CN106681225B - 城市道路护栏状态监测装置及其监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种城市道路护栏状态监测装置及其监测方法，监测装置包括太阳能组件、检测单元、储能单元和侧压簧式开关；检测单元由猝发电源储能电路、电源管理电路、微处理器电路和无线通信模块组成。侧压簧式开关安装在护栏上。护栏姿态正常，侧压簧式开关闭合，检测单元处于待机状态，太阳能组件给储能单元充电；护栏姿态异常，侧压簧式开关断开，检测单元的电源管理电路控制向微处理器电路供电，微处理器电路控制对猝发电源储能电路充电并在充电完成后使无线通信模块发出护栏异常信息，发送完毕后电源管理电路进入低功耗模式等待维修。该城市道路护栏状态监测装置待机较长。

Description

城市道路护栏状态监测装置及其监测方法

技术领域

本发明涉及城市道路护栏养护及智能监测领域，特别涉及一种城市道路可移动式护栏的状态监测装置及其监测方法。

背景技术

在各类公路尤其是城市道路上，可移动式道路护栏成为必备交通设置之一，使用量巨大，分布广发，从而导致护栏的维护与检修工作量巨大，而因交通事故、恶劣天气导致护栏移位、横卧、侧翻现象发生平率较高，极难在第一时间准确定位，给护栏维修工作带来极大的不便，也容易产生二次交通事故，降低人们出行的安全感。目前也有不少道路交通护栏智能管理方面的研究，如申请公布号为CN102063780A的“基于物联网技术的公路护栏撞击定位和报警系统及方法”发明专利，其公开了被动查询工作方式报警装置，要求整个检测单元必须一直处于被轮询监控方式；再如申请公布号为CN201310245208的“道路交通护栏智能管理系统”发明专利，其公开了基于三轴加速度传感器和无线通信模式的复杂系统，工作过程中微处理、传感电路、放大及驱动电路一直处于工作状态，其无线发送模块供电为可控方式。但城市道路护栏介于安全的需要必须处于可移动的状态，则无法使用市电，已有护栏监测成果中，部分电路或全部电路处于时时正常工作状态，存在电路功耗比较大的问题，在长时间阴雨天气、特别是梅雨季节很容易使报警系统电能耗尽，失去报警功能；同时系统设计过于复杂，不利于微型化，则不易安装在道路护栏内或者将增大护栏的体积，并不利于道路安全。

发明内容

本发明要解决的技术问题是在于提供一种功耗较小、待机较长且安全性较好的城市道路护栏状态监测装置及其监测方法。

实现本发明目的的技术方案之一是提供一种城市道路护栏状态监测装置，包括太阳能组件、检测单元、储能单元和至少1个侧压簧式开关，其中太阳能组件包括太阳能电池板；所有侧压簧式开关串联连接形成侧压簧式开关组；

检测单元由猝发电源储能电路、电源管理电路、微处理器电路和无线通信模块组成；检测单元的电源管理电路由一级稳压电路、防接反电路、栅极偏置电阻R1、源极电阻R2、栅极偏置电阻R3、源极电阻R4、场效应管T1、场效应管T2、可控逆变升压电路和二级可控稳压电路组成；防接反电路包括二极管D1和二极管D2，二极管D1的负极与二极管D2的正极连接；二极管D1采用普通整流二极管，二极管D2采用肖特基二极管；可控逆变升压电路的使能端EN的控制开关T1和二级可控稳压电路的使能端EN的控制开关T2均选用绝缘栅型场效应管；一级稳压电路的输入端与太阳能组件的太阳能电池板电连接，一级稳压电路的输出端与防接反电路的输入端即二极管D1的正极电连接，防接反电路的输出端即二极管D2的负极与可控逆变升压电路的输入端电连接，二极管D1的负极还与储能单元电连接；可控逆变升压电路的使能端EN与场效应管T1的源极和电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与参考点连接；场效应管T1的漏极与电阻R1的一端、防接反电路的输出端、可控逆变升压电路的输入端连接，电阻R1的另一端与场效应管T1的栅极、侧压簧式开关组的输出端相连，侧压簧式开关组的另一端与参考点连接；二级可控稳压电路的使能端EN与场效应管T2的源极、电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与参考点连接；场效应管T2的漏极与可控逆变升压电路的输出端、二级可控稳压电路的输入端连接；电阻R3的一端与场效应管T2的栅极连接，R3的另一端与微处理器电路连接；二级可控稳压电路的输出端与猝发电源储能电路的输入端连接，猝发电源储能电路的输出端与无线通信模块电连接；猝发电源储能电路的输出端通过分压后还与微处理器电路连接。

