CN106468589B - 乘用车涉水水深探测系统 - Google Patents

乘用车涉水水深探测系统 Download PDF

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Abstract

乘用车涉水水深探测系统，采用车身倾斜与定距预测计算方法，以单片机为核心，对车身下方水深探测雷达和车身倾斜传感器得到的数据结合车速数据进行运算处理，判断车辆前方水深数值，将计算出的数据进行显示并与存储器中的限定值进行比较，在达到限定值时进行语音提示或者报警。同时，可以在驻车时将车下水深数据向用户手机报告，提示用户拯救车辆。本系统由：车辆倾斜角度传感器，车身下方水深探测雷达，车速传感器，模数转换芯片ADC0801，MCS‑51单片机8031，水深数据显示器，显示芯片MC14495，译码芯片74LS138，地址锁存芯片74HC373，程序存储器EPROM27C64等元件组成。

Description

乘用车涉水水深探测系统
技术领域
乘用车在雨天或野外使用时，经常遇到积水或河流，需要涉水行驶。本系统就是安装在乘用车上，用来探测车下和行驶道路前方涉水深度的电子装置。
背景技术
乘用车在雨天或野外使用过程中，经常遇到积水路段或溪流河流，需要涉水行驶。车下水深尤其是前方水深是否超过允许的涉水深度，是驾驶人员需要了解的重要信息。但是，目前所有乘用车上都没有这套系统，造成一些乘用车在涉水过程中遭受损失，甚至危及车上乘员的生命安全。本系统就是安装在乘用车上，用来探测车下和行驶道路前方涉水深度的探测系统。
发明内容
本发明的目的是提供一套乘用车涉水水深探测系统。本系统采用车身倾斜与定距预测计算方法，以单片机为核心，对车身下方水深探测雷达和车身倾斜传感器得到的数据结合车速数据进行运算处理，将计算出的数据进行显示并与存储器中的限定值进行比较，判断车辆前方水深数值，在达到限定值时进行语音提示或者报警，并采取制动措施，保证行车涉水安全。同时，可以在驻车时将车下水深数据向用户手机报告，提示用户拯救车辆。本系统由：车身倾斜传感器，车身下方水深探测雷达，车速传感器，模数转换芯片ADC0801，MCS-51单片机8031，水深数据显示器，显示芯片MC14495，译码芯片74LS138，地址锁存芯片74HC373，程序存储器EPROM27C64，语音芯片，制动控制模块，手机信号传输模块，扬声器组成。
按照本发明，车身倾斜与定距预测计算方法如下：
因为：T＝(Z+Y)cosβ，所以，H＝[L+(Z+Y)cosβ]tanβ，而：L＝υt，有H＝[υt+(Z+Y)cosβ]tanβ，
其中，Z为车辆轴距，Y为车辆前段长度，均为定值。当车速υ，车身倾斜角β，和时间t，这三个参数确定，就可以确定距车辆前方距离为L处的深度H。但是预测和计算任意距离处的深度，对车辆行驶是没有意义的。所以，可以根据车辆前方一定距离处的深度作为预测点，为车辆行驶提供水深信息。因此，时间t可以根据最接近实际的情况，预先设定为定值t1。由此，t1秒后车辆前方的水深为：
H＝[υt1+(Z+Y)cosβ]tanβ，这就可以根据实际车速和车身倾斜角算出车辆前方水深。或者以车辆前方一定距离L1处作为水深探测点，则：H＝[L1+(Z+Y)cosβ]tanβ，仅由车身倾斜角β的实际值就可以算出车辆前方水深。
按照本发明，车身倾斜传感器，由水平参考与角度转换装置组成，将车身纵贯线与水平面之间的夹角转换成电压值输出。车身倾斜传感器的水平参考面与车身地板平行，安装于车内。
