CN109357627A - 一种基于激光的涵洞水深预警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于激光的涵洞水深预警系统，包括：传感检测模块、数据处理和显示模块；传感检测模块设置在涵洞地势低洼处的地面，用于检测涵洞水深信息，并将测得的涵洞水深信息传输至数据处理模块；数据处理模块设置在涵洞外，用于接收传感检测模块传送的涵洞水深信息、根据信息计算当前水深时适宜通过的车型，并将涵洞水深信息和适宜通过的车型信息传送到显示模块；显示模块装置于涵洞外部，与数据处理模块相连，用于接数据处理模块传送的信息并将信息可视地显示。本发明的涵洞水深预警系统稳定，高效，精确，成本低。比压力探测涵洞水深装置更加精确，因为该装置不会受到积水的浑浊的影响。
Description
技术领域
本发明涉及涵洞积水监测技术领域，尤其涉及一种基于激光的涵洞水深预警系统。
背景技术
目前，对涵洞地势较低，容易造成积水，当车辆通过涵洞时由于司机无法判断涵洞水深情况，造成车辆熄火，行驶受阻，进而造成交通堵塞，严重时还会造成交通事故。
现有技术主要采用的是单一的检测水位是否达到阈值报警，以及超声波水位检测，压力传感器检测与无线传感网络组建的系统解决方案。单一检测水位无法实时获取涵洞中的水深情况，而超声波检测与压力检测容易受到涵洞中积水的浑浊物的影响而干扰到检测水深的真实情况。
此外，现有技术海使用水压传感器作为检测涵洞水深的主要工作部件，其工作原理为：被测水压的压力直接作用于传感器的膜片上，使膜片产生与水压成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，用电子线路检测这一变化，并转换输出一个相对应压力的标准测量信号。水位测量可以通过一个直观的计算公式表达，将实际水位值直接计算得出：
H＝ADC_res/3L+G
式中：ADC_res——水位测量后转换的信号值
H——测量的水位值，mm；
3L——3倍的涵洞实际水位值，mm；
G——压力传感器的高度值，mm；为了消除传感器高度带来的误差，这个数值可以根据安装条件的不同做相应的调试。
从该产品的水位检测技术中可以看出利用的是涵洞中积水的多少给传感器带来的压力变化来检测出涵洞中积水的深度，也就是说涵洞中积水多，传感器受到的压力大，信号转换后的测量值大，计算出涵洞中水位值也大。但在实际中，涵洞内灰尘杂物多，导致涵洞内积水的质量变化较大，传感器检测到的积水压力值与真实水位相差较多，导致该产品最终检测的结果误差大。
此外，预警中，现有技术主要通过单一的显示屏来警示司机乘客，并且数据信息单一。现有技术中的警示方式会由于司机乘客视力或者大雾等原因不能够及时的起到警示的作用。
发明内容
为了解决上述技术所存在的不足之处，提供一种能够实时的监控涵洞中水深的情况，并及时的通过显示屏和闪烁灯来提醒司机判断所乘车型是否能够通过涵洞的涵洞水深预警系统。
为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于激光的涵洞水深预警系统，包括：传感检测模块、数据处理和显示模块；
所述传感检测模块设置在涵洞地势低洼处的地面，用于检测涵洞水深信息，并将测得的涵洞水深信息传输至数据处理模块；
所述数据处理模块设置在涵洞外，用于接收传感检测模块传送的涵洞水深信息、根据信息计算当前水深时适宜通过的车型，并将涵洞水深信息和适宜通过的车型信息传送到显示模块；
所述显示模块装置于涵洞外部，与数据处理模块相连，用于接数据处理模块传送的信息并将信息可视地显示。
进一步地，所述传感检测模块包括一个由涵洞地面向上延伸的长管，所述长管侧壁为网状或镂空，长管长度至少1.5米；所述长管内设置有一个可以浮于水面的浮片，所述浮片直径小于长管直径，可以在长管内侧随着水位变化上下浮动；所述长管直线上方设置有一个激光测距仪，所述激光测距仪固定在涵洞的顶壁上，激光测距仪能够直线向下扫描到长管中的浮片。