进一步的，护栏姿态处于正常情况时，侧压簧式开关处于闭合状态；护栏姿态处于异常情况时，侧压簧式开关断开；侧压簧式开关采用插头插座形式，安置在护栏立柱连接件和护栏横梁内部，侧压簧式开关的用于切换开关状态的受力部位抵在相应的立柱侧面上。

进一步的，太阳能组件还包括防护外罩；防护外罩设置在太阳能电池板的受光面侧。

进一步的，储能单元采用3节或4节可充电电池。

进一步的，所述猝发电源储能电路由一个或多个电容并联组成，总容量大于等于1000uF。

进一步的，所述猝发电源储能电路采用法拉电容，总容量大于等于1000uF。

进一步的，所述电源管理电路的一级稳压电路、防接反电路、可控逆变升压电路和二级可控稳压电路的非工作模式下功耗均为微安级别；其中一级稳压电路的参数要求为：最大持续输入电压为24V，输出电压为6V，典型持续输出为100mA，无负载静态最大电流为7uA；无线通信模块采用GPRS收发模块；微处理器电路采用自带AD转换电路的单片机；栅极偏置电阻R1、R3阻值为1MΩ，源极电阻R2、R4为100KΩ。

进一步的，所述太阳能组件置于护栏立柱顶端，检测单元和储能单元设置于护栏立柱内部。

进一步的，所述太阳能组件、检测单元和储能单元中的部分或全部外挂于护栏的任意位置。

进一步的，电源管理电路与猝发电源储能电路、微处理器电路均电连接，猝发电源储能电路还与无线通信模块、微处理器电路电连接，无线通信模块还与微处理器电路电连接；另外电源管理电路还与太阳能组件的太阳能电池板以及侧压簧式开关组、储能单元电连接。

进一步的，太阳能电池板的面积为4cm*8cm，性能参数如下：在阴天室外光照强度为500lx时，输出开路电压为5.5V，短路电流达到5mA；在晴天室外背阴光照强度为10000lx时，输出开路电压为7V，短路电流达到30mA；在晴天室外阳光照晒强度为100000lx时，输出开路电压达到11V，短路电流达到50mA。

进一步的，无线通信模块的柔性天线贴在太阳能组件的防护外罩内部侧面。

进一步的，二极管D1选用工作电压为0.6V的普通整流二极管。

进一步的，侧压簧式开关采用面接触式黄铜触点，电阻为0.03Ω；两个侧压簧式开关之间使用0.2cm²的多股导线连接，电阻为0.2Ω/m。

实现本发明目的的技术方案之二是提供一种所述城市道路护栏状态监测装置的监测方法，包括如下过程：

Ⅰ、所有护栏姿态处于正常情况，所有侧压簧式开关均闭合，场效应管T1的栅极电压小于开启电压，场效应管T1截止，场效应管的T1的源极输出0V，使得可控逆变升压电路的使能端EN为低电平，无输出电压，后续电路不得电，检测单元的电路处于待机状态；太阳能组件的太阳能电池板的输出电压经过一级稳压电路和防接反电路的D1给储能单元充电；

Ⅱ.1、护栏姿态处于异常情况：例如护栏的立柱或横梁横卧、倾倒，某个或某几个的护栏的立柱和横梁有间隙或脱落，相应的侧压簧式开关断开，T1栅极电压近似等于储能单元输出电压，则T1的栅极电压大于开启电压，T1导通，T1的源极输出高电平到可控逆变升压电路的使能端EN，可控逆变升压电路输出4.5V以上的电压，该电压一路送给微处理器电路供电电路，另一路送至二级可控稳压电路的输入端；

Ⅱ.2、微处理器电路上电后，输出高电平到场效应管T2栅极，T2导通，T2源极输出高电平到二级可控稳压电路的使能端EN，二级可控稳压电路输出电压，并对猝发电源储能电路充电；

Ⅱ.3、微处理器电路通过其AD转换电路检测猝发电源储能电路的输出电压，并与设定阈值比较，若小于阈值，则充电未完成继续等待；若大于等于阈值则充电完成，启动无线通信模块并使无线通信模块发出护栏姿态异常的相关信息；