按照本发明，车身下方水深探测雷达，实际上是一个距离探测雷达，安装于车辆发动机室内高于车辆允许涉水深度的水平面之上，并且能够探测到地面的位置处；探测雷达的探测头探测方向垂直于地面，可以将测得的探测头距车下水面的距离数值电压量传送给模数转换芯片。车身下方水深探测雷达的探测头距地平面的安装距离为h1，车身下方水深探测雷达探测得到的实际值为h，可以得到车辆下方水深为：Δh＝h1-h。当车下水深超过限定值时，发出报警信号。
按照本发明，车速传感器，可以将车身速度电压值经模数转换芯片传送给单片机。目前车辆一般装有车速传感器，也可以将车辆车速传感器信号直接接入本系统。
按照本发明，模数转换芯片ADC0801可将输入的车速、车身倾斜传感器送来的角度和车身下方水深探测雷达送来模拟信号转变为供单片机处理的数字信号；MCS-51单片机8031作为计算处理控制核心，调用程序存储器EPROM27C64内存储的计算程序和比较数据，计算出水深并控制显示和语音芯片工作；水深数据显示器由两位数码管或液晶显示组成，由显示芯片MC14495和译码芯片74LS138将单片机传来的四位数字量转换为显示值；地址锁存芯片74HC373和程序存储器EPROM27C64用来存储计算处理程序和数据；
按照本发明，语音芯片内存储语音数据，接收单片机信号后驱动扬声器发出提示或报警语音。
按照本发明，制动控制模块，作为预留扩展模块，在车辆具备制动电子控制和制动驱动装置时为其提供制动控制信号。
按照本发明，手机信号传输模块安装公共无线通讯服务商的手机卡，可向设定接收号码的手机发送语音或报警提示。
附图说明
附图结合实施实例说明本发明的具体原理和电路结构：
附图为本发明实例装置的电气原理图，图中标号标明元器件。
其中：
图1是乘用车涉水水深探测系统的探测原理几何关系图。
图2是乘用车涉水水深探测系统的电气原理图。图中：1是车身倾斜传感器，2是车身下方水深探测雷达，3是车速传感器，4是模数转换芯片ADC0801，5是，MCS-51单片机8031，6是水深数据显示器，7是显示芯片MC14495，8是译码芯片74LS138，9是地址锁存芯片74HC373，10是程序存储器EPROM27C64，11是扬声器，12是语音芯片，以及制动控制模块和手机信号传输模块。
具体实施方式
本实施实例是乘用车涉水水深探测系统的具体实现原理与结构。本系统采用的车身倾斜与定距预测计算方法，见图1，
因为：T＝(Z+Y)cosβ，所以，H＝[L+(Z+Y)cosβ]tanβ，而：L＝υt，有H＝[υt+(Z+Y)cosβ]tanβ，
其中，Z为车辆轴距，Y为车辆前段长度，均为定值。当车速υ，车身倾斜角β，和时间t，这三个参数确定，就可以确定距车辆前方距离为L处的深度H。但是预测和计算任意距离处的深度，对车辆行驶是没有意义的。所以，可以根据车辆前方一定距离处的深度作为预测点，为车辆行驶提供水深信息。因此，时间t可以根据最接近实际的情况，预先设定为定值t1。例如，一般在进入涉水路段时车速不能过高，因此可以设定车速为：υ1＝(10～20)Km/h＝(2.78～5.56)m/s，如果设定预测水深点为车辆前方：L1＝(8～12)m，由此，t1＝(1.44～4.32)s秒。如果一辆Z+Y＝2.5m的车辆进入与水平线倾斜角为：β＝8°的路面，实际车速为：υ＝5m/s，按t1＝3s秒计算，则车辆前方的水深为：H＝[υt1+(Z+Y)cosβ]tanβ＝2.46m，这就可以根据实际车速和车身倾斜角算出车辆前方水深。或者在车辆进入一段与水平线倾斜角为：β＝5°的路面，则车辆前方一定距离L1＝10m处的水深为：H＝[L1+(Z+Y)cosβ]tanβ＝1.09m，仅由车辆倾斜角度β的实际值就可以算出车辆前方10米处水深。
