及事故状态下），通过与其他智能化***配合，可实现更加智能化的隧道交通运行环境。

附图说明

图1为本发明一种基于姿态传感器的隧道车辆撞击预警装置***框图；

图2为隧道车辆撞击事件响应流程图；

图3为灯光控制流程图；

图4为电源管理原理图；

图5为LED驱动电路；

其中，

1、电源；2、微控制器；3、LORA通信单元；4、姿态传感器；5、灯光控制单元；6、GPS定位模块；11、供电直流电源；12、通用二极管；13、TVS瞬态二极管；14、自恢复保险丝；15、TPS54260降压电源管理芯片；16为续流二极管；17、输出滤波电容；18、输出滤波电容；19、SPX3819低压差线性电源转换器；51、RGB全彩共阳LED；52、限流电阻；53、NMOS管；54、NMOS管栅极下拉电阻；55、NMOS管栅极驱动限流电阻。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、 “安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

本实施例提供了一种基于姿态传感器的隧道车辆撞击预警装置，包括预警装置和控制平台，所述预警装置包括集成在一起的撞击检测装置和交通诱导灯，所述撞击检测装置由电源1、微控制器2、姿态传感器4、LORA通信单元3、灯光控制单元55个部分组成，***框图见图1所示。

撞击检测装置采用DC直流供电，供电范围12-60V，较大的供电范围使得该装置可以直接接入现有的交通诱导灯***。电源1管理包含DC/DC和LDO两级电源1转换，其中DC/DC将供电电源1转换为5V，5V电源1为***及灯光控制单元5供电；LDO将5V电源1转换为3.3V，3.3V为微控制器2、姿态传感器4和LORA通信单元3供电。

微控制器2采用32位M3系列单片机，其为***的核心控制单元，负责处理姿态传感器4的数据、LORA通信及装置工作状态监测。

姿态传感器4使用MPU6050，其集成有三轴加速度计及三轴陀螺仪，该姿态传感器4通过检测车辆撞击路测时引起的撞击检测装置加速度变化来判断是否有撞击事件发生。其用于撞击检测的加速度检测灵敏度为1/1000G（G为重力加速度），通过设定合适的检测阈值，便可以有效将常规细微振动与车辆撞击区别开来，从而准确检测车辆撞击事件。

LORA通信单元3用于隧道撞击检测装置与网关间的无线通信。灯光控制单元5为隧道交通诱导灯驱动电路，交通诱导灯采用RGB全彩共阳LED51。

如图4所示为隧道车辆检测装置的电源管理部分原理图，该部分由DC/DC电源转换和LDO降压组成。11为供电直流电源；12为通用二极管，用于电源防反接保护；13为TVS瞬态二极管，用于瞬态脉冲防护；14为自恢复保险丝，用于装置过流保护；15为TPS54260降压电源管理芯片；16为续流二极管；17为输出滤波电容；18为输出滤波电容；19为SPX3819低压差线性电源转换器。12~18组成了第一级DC/DC降压转换电路，将24V直流电源转换为5V电源，SPX3819再将5V转换为3.3V。

如图5所示为灯光控制单元电路，车辆撞击检测装置所使用的交通诱导灯为RGB全彩共阳LED，采用5V供电，通过NMOS管对6个并联的RGB全彩共阳LED进行驱动，RGB全彩共阳LED灯的红端、绿端和蓝端分别对应地接入三个NMOS管，NMOS管的输入端与微控制器的输出端连接。图5中51为RGB全彩共阳LED，52为限流电阻，53为NMOS管，54为NMOS管栅极下拉电阻，55为NMOS管栅极驱动限流电阻。微控制器产生PWM信号驱动NMOS管控制6个LED的颜色和亮度，PWM信号的频率为1kHz，占空比在0~100%之间可调，占空比为0时，LED灯熄灭，占空比为100%时，LED亮度最大。LED灯的颜色通过三路PWM信号进行组合控制实现，如同时点亮R红色+G绿色将LED设置为黄色，点亮R红色+B蓝色设置为紫色，点亮R红色+G绿色+B蓝色设置为白色，需要其他颜色也可根据三基色进行组合设置。

本实用新型的工作原理：

整个隧道车辆撞击预警装置包含若干个隧道车辆撞击检测装置及网关，撞击检测装置的安装方式与隧道交通诱导灯一致，通常为间隔15m布置，网关则根据隧道长度及实际LORA通信覆盖范围灵活布置，为确保通信可靠，一般网关为间隔500m布置。全***上电工作后，撞击检测装置在不间断检测撞击事件的同时，其作为交通诱导信号灯为驾驶人员提供道路灯光诱导，当检测到车辆撞击事件发生时，车辆撞击检测装置将撞击信号通过LORA通信单元发送到网关，网关再通过4G网络将撞击事件的位置信息上传到控制平台；在上传撞击信号的同时，控制平台通过LORA通信单元下发灯光控制信息给各个撞击检测装置修改诱导灯光颜色及闪烁状态，以提醒后续车辆。