Ⅱ.4、无线通信模块完成护栏姿态异常信息的发送后，微处理器电路输出低电平给T2的栅极，二级可控稳压电路停止工作，输出0V电压，电源管理电路进入低功耗模式；

Ⅱ.5、微处理器电路进入停机模式，等待维修；

Ⅱ.6、维修正常后，所有护栏姿态处于正常情况，所有侧压簧式开关闭合，T1的栅极对参考点短路，T1截止，T1源极输出低电平到可控逆变升压电路EN使能端，所述城市道路护栏状态监测装置继续进入Ⅰ所述状态。

本发明具有积极的效果：（1）本发明的城市道路护栏状态监测装置的工作电路不用处于时时正常工作状态，电路功耗较小，在长时间阴雨天气、特别是梅雨季节也能实现长时间待机报警监测，安全性较好。

（2）本发明的城市道路护栏状态监测装置的设计微型化，封装在一个接线盒内，从而容易安装在道路护栏内，不会增大护栏的体积，较为利于道路安全。

（3）本发明的城市道路护栏状态监测装置采用太阳能电池板、储能单元、猝发电源储能电路组合方式，能提供瞬间可达2A/5V的脉动电源，始于各种微处理器电路及无线通信模块的用电要求。

（4）本发明的城市道路护栏状态监测装置采用两级稳压和一级可控逆变升压电路，使得装置可接入动态范围为5V~24V太阳能电池板，也使得储能电池电压低至2.8V仍能正常工作。

（5）本发明的城市道路护栏状态监测装置的侧压簧式开关闭合时，可控逆变升压电路的使能端EN为低电平，可控逆变升压电路无输出，使得正常待机电流小于20uA；待机高达40天，解决梅雨季长时间无阳光的问题。而第二级可控稳压电路的控制使得报警状态待机时长达7天。

附图说明

图1为本发明的城市道路护栏状态监测装置的电路组成示意图；

图2为本发明中的电源管理电路及其与太阳能组件、侧压簧式开关、储能单元的电原理示意图；

图3为本发明的城市道路护栏状态监测装置的监测方法的流程示意图；

图4为本发明中的城市道路护栏系统的一种立体结构示意图（局部剖视）；

图5为图4的B处放大示意图；

图6为图4中的城市道路护栏系统的安装位置处的城市道路护栏状态监测装置、立柱、底座、连接件、接线盒及电池盒的结构示意图（主视图）；

图7为图6的A-A面剖视图；

图8为本发明中的城市道路护栏系统的另一种立体结构示意图（局部剖视）。

上述附图中的标记如下：

太阳能组件101，太阳能电池板1011，防护外罩1012，

检测单元102，猝发电源储能电路1021，电源管理电路1022，微处理器电路1023，无线通信模块1024，

侧压簧式开关103，储能单元104，

护栏单元1，立柱11，底座12，横梁13，连接件14，立柱帽15，护栏片16，

接线盒2，电池盒3，导线4。

具体实施方式

（实施例1）

见图1，本实施例的城市道路护栏状态监测装置包括太阳能组件101、检测单元102、储能单元104和至少1个侧压簧式开关103。见图5，其中太阳能组件101包括太阳能电池板1011和防护外罩1012。太阳能电池板1011的面积为4cm*8cm，性能参数如下：在阴天室外光照强度为500lx时，输出开路电压为5.5V，短路电流达到5mA，保证即使在阴天情况下细微电流既能向电路提供足够的待机电流，也有微弱充电电流向储能单元104充电；在晴天室外背阴光照强度为10000lx时，输出开路电压为7V，短路电流达到30mA，可在4天内将900mAH的Li-MH电池充满电；在晴天室外阳光照晒强度为100000lx时，输出开路电压达到11V，短路电流达到50mA，可在2天内将1300mAH的Li-MH电池充满电。防护外罩1012采用例如透明PVC的透光材料制成，具有防水、防雾、透气功能。防护外罩1012设置在太阳能电池板1011的受光面侧。储能单元104采用3节或4节可充电电池。侧压簧式开关103串联连接形成侧压簧式开关103组。本实施例中，侧压簧式开关103采用申请号为CN201620199980.7、专利名称为“具有触发开关的道路护栏”中公开的“触发开关”，由江苏顺达交通设施有限公司制造。