本系统实施实例由：车身倾斜传感器1，车身下方水深探测雷达2，车速传感器3，以及4是模数转换芯片ADC0801，5是MCS-51单片机8031，6是水深数据显示器，7是显示芯片MC14495，8是译码芯片74LS138，9是地址锁存芯片74HC373，10是程序存储器EPROM27C64，11是扬声器，12是语音芯片，还有制动控制模块和手机信号传输模块组成。
本实施实例的电路以MCS-51单片机8031单片机为核心，对车身下方水深探测雷达2和车身倾斜传感器1得到的数据结合车速数据进行运算处理，预测车辆前方水深数值。同时，将计算出的数据进行显示并与EPROM27C64程序存储器10中的限定值进行比较，比如车辆允许涉水深度为0.4米，如果车辆前方预测得到的水深在0.4米以下，则在水深数据显示器6中显示水深数值。当预测水深达到0.4米时进行语音提示或者报警，并采取制动措施，保证行车涉水安全。
按照本实施实例，车身下方水深探测雷达2，实际上是一个距离探测雷达，安装于车辆发动机室内高于车辆允许涉水深度的水平面之上，并且能够探测到地面的位置处；探测雷达的探测头探测方向垂直于地面，可以将测得的探测头距车下水面的距离数值电压量传送给ADC0801模数转换芯片4。如果车身下方水深探测雷达2的探测头距地平面的安装距离为h1，根据车身下方水深探测雷达2测得的实际值h，可以得到车辆下方水深为：Δh＝h1-h，例如，当探测头距地平面的安装距离为h1＝0.8m，车身下方水深探测雷达2探测得到的实际值为h＝0.3m，则车下水深为：Δh＝h1-h＝0.5m。当车下水深超过限定值时，发出报警信号。如果车辆安装手机信号传输模块，在驻车时就可以将车下水深探测数据向用户手机发送信息或报警，提示用户拯救车辆。
按照本实施实例，车身倾斜传感器1，由水平参考与角度转换装置组成，将车身纵贯线与水平面之间的夹角转换成电压值输出。车身倾斜传感器1的水平参考面与车身地板平行，安装于车内。
按照本实施实例，车速传感器3可以将车身速度电压值经模数转换芯片4传送给8031单片机5。目前车辆一般装有车速传感器，也可以将车辆车速传感器信号直接接入本系统使用。
按照本实施实例，ADC0801模数转换芯片4，可将输入的车速、车身倾斜传感器送来的角度和车身下方水深探测雷达送来模拟信号转变为供单片机5处理的数字信号；MCS-51单片机8031作为计算处理控制核心，调用程序存储器EPROM27C64内存储的计算程序和比较数据，计算出水深并控制显示和语音芯片工作；水深数据显示器6有两位数码管或液晶显示组成，由显示芯片MC14495和译码芯片74LS138将单片机传来的四位数字量转换为显示值；地址锁存芯片74HC373和程序存储器EPROM27C64用来存储计算处理程序和数据；
按照本实施实例，语音芯片12内存储语音数据，例如：“车辆前方水深X米”，“车下水深X米”，“前方水深超过本车涉水极限”，接收单片机信号后驱动扬声器发出提示或报警语音。
按照本实施实例，制动控制模块，作为预留扩展模块，在车辆具备制动电子控制和制动驱动装置条件下，车辆涉水深度达到涉水极限时为其提供制动控制信号。
按照本实施实例，手机信号传输模块安装公共无线通讯服务商的手机卡，可向设定接收号码的手机发送语音或报警提示。
本发明实例装置工作原理简单，工作稳定。