进一步地，传感检测模块还包括第一单片机和无线发送模块，所述单片机与激光测距仪相连，用于接收处理激光测距仪测量得到的数据信息，并计算出实时的涵洞水深信息；所述无线发送模块与单片机相连，用于将涵洞水深信息传送至数据处理模块；
所述传感检测模块中的单片机和无线发送模块设置在一个防水外壳中。
进一步地，所述数据处理模块包括无线接收模块和第二单片机；所述单片机内预设三种车辆信息及其对应的水深阈值，单片机根据涵洞水深信息判断当前涵洞是否适宜三种车辆通过，并将上述信息在显示模块显示。
进一步地，根据大量样本采集得到的三种车辆信息，第二单片机内预设的三种车辆对应的水深阈值分别为：小轿车阈值150mm，SUV车型阈值200mm，大货车阈值250mm。
进一步地，所述显示模块包括三个闪烁灯和LED显示屏，所述闪烁灯设置在LED显示屏上方，当数据处理模块判断当前水位不适宜小轿车通行时，一个闪烁灯亮起；当数据处理模块判断当前水位不适宜SUV车型通行时，两个个闪烁灯亮起；当数据处理模块判断当前水位不适宜大货车通行时，三个闪烁灯亮起。
本发明的水位检测技术采用的是激光测距仪。激光测距仪有稳定，检测结果准确等优点，解决了现有技术中检测结果误差大的问题。激光测距仪主要由激光发射器和激光接收器组成，激光测距仪工作时，激光发射器发射激光脉冲，激光脉冲碰到反射物反射回激光接收器中，激光测距仪根据激光脉冲发射与接收的时间就可以计算出激光测距仪与反射物之间的距离。由于激光脉冲打在水面上不能够反射回来，所以，本发明采用了能够跟随涵洞水位上下移动的反射物浮片。本发明设计了滤网型的长管，解决了现有的测量仪器易受到外界干扰问题，能够阻挡涵洞中垃圾杂物等东西，又能够让涵洞的积水流入管中并与管外的水位保持一致。
本发明将激光测量的结果信息通过无线通信的方式进行发送接收，这使得系统设备的安装更加简易方便，降低了对涵洞中电气线路的要求；同时可以实现采用实时监控测量和数据传输，解决了现有技术中不能实时反映涵洞水深情况的问题
本发明的显示提醒装置采用显示屏加闪烁灯的组合方式，显示屏显示实时的水深信息和适宜通过的车型，司机可以通过闪烁灯的闪烁情况简单明了的明白是否适合所乘车型通过涵洞。能够在雨水，大雾等恶劣天气告知司机涵洞中的水位信息，使得司机能够及时的了解情况。
综上所述，本发明稳定，高效，精确，成本低。比压力探测涵洞水深装置更加精确，因为该装置不会受到积水的浑浊的影响。
附图说明
图1为本发明的工作原理的流程图。
图2为传感检测模块的结构图。
图3为显示模块的结构图。
图中：1、长管；2、浮片；3、激光测距仪；4、防水外壳；5、闪烁灯；6、LED显示屏
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，一种基于激光的涵洞水深预警系统，包括：传感检测模块、数据处理和显示模块；
传感检测模块设置在涵洞地势低洼处的地面，用于检测涵洞水深信息，并将测得的涵洞水深信息传输至数据处理模块；
数据处理模块设置在涵洞外，用于接收传感检测模块传送的涵洞水深信息、根据信息计算当前水深时适宜通过的车型，并将涵洞水深信息和车型信传送到显示模块；
显示模块装置于涵洞外部，与数据处理模块相连，用于接数据处理模块传送的信息并将信息可视地显示。
如图2所示，传感检测模块包括一个由涵洞地面延伸至涵洞顶面的长管1，长管1侧壁为网状或镂空结构，长度至少1.5米，能保证积水能够渗进长管；长管1内设置有一个可以浮于水面的浮片2，本实施例中，浮片为聚酯泡沫材质，浮片2直径小于长管直径，可以在长管1内侧随着水位变化上下浮动；长管1直线上方设置有一个激光测距仪3，所述激光测距仪3固定在涵洞的顶壁上，激光测距仪3能够直线向下扫描到长管1中的浮片。
传感检测模块还包括第一单片机和无线发送模块，单片机AT87C51，第一单片机与激光测距仪相连，用于接收处理激光测距仪测量得到的数据信息，并计算出实时的涵洞水深信息；无线发送模块与单片机相连，用于将涵洞水深信息传送至数据处理模块；传感检测模块中的单片机和无线发送模块设置在一个防水外壳4中，整个传感检测装置安装在墙壁边缘且地势较低的地方，这样能够及时的检测到涵洞的积水情况。