仍见图1，检测单元102由猝发电源储能电路1021、电源管理电路1022、微处理器电路1023和无线通信模块1024组成，其中电源管理电路1022与猝发电源储能电路1021、微处理器电路1023均电连接，猝发电源储能电路1021还与无线通信模块1024、微处理器电路1023电连接，无线通信模块1024还与微处理器电路1023电连接；另外电源管理电路1022还与太阳能组件101的太阳能电池板1011以及侧压簧式开关103、储能单元104电连接。其中猝发电源储能电路1021由一个或多个大容量电容并联组成，总容量大于等于1000uF；无线通信模块1024采用微型化的型号为SIM900A的双频GSM/GPRS手机模块完成信息收发。微处理器电路1023采用任意一款51系列单片机，如C8051F340、STC89C51、ATM8052等，或基于ARM内核的Cortex系列处理器电路，或者其他PIC系列、LPC系列、AVR系列8位、16位、32位的处理器电路，微处理器电路1023自带AD转换电路。

见图2，检测单元102的电源管理电路1022由一级稳压电路、防接反电路、栅极偏置电阻R1、源极电阻R2、栅极偏置电阻R3、源极电阻R4、场效应管T1、场效应管T2、可控逆变升压电路和二级可控稳压电路组成，所述一级稳压电路、防接反电路、可控逆变升压电路和二级可控稳压电路的非工作模式下功耗均为微安级别。其中一级稳压电路的参数要求为：最大持续输入电压为24V，输出电压为6V，典型持续输出为100mA，无负载静态最大电流为7uA，满足宽输入电压低功耗的要求，即使在低光照的阴天仍能向储能单元104和待机模式后续电路提供一定电流，如采用型号为HS7150的稳压电路。防接反电路包括二极管D1和二极管D2，二极管D1的负极与二极管D2的正极连接；二极管D1选用工作电压为0.6V左右的普通整流二极管，如型号为M7(1N4007)的整流二极管，保证施加到储能单元104的电压不超过5.4V；防接反电路的二极管D2选用工作电压低、功耗小、内阻低、效率高的肖特基二极管，如SS12、SS13、SS14S、SR120S、SR130S、SR140、SB120、SB130、SB140等型号的肖特基二极管，保证储能单元104的电压最大限度施加到可控逆变升压电路。可控逆变升压电路采用型号为NCP1402或NCP1403的可控逆变升压电路方案；二级可控稳压电路采用型号为LM2575或LM2576的可调电路方案。可控逆变升压电路的使能端EN的控制开关T1和二级可控稳压电路的使能端EN的控制开关T2均选用电压控制的低开启电压Vgs、低导通电阻的绝缘栅型场效应管，栅极偏置电阻R1、R3阻值为1MΩ，源极电阻R2、R4为100KΩ。一级稳压电路的输入端与太阳能组件101的太阳能电池板1011电连接，一级稳压电路的输出端与防接反电路的输入端即二极管D1的正极电连接，防接反电路的输出端即二极管D2的负极与可控逆变升压电路的输入端电连接，二极管D1的负极还与储能单元104电连接；可控逆变升压电路的使能端EN与场效应管T1的源极和电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与参考点连接；场效应管T1的漏极与电阻R1的一端、防接反电路的输出端、可控逆变升压电路的输入端连接，电阻R1的另一端与场效应管T1的栅极、侧压簧式开关103组的输出端相连，侧压簧式开关103组的另一端与参考点连接；二级可控稳压电路的使能端EN与场效应管T2的源极、电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与参考点连接；场效应管T2的漏极与可控逆变升压电路的输出端、二级可控稳压电路的输入端连接；电阻R3的一端与场效应管T2的栅极连接，R3的另一端与微处理器电路1023连接；二级可控稳压电路的输出端与猝发电源储能电路1021的输入端连接，猝发电源储能电路1021的输出端与无线通信模块1024电连接。猝发电源储能电路1021的输出端通过分压后还与微处理器电路1023连接。

