CN113432754A - 一种主动式路面凝冰温度探测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主动式路面凝冰温度探测装置及方法，装置包括半导体制冷片控制模块、微型电机控制模块、电源模块、温度模块、通信模块和主控模块；主控模块分别连接：半导体制冷片控制模块、微型电机控制模块、电源模块、温度模块和通信模块；半导体制冷片控制模块用于在主控模块的引导下启动半导体制冷片主动降温或停止工作，微型电机控制模块用于在主控模块的引导下控制微型电机正转、反转或停止转动，温度模块用于根据主控模块的指令读取温度传感器的数值，通信模块用于按照主控模块的通信协议通过无线或有线方式发送路面凝冰温度数据。本发明中的探测方法，运算量小，易于嵌入式集成微型化快速处理。

Description

一种主动式路面凝冰温度探测装置及方法

技术领域

本发明属于高速公路检测技术领域，具体涉及一种主动式路面凝冰温度探测装置及方法。

背景技术

冬季，部分寒冷或高海拔地区的高速公路会因降雪、冻雨等恶劣天气而结冰，容易给高速公路安全行车带来极大的隐患，会降低高速公路的通行效率和运营效益，给人民的出行生活带来极大不便。因此，对高速公路路面即将发生凝冰提前发布预警信息，最大程度地减少路面凝冰对高速公路安全畅通行车的影响，降低交通事故率和减少经济损失，保障人民群众的正常生产和生活，具有重大的经济效益和社会意义。

目前，国内外在路面状态的探测领域已取得很大的进展，中国专利CN110095435A：一种非接触式路面黑冰状态的检测方法、中国专利CN110395258A：路面状态推断装置以及路面状态推断方法、中国专利CN110514702：一种道路路面状态监测装置、预警系统及预警方法、中国专利CN110622043A：路面状态判别方法和路面状态判别装置、中国专利CN109780986A：一种测量凝冰率的方法与装置、中国专利CN106781230：基于红外光谱技术的公路结冰检测与预警系统及其方法。

上述文献均侧重于检测路面实际已经发生凝冰现象，并不能探测出路面即将发生路面凝冰的实际温度，用于提前预测路面即将发生凝冰的时间并发布预警信息。同时，现阶段上述文献均不同程度地存在所用测量仪器成本高、设备体积过大等问题，不利于实际的工程推广应用。

发明内容

针对现有技术所存在的缺陷，本发明提供一种主动式路面凝冰温度探测装置及方法，为远程的路面凝冰预警系统提供科学的数据支持，解决现有技术无法主动式探测出即将发路面凝冰的实际温度问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现的：

一种主动式路面凝冰温度探测装置，包括半导体制冷片控制模块、微型电机控制模块、电源模块、温度模块、通信模块和主控模块；

主控模块分别连接：半导体制冷片控制模块、微型电机控制模块、电源模块、温度模块和通信模块；半导体制冷片控制模块用于在主控模块的引导下启动半导体制冷片主动降温或停止工作，微型电机控制模块用于在主控模块的引导下控制微型电机正转、反转或停止转动，温度模块用于根据主控模块的指令读取温度传感器的数值，通信模块用于按照主控模块的通信协议通过无线或有线方式发送路面凝冰温度数据。