进一步的，对于长隧道，由于隧道内4G网络未能覆盖，通常仅在隧道口的第一个网关才有稳定的4G信号，当某个隧道车辆撞击检测装置检测到车辆撞击事件后，其响应流程图如图2所示。假设某个隧道内安装网关的数量为N，每个网关管理35个检测装置，车辆撞击事件发生并触发网关X下面的某个检测装置后，该检测装置将信息发送到网关X，网关X通过LORA通信单元将事件信息传送到上网关X-1，网关X-1收到信息后继续将信息传送到网关X-2，以此类推，直到网关1接收到信号并将信号上传到控制平台。通过对每个撞击检测装置配置位置信息便可实现车辆撞击事件的精准定位。在网关1上传撞击事件后，网关1下发灯光控制指令，改变诱导LED灯光颜色及闪烁方式，以提醒后续车辆注意道路状况。具体流程详见下文灯光控制说明：

基于姿态传感器的隧道车辆撞击检测装置检测到撞击事件后，可通过控制自身的诱导LED灯光颜色及闪烁状态提醒后续车辆，灯光控制的流程图见图3所示。网关1接收到撞击事件信息后，将信号上传到控制平台，并下发灯光控制指令，每个指令包含灯光方案及时间信息，网关1将指令转发给网关2并下发指令给网关1对应的多个撞击检测装置，网关1对应的撞击检测装置收到指令后执行灯光方案；网关2接收到网关1的指令后计算从网关1发出指令到网关2接收到指令的时间，并根据灯光同步周期计算延迟时间，延时对应时间后下发指令给网关2对应的撞击检测装置，使网关1和网关2下面的撞击检测装置灯光同步，下发指令的同时将指令转发给网关3。同理，以此类推可实现网关2和网关3对应撞击检测装置、......、网关N-1和网关N对应撞击检测装置的灯光同步；从而实现整个隧道内的灯光同步控制。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于姿态传感器的隧道车辆撞击预警装置，包括预警装置和控制平台，其特征在于，所述预警装置包括间隔设置在隧道两侧边沿的若干撞击检测装置和与检测装置一体设置的交通诱导灯；所述检测装置包括电源（1）、微控制器（2）、姿态传感器（4）、LORA通信单元（3）、GPS定位模块（6）和灯光控制单元（5）；所述电源（1）为整个预警装置供电，姿态传感器（4）用于检测是否有撞击事件产生，微控制器（2）的输入端分别与所述姿态传感器（4）、GPS定位模块（6）连接，微控制器（2）的输出端与所述灯光控制单元（5）的输入端连接，灯光控制单元（5）的输出端与交通诱导灯连接，微控制器（2）通过LORA通信单元（3）与控制平台建立通信连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于姿态传感器的隧道车辆撞击预警装置，其特征在于：隧道内间隔设置有多个网关，撞击检测装置将撞击信号通过LORA通信单元（3）发送到与之建立通信的网关，网关再通过4G网络将撞击事件的位置信息上传到控制平台。

3.根据权利要求2所述的一种基于姿态传感器的隧道车辆撞击预警装置，其特征在于：相邻的两个网关间隔400-700m布置，相邻的两个检测装置间隔10-15m布置。

4.根据权利要求1所述的一种基于姿态传感器的隧道车辆撞击预警装置，其特征在于：预警装置采用DC直流供电，供电范围12-60V，供电电源（1）电路包括DC/DC电源（1）转换电路和LDO降压电路，DC/DC电源（1）转换电路将供电电源（1）转换为5V为检测装置及灯光控制单元（5）供电；LDO降压电路将5V电源（1）转换为3.3V为微控制器（2）、姿态传感器（4）、LORA通信单元（3）供电。

5.根据权利要求1所述的一种基于姿态传感器的隧道车辆撞击预警装置，其特征在于：所述微控制器（2）采用32位M3系列单片机。

6.根据权利要求1所述的一种基于姿态传感器的隧道车辆撞击预警装置，其特征在于：所述姿态传感器（4）采用MPU6050，其集成有三轴加速度计及三轴陀螺仪。

7.根据权利要求1所述的一种基于姿态传感器的隧道车辆撞击预警装置，其特征在于：所述灯光控制单元（5）为交通诱导灯驱动电路，包括限流电阻（52）、NMOS管栅极下拉电阻（54）、NMOS管栅极驱动限流电阻（55）、若干个并联的RGB全彩共阳LED（51）灯以及用于驱动RGB全彩共阳LED（51）灯的NMOS管（53）。

8.根据权利要求7所述的一种基于姿态传感器的隧道车辆撞击预警装置，其特征在于：所述RGB全彩共阳LED（51）灯的红端、绿端和蓝端分别对应地接入三个NMOS管（53），NMOS管（53）的输入端与微控制器（2）的输出端连接。

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