侧压簧式开关103的数量为至少1个，侧压簧式开关103的数量超过1个时，所有侧压簧式开关103串联。侧压簧式开关103采用插头插座形式，安置在护栏立柱连接件和护栏横梁内部，侧压簧式开关103的受力部位抵在相应的立柱侧面上；可将多个立柱和横梁中的侧压簧式开关103通过导线串联。护栏姿态处于正常情况时，侧压簧式开关103处于闭合状态，相当于常闭开关；护栏姿态处于异常情况时，护栏的立柱和横梁之间有间隙或脱落，侧压簧式开关103断开。侧压簧式开关103采用面接触式黄铜触点，电阻约为0.03Ω，两个立柱之间使用0.2cm²的多股导线连接，电阻约为0.2Ω/m。即使护栏的总长度为1km，分为303组护栏，侧压簧式开关103和导线的总电阻约为210Ω，也能保证护栏正常情况下检测单元102中的电源管理电路1022的场效应管T1截止，无输出电压。

太阳能组件101置于护栏立柱顶端，检测单元102和储能单元104设置于护栏立柱内部，无线通信模块1024的柔性天线贴在太阳能组件101的防护外罩1012内部侧面。

见图3，所述城市道路护栏状态监测装置的监测方法如下：

Ⅰ、所有护栏姿态处于正常情况，所有侧压簧式开关103均闭合，场效应管T1的栅极电压小于开启电压，场效应管T1截止，场效应管的T1的源极输出0V，使得可控逆变升压电路的使能端EN为低电平，无输出电压，后续电路不得电，检测单元102的电路处于待机状态；太阳能组件101的太阳能电池板1011的输出电压经过一级稳压电路和防接反电路的D1给储能单元104充电；

Ⅱ.1、护栏姿态处于异常情况：例如护栏的立柱或横梁横卧、倾倒，某个或某几个的护栏的立柱和横梁有间隙或脱落，相应的侧压簧式开关103断开，T1栅极电压近似等于储能单元104输出电压，则T1的栅极电压大于开启电压，T1导通，T1的源极输出高电平到可控逆变升压电路的使能端EN，可控逆变升压电路输出4.5V以上的电压，该电压一路送给微处理器电路1023供电电路，另一路送至二级可控稳压电路的输入端；

Ⅱ.2、微处理器电路1023上电后，输出高电平到场效应管T2栅极，T2导通，T2源极输出高电平到二级可控稳压电路的使能端EN，二级可控稳压电路输出电压，并对猝发电源储能电路1021充电；

Ⅱ.3、微处理器电路1023通过其AD转换电路检测猝发电源储能电路1021的输出电压，并与设定阈值比较，若小于阈值，则充电未完成继续等待；若大于等于阈值则充电完成，启动无线通信模块1024并使无线通信模块1024发出护栏姿态异常的相关信息；

Ⅱ.4、无线通信模块1024完成护栏姿态异常信息的发送后，微处理器电路1023输出低电平给T2的栅极，二级可控稳压电路停止工作，输出0V电压，电源管理电路1022进入低功耗模式；

Ⅱ.5、微处理器电路1023进入停机模式，等待维修；

Ⅱ.6、维修正常后，所有护栏姿态处于正常情况，所有侧压簧式开关103闭合，T1的栅极对参考点短路，T1截止，T1源极输出低电平到可控逆变升压电路EN使能端，所述城市道路护栏状态监测装置继续进入Ⅰ所述状态。

本实施例具体来讲：Ⅰ中，所有护栏姿态处于正常情况，所有侧压簧式开关103均闭合，储能单元104输出电压经过电阻R1和侧压簧式开关103组的总电阻分压后的电压小于0.5V，该电压施加到场效应管T1的栅极，场效应管T1的栅极电压小于开启电压，场效应管T1截止，场效应管的T1的源极输出0V，使得可控逆变升压电路的使能端EN为低电平，无输出电压，后续电路不得电，检测单元102的电路处于待机状态；太阳能组件101的太阳能电池板1011的输出电压经过一级稳压电路和防接反电路的D1给储能单元104充电；

Ⅱ中，护栏姿态处于异常情况：例如护栏的立柱或横梁横卧、倾倒，某个或某几个的护栏的立柱和横梁有间隙或脱落，相应的侧压簧式开关103断开，T1的栅极电压近似等于储能单元104的输出电压，T1导通，电阻R2上的电压大于2.5V，可控逆变升压电路将3V到5V的电压升压到5.3V，微处理器电路1023得电开始运行。微处理器电路1023与T2的栅极连接的I/O端口为开漏极工作模式，微处理器电路1023的微处理器加电时输出逻辑1，T1的栅极电压近似等于5.3V，二级可控稳压电路的使能端EN有效，输出4.2V电压，给猝发电源储能电路1021充电；微处理器电路1023的内部AD转换电路检测猝发电源储能电路1021的充电程度，当充电达到4.2V时，微处理器电路1023的微处理器通过无线通信模块1024发送护栏姿态异常信息；护栏姿态异常信息异常信息发送完成后，微处理器电路1023的I/O端口输出低电平，使T2栅极电压小于1V，T2截止，电阻R4的电压近似0V，二级可控稳压电路待机，输出0V电压。