Claims (8)

1.乘用车涉水水深探测系统，其特征在于，采用车身倾斜与定距预测计算方法，以单片机为核心，对车身下方水深探测雷达和车身倾斜传感器得到的数据结合车速数据进行运算处理，将计算出的数据进行显示并与存储器中的限定值进行比较，判断车辆前方水深数值，在达到限定值时进行语音提示或者报警，并采取制动措施，保证行车涉水安全；车身倾斜与定距预测计算方法如下：
因为：T＝(Z+Y)cosβ，所以，H＝[L+(Z+Y)cosβ]tanβ，而：L＝υt，有H＝[υt+(Z+Y)cosβ]tanβ，
其中，Z为车辆轴距，Y为车辆前段长度，均为定值；当车速υ，车身倾斜角β，和时间t，这三个参数确定，就能够确定距车辆前方距离为L处的深度H；根据车辆前方一定距离处的深度作为预测点，为车辆行驶提供水深信息，因此，时间t根据最接近实际的情况，预先设定为定值t1，由此，t1秒后车辆前方的水深为：H＝[υt1+(Z+Y)cosβ]tanβ，这就能够根据实际车速和车身倾斜角算出车辆前方水深；也能够按车辆前方一定距离L1处作为深度预测点，则其水深为：H＝[L1+(Z+Y)cosβ]tanβ，仅由车身倾斜角β的实际值就能够算出车辆前方水深；在驻车时将车下水深数据向用户手机报告，提示用户拯救车辆；本系统由：车身倾斜传感器，车身下方水深探测雷达，车速传感器，模数转换芯片ADC0801，MCS-51单片机8031，水深数据显示器，显示芯片MC14495，译码芯片74LS138，地址锁存芯片74HC373，程序存储器EPROM27C64，语音芯片，制动控制模块，手机信号传输模块，扬声器组成。
2.如权利要求1所述的乘用车涉水水深探测系统，其特征在于，车身倾斜传感器，由水平参考与角度转换装置组成，将车身纵贯线与水平面之间的夹角转换成电压值输出，车身倾斜传感器的水平参考面与车身地板平行，安装于车内。
3.如权利要求1所述的乘用车涉水水深探测系统，其特征在于，车身下方水深探测雷达，实际上是一个距离探测雷达，安装于车辆发动机室内高于车辆允许涉水深度的水平面之上，并且能够探测到地面的位置处，探测雷达的探测头探测方向垂直于地面，能够将测得的探测头距车下水面的距离数值电压量传送给模数转换器，车身下方水深探测雷达的探测头距地平面的安装距离为h1，车身下方水深探测雷达探测得到的实际值为h，能够得到车辆下方水深为：Δh＝h1-h，当车下水深超过限定值时，发出报警信号。
4.如权利要求1所述的乘用车涉水水深探测系统，其特征在于，车速传感器，能够将车身速度电压值经模数转换芯片传送给单片机。
5.如权利要求1所述的乘用车涉水水深探测系统，其特征在于，模数转换芯片ADC0801将输入的车速、车身倾斜传感器送来的车身倾斜角和车身下方水深探测雷达送来的模拟信号转变为供单片机处理的数字信号；MCS-51单片机8031作为计算处理控制核心，调用程序存储器EPROM27C64内存储的计算程序和比较数据，计算出水深并控制显示和语音芯片工作；水深数据显示器由两位数码管或液晶显示组成，由显示芯片MC14495和译码芯片74LS138将单片机传来的四位数字量转换为显示值；地址锁存芯片74HC373和程序存储器EPROM27C64用来存储计算处理程序和数据。
6.如权利要求1所述的乘用车涉水水深探测系统，其特征在于，语音芯片内存储语音数据，接收单片机信号后驱动扬声器发出提示或报警语音。
7.如权利要求1所述的乘用车涉水水深探测系统，其特征在于，制动控制模块作为预留扩展模块，在车辆具备制动电子控制和制动驱动装置时为其提供制动控制信号。
8.如权利要求1所述的乘用车涉水水深探测系统，其特征在于，手机信号传输模块安装公共无线通讯服务商的手机卡，向设定接收号码的手机发送语音或报警提示。
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