本实施例采用的是无线通信模式，采用nRF24L01无线数传模块，包括无线发送模块和无线接收模块，工作频率在2.4GHz，采用GFSK的掉制方式，具有传输速率快，功耗低的特点。
数据处理模块包括无线接收模块和第二单片机；第二单片机为AT87C51，单片机内预设三种车辆信息及其对应的水深阈值，单片机根据涵洞水深信息判断当前涵洞是否适宜三种车辆通过，并将上述信息在显示模块显示。
根据大量样本采集得到的三种车辆信息，第二单片机内预设的三种车辆对应的水深阈值分别为：小轿车阈值150mm，SUV车型阈值200mm，大货车阈值250mm。
如图3所示，显示模块包括三个闪烁灯5和LED显示屏6，闪烁灯5设置在LED显示屏6上方，当数据处理模块判断当前水位不适宜小轿车通行时，一个闪烁灯亮起；当数据处理模块判断当前水位不适宜SUV车型通行时，两个个闪烁灯亮起；当数据处理模块判断当前水位不适宜大货车通行时，三个闪烁灯亮起。
本发明的工作原理为：当涵洞开始积水时，水位上涨带动了传感检测装置中的泡沫上浮，激光传感器实时计算得出洞顶与水面的距离d2，再与预先测试得到的洞深d1计算得出目前涵洞水深d＝d1-d2。传感检测装置通过数据传输模块实时发送水深信息给单片机。处理器再根据实时的水深情况与预先设定的三种阈值(小轿车阈值150mm，SUV车型阈值200mm，大货车阈值250mm)进行比较，当水深大于某个阈值时则提示不适宜该车型通过。
上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于激光的涵洞水深预警系统，包括：传感检测模块、数据处理和显示模块，其特征在于：
所述传感检测模块设置在涵洞地势低洼处的地面，用于检测涵洞水深信息，并将测得的涵洞水深信息传输至数据处理模块；
所述数据处理模块设置在涵洞外，用于接收传感检测模块传送的涵洞水深信息、根据信息计算当前水深时适宜通过的车型，并将涵洞水深信息和适宜通过的车型信息传送到显示模块；
所述显示模块装置于涵洞外部，与数据处理模块相连，用于接数据处理模块传送的信息并将信息可视地显示。
2.根据权利要求1所述的基于激光的涵洞水深预警系统，其特征在于：所述传感检测模块包括一个由涵洞地面向上延伸的长管，所述长管侧壁为网状或镂空，长管长度至少1.5米；所述长管内设置有一个可以浮于水面的浮片，所述浮片直径小于长管直径，可以在长管内侧随着水位变化上下浮动；所述长管直线上方设置有一个激光测距仪，所述激光测距仪固定在涵洞的顶壁上，激光测距仪能够直线向下扫描到长管中的浮片。
3.根据权利要求2所述的基于激光的涵洞水深预警系统，其特征在于：传感检测模块还包括第一单片机和无线发送模块，所述第一单片机与激光测距仪相连，用于接收处理激光测距仪测量得到的数据信息，并计算出实时的涵洞水深信息；所述无线发送模块与第一单片机相连，用于将涵洞水深信息传送至数据处理模块；
所述传感检测模块中的第一单片机和无线发送模块设置在一个防水外壳中。
4.根据权利要求3所述的基于激光的涵洞水深预警系统，其特征在于：所述数据处理模块包括无线接收模块和第二单片机；所述第二单片机内预设三种车辆信息及其对应的水深阈值，第二单片机根据涵洞水深信息判断当前涵洞是否适宜三种车辆通过，并将上述信息在显示模块显示。
5.根据权利要求4所述的基于激光的涵洞水深预警系统，其特征在于：根据大量样本采集得到的三种车辆信息，第二单片机内预设的三种车辆对应的水深阈值分别为：小轿车阈值150mm，SUV车型阈值200mm，大货车阈值250mm。
6.根据权利要求5所述的基于激光的涵洞水深预警系统，其特征在于：所述显示模块包括三个闪烁灯和LED显示屏，所述闪烁灯设置在LED显示屏上方，当数据处理模块判断当前水位不适宜小轿车通行时，一个闪烁灯亮起；当数据处理模块判断当前水位不适宜SUV车型通行时，两个个闪烁灯亮起；当数据处理模块判断当前水位不适宜大货车通行时，三个闪烁灯亮起。
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