（实施例2）

本实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于：猝发电源储能电路1021采用法拉电容。

（实施例3）

本实施例与实施例1或2基本相同，其不同之处在于：太阳能组件101、检测单元102和储能单元104中的部分或全部外挂于护栏的任意位置。

（实施例4）

见图4及图5，本实施例的城市道路护栏系统包括至少1个护栏单元1、接线盒2、电池盒3以及由实施例1或2得到的城市道路护栏状态监测装置，所述城市道路护栏系统还包括用于电路连接的相应数量的导线。本实施例中，城市道路护栏系统的护栏部分的总长度为1km，分为303个护栏单元1，所有侧压簧式开关103和导线的总电阻约为210Ω。

见图6及图7，每个护栏单元1包括2根立柱11、2个底座12、2根横梁13、4个连接件14、2个立柱帽15以及2至10片护栏片16。每个立柱11安装在相应的底座12上。连接件14采用带颈法兰式连接套。2根横梁13的端部插入相应的连接件14的颈部后，2根横梁13分上下通过连接件14和螺栓分别与相应立柱11的相应连接侧面连接。立柱帽15安装在相应的立柱11的顶部。护栏片16均匀间隔地设置在2根横梁13之间。护栏单元1之间通过共用的立柱11连接在一起。

城市道路护栏状态监测装置只需一套，所述城市道路护栏状态监测装置的太阳能组件101、检测单元102及储能单元104设置在任意1个护栏单元1的任1根立柱11及相应的横梁13内，该位置为安装位置，优选将城市道路护栏状态监测装置设置在易于接受阳光的道路位置，安装城市道路护栏状态监测装置处的立柱11的立柱帽15须替换为太阳能组件101的防护外罩1012。本实施例中，护栏单元1的数量为303个，则侧压簧式开关103的数量为2*303=606个。每个侧压簧式开关103安装在每1根立柱11及相连接的相应横梁13、连接件14内，上横梁或下横梁13均可，优选上横梁13。接线盒2、电池盒3也设置在城市道路护栏状态监测装置处的立柱11内。见图4，太阳能组件101的防护外罩1012通过紧固件安装在所述安装位置的立柱11的上方，且防水、防雾、透气。太阳能电池板1011通过紧固件平铺设置在所述安装位置的立柱11顶部的柱帽支撑板的上方、防护外罩1012内。接线盒2采用尼龙66材料制成，防水设计；接线盒2采用紧固件连接在所述安装位置的立柱11顶部的柱帽支撑板的下方、立柱11内。检测单元102封装成电路板的形式，检测单元102的电路板设置在接线盒2内。接线盒2内设有隔离的储能单元空间；电池盒3采用ABS材料制成；储能单元104设置在电池盒3内，电池盒3设置在接线盒2的储能单元空间内。太阳能电池板1011与检测单元102之间采用导线4连接，储能单元104与检测单元102之间采用导线4连接。侧压簧式开关103的用于切换开关状态的受力部位抵在相应的立柱11的侧面上。所有侧压簧式开关103之间采用导线4串联，侧压簧式开关103之间的导线4从所有立柱11及相应的横梁13内部走线。所述安装位置处的侧压簧式开关103通过导线4与检测单元102的电路板连接。

所述城市道路护栏系统的工作方法如下：

Ⅰ、所有护栏单元1的姿态处于正常情况，所有侧压簧式开关103均闭合，场效应管T1的栅极电压小于开启电压，场效应管T1截止，场效应管的T1的源极输出0V，使得可控逆变升压电路的使能端EN为低电平，无输出电压，后续电路不得电，检测单元102的电路处于待机状态；太阳能组件101的太阳能电池板1011的输出电压经过一级稳压电路和防接反电路的D1给储能单元104充电；

Ⅱ.1、护栏单元姿态处于异常情况：例如护栏单元1的立柱11或横梁13横卧、倾倒，某个或某几个的护栏单元的立柱11和横梁13有间隙或脱落，相应的侧压簧式开关103断开，T1栅极电压近似等于储能单元104输出电压，则T1的栅极电压大于开启电压，T1导通，T1的源极输出高电平到可控逆变升压电路的使能端EN，可控逆变升压电路输出4.5V以上的电压，该电压一路送给微处理器电路1023供电电路，另一路送至二级可控稳压电路的输入端；

Ⅱ.2、微处理器电路1023上电后，输出高电平到场效应管T2栅极，T2导通，T2源极输出高电平到二级可控稳压电路的使能端EN，二级可控稳压电路输出电压，并对猝发电源储能电路1021充电；

Ⅱ.3、微处理器电路1023通过其AD转换电路检测猝发电源储能电路1021的输出电压，并与设定阈值比较，若小于阈值，则充电未完成继续等待；若大于等于阈值则充电完成，启动无线通信模块1024并使无线通信模块1024发出护栏姿态异常的相关信息；

Ⅱ.4、无线通信模块1024完成护栏姿态异常信息的发送后，微处理器电路1023输出低电平给T2的栅极，二级可控稳压电路停止工作，输出0V电压，电源管理电路1022进入低功耗模式；

Ⅱ.5、微处理器电路1023进入停机模式，等待维修；

Ⅱ.6、维修正常后，所有护栏单元1的姿态处于正常情况，所有侧压簧式开关103闭合，T1的栅极对参考点短路，T1截止，T1源极输出低电平到可控逆变升压电路EN使能端，城市道路护栏状态监测装置继续进入Ⅰ所述状态。

（实施例5）

见图8，本实施例与实施例4基本相同，其不同之处在于：所述接线盒2通过紧固件外挂设置在任一根横梁13上，本实施例中设置在某根下横梁上；太阳能组件101通过紧固件外挂设置在任一根立柱11的外侧面上。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种城市道路护栏状态监测装置，其特征在于：包括太阳能组件（101）、检测单元（102）、储能单元（104）和至少1个侧压簧式开关（103），其中太阳能组件（101）包括太阳能电池板（1011）；所有侧压簧式开关（103）串联连接形成侧压簧式开关（103）组；

检测单元（102）由猝发电源储能电路（1021）、电源管理电路（1022）、微处理器电路（1023）和无线通信模块（1024）组成；检测单元（102）的电源管理电路（1022）由一级稳压电路、防接反电路、栅极偏置电阻R1、源极电阻R2、栅极偏置电阻R3、源极电阻R4、场效应管T1、场效应管T2、可控逆变升压电路和二级可控稳压电路组成；防接反电路包括二极管D1和二极管D2，二极管D1的负极与二极管D2的正极连接；二极管D1采用普通整流二极管，二极管D2采用肖特基二极管；可控逆变升压电路的使能端EN的控制开关T1和二级可控稳压电路的使能端EN的控制开关T2均选用绝缘栅型场效应管；一级稳压电路的输入端与太阳能组件（101）的太阳能电池板（1011）电连接，一级稳压电路的输出端与防接反电路的输入端即二极管D1的正极电连接，防接反电路的输出端即二极管D2的负极与可控逆变升压电路的输入端电连接，二极管D1的负极还与储能单元（104）电连接；可控逆变升压电路的使能端EN与场效应管T1的源极和电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与参考点连接；场效应管T1的漏极与电阻R1的一端、防接反电路的输出端、可控逆变升压电路的输入端连接，电阻R1的另一端与场效应管T1的栅极、侧压簧式开关（103）组的输出端相连，侧压簧式开关（103）组的另一端与参考点连接；二级可控稳压电路的使能端EN与场效应管T2的源极、电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与参考点连接；场效应管T2的漏极与可控逆变升压电路的输出端、二级可控稳压电路的输入端连接；电阻R3的一端与场效应管T2的栅极连接，R3的另一端与微处理器电路（1023）连接；二级可控稳压电路的输出端与猝发电源储能电路（1021）的输入端连接，猝发电源储能电路（1021）的输出端与无线通信模块（1024）电连接；猝发电源储能电路（1021）的输出端通过分压后还与微处理器电路（1023）连接。

2.根据权利要求1所述的城市道路护栏状态监测装置，其特征在于：护栏姿态处于正常情况时，侧压簧式开关（103）处于闭合状态；护栏姿态处于异常情况时，侧压簧式开关（103）断开；侧压簧式开关（103）采用插头插座形式，安置在护栏立柱连接件和护栏横梁内部，侧压簧式开关（103）的用于切换开关状态的受力部位抵在相应的立柱侧面上。

3.根据权利要求1所述的城市道路护栏状态监测装置，其特征在于：太阳能组件（101）还包括防护外罩（1012）；防护外罩（1012）设置在太阳能电池板（1011）的受光面侧。

4.根据权利要求1所述的城市道路护栏状态监测装置，其特征在于：储能单元（104）采用3节或4节可充电电池。

5.根据权利要求1所述的城市道路护栏状态监测装置，其特征在于：所述猝发电源储能电路（1021）由一个或多个电容并联组成，总容量大于等于1000uF。

6.根据权利要求1所述的城市道路护栏状态监测装置，其特征在于：所述猝发电源储能电路（1021）采用法拉电容，总容量大于等于1000uF。

7.根据权利要求1所述的城市道路护栏状态监测装置，其特征在于：所述电源管理电路（1022）的一级稳压电路、防接反电路、可控逆变升压电路和二级可控稳压电路的非工作模式下功耗均为微安级别；其中一级稳压电路的参数要求为：最大持续输入电压为24V，输出电压为6V，典型持续输出为100mA，无负载静态最大电流为7uA；无线通信模块（1024）采用GPRS收发模块；微处理器电路（1023）采用自带AD转换电路的单片机；栅极偏置电阻R1、R3阻值为1MΩ，源极电阻R2、R4为100KΩ。

8.根据权利要求1所述的城市道路护栏状态监测装置，其特征在于：所述太阳能组件（101）置于护栏立柱顶端，检测单元（102）和储能单元（104）设置于护栏立柱内部。

9.根据权利要求1所述的城市道路护栏状态监测装置，其特征在于：所述太阳能组件（101）、检测单元（102）和储能单元（104）中的部分或全部外挂于护栏的任意位置。

10.如权利要求1至9之一所述的城市道路护栏状态监测装置的监测方法，其特征在于包括如下过程：

Ⅰ、所有护栏姿态处于正常情况，所有侧压簧式开关（103）均闭合，场效应管T1的栅极电压小于开启电压，场效应管T1截止，场效应管的T1的源极输出0V，使得可控逆变升压电路的使能端EN为低电平，无输出电压，后续电路不得电，检测单元（102）的电路处于待机状态；太阳能组件（101）的太阳能电池板（1011）的输出电压经过一级稳压电路和防接反电路的D1给储能单元（104）充电；

Ⅱ.1、护栏姿态处于异常情况：护栏的立柱或横梁横卧、倾倒，某个或某几个的护栏的立柱和横梁有间隙或脱落，相应的侧压簧式开关（103）断开，T1栅极电压近似等于储能单元（104）输出电压，则T1的栅极电压大于开启电压，T1导通，T1的源极输出高电平到可控逆变升压电路的使能端EN，可控逆变升压电路输出4.5V以上的电压，该电压一路送给微处理器电路（1023）供电电路，另一路送至二级可控稳压电路的输入端；

Ⅱ.2、微处理器电路（1023）上电后，输出高电平到场效应管T2栅极，T2导通，T2源极输出高电平到二级可控稳压电路的使能端EN，二级可控稳压电路输出电压，并对猝发电源储能电路（1021）充电；

Ⅱ.3、微处理器电路（1023）通过其AD转换电路检测猝发电源储能电路（1021）的输出电压，并与设定阈值比较，若小于阈值，则充电未完成继续等待；若大于等于阈值则充电完成，启动无线通信模块（1024）并使无线通信模块（1024）发出护栏姿态异常的相关信息；

Ⅱ.4、无线通信模块（1024）完成护栏姿态异常信息的发送后，微处理器电路（1023）输出低电平给T2的栅极，二级可控稳压电路停止工作，输出0V电压，电源管理电路（1022）进入低功耗模式；

Ⅱ.5、微处理器电路（1023）进入停机模式，等待维修；

Ⅱ.6、维修正常后，所有护栏姿态处于正常情况，所有侧压簧式开关（103）闭合，T1的栅极对参考点短路，T1截止，T1源极输出低电平到可控逆变升压电路EN使能端，所述城市道路护栏状态监测装置继续进入Ⅰ所述状态。

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