进一步的，还包括金属外壳保护罩，半导体制冷片控制模块、微型电机控制模块、电源模块、温度模块、通信模块和主控模块均安装在金属外壳保护罩内。

进一步的，金属外壳保护罩根据微型电机的D型轴尺寸开圆形孔，并用O型圈密封，圆形孔能随微型电机正转或者反转。

本发明实施例提供的另一个技术方案是：

一种主动式路面凝冰温度探测方法，基于所述的主动式路面凝冰温度探测装置，包括以下步骤：

步骤S1：半导体制冷片控制模块启动半导体制冷片，半导体制冷片进入工作状态，主动降温；

步骤S2：微型电机控制模块启动微型电机，微型电机开始正转或者反转；

步骤S3：主控模块开始计时，统计微型电机持续工作时间DT；

步骤S4：主控模块判断微型电机持续工作时间DT是否大于限定值，如果微型电机持续工作时间DT大于限定值，继续步骤S5，否则转到步骤S6；

步骤S5：微型电机持续工作时间DT大于限定值，则返回本次路面凝冰温度探测失败标志给主控模块，主控模块通知微型电机控制模块停止微型电机工作；

步骤S6：主控模块判断微型电机是否发生堵转现象，如果发生堵转现象，转到步骤S7，否则转到步骤S3；

步骤S7：微型电机发生堵转现象，温度模块获取温度传感器的温度值，并返回本次路面凝冰温度探测成功标志给主控模块。

进一步的，步骤S7路面凝冰温度探测成功后，还包括步骤S8：主控模块通知微型电机控制模块停止微型电机工作。

进一步的，微型电机停止工作后，还包括步骤S9：主控模块通知半导体制冷片控制模块结束半导体制冷片主动降温。

进一步的，半导体制冷片主动降温结束后，还包括步骤S10：主控模块将本次路面凝冰温度探测成功或失败标志和凝冰温度值发送给通信模块进行远程传输，以便远程相关的检测系统进一步处理。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)制作工艺简单，成本低，避免了复杂的微加工过程，从而保证了主动式路面凝冰温度探测装置的完整性和器件稳定性。

2)简单稳定，在实际应用中更易现场安装，避免了传统非接触式光学装置复杂的参数校准问题。

3)本发明中的探测方法，运算量小，易于嵌入式集成微型化快速处理。

4)本发明尤其适用于寒冷或高海拔易结冰的高危路段，便于高速公路运营部门在高危路段即将发生凝冰前期阶段，及时提前发布路面凝冰预警信息，降低交通事故率，提升高速公路安全通行能力。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的一种主动式路面凝冰温度探测方法的功能模块图。

图2为本发明的一种主动式路面凝冰温度探测方法的流程图。

图3为本发明的一种主动式路面凝冰温度探测方法输出的温度曲线图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。

请参阅图1所示，本发明提供一种主动式路面凝冰温度探测方法，其包括：半导体制冷片控制模块、微型电机控制模块、电源模块、温度模块、通信模块、主控模块和金属外壳保护罩。

其中半导体制冷片控制模块与主控模块连接，微型电机控制模块与主控模块连接，电源模块与主控模块连接、温度模块与主控模块连接、通信模块与主控模块连接，金属外壳保护罩为各功能模块提供防水防尘抗压等保护作用。

半导体制冷片控制模块在主控模块的引导下启动半导体制冷片主动降温或停止工作，同时，微型电机控制模块在主控模块的引导下控制微型电机正转、反转或停止转动，温度模块根据主控模块的指令读取温度传感器的数值，通信模块按照主控模块的通信协议通过无线或有线方式发送路面凝冰温度数据，主控模块负责整个嵌入式系统的初始化，通过相应的接口或总线与半导体制冷片控制模块、微型电机控制模块、温度模块和通信模块的信息交互，金属外壳保护罩根据微型电机的D型轴尺寸适当圆形开孔，并用O型圈密封，保证圆形开孔能随微型电机的D型轴正转或者反转。

本发明还提供一种上述主动式路面凝冰温度探测方法，通过附着在探测装置金属外壳保护罩的水，主动物理制冷使其结冰，附着在金属外壳上的水结冰后冻住微型电机的D形轴，从而使微型电机发生“堵转”现象，发生“堵转”现象时，微型电机相电流迅速增加，远远大于正常运转的相电流。通过电流采集装置采集电流，如果电流迅速增加，则判断微型电机发生“堵转”，也即出现凝冰现象，此时的温度探测器探测到的温度即为路面即将发生结冰时的温度。

具体包括以下步骤：

步骤S1：半导体制冷片控制模块启动半导体制冷片，半导体制冷片进入工作状态，主动降温。

步骤S2：微型电机控制模块启动微型电机，微型电机开始正转或者反转。

步骤S3：主控模块的计时器开始计时，统计微型电机持续工作时间DT。

步骤S4：主控模块判断微型电机持续工作时间DT是否大于限定值，如果微型电机持续工作时间DT大于限定值，继续步骤S5，否则转到步骤S6。

步骤S5：微型电机持续工作时间DT大于限定值，则返回本次路面凝冰温度探测失败标志给主控模块，转到步骤S8。

步骤S6：主控模块判断微型电机是否发生“堵转”现象，如果发生“堵转”现象，转到步骤S7，否则转到步骤S3。

步骤S7：微型电机发生“堵转”现象，温度模块获取DS18B20温度传感器的温度值，并返回本次路面凝冰温度探测成功标志给主控模块。

步骤S8：主控模块通知微型电机控制模块停止微型电机工作。

步骤S9：主控模块通知半导体制冷片控制模块结束半导体制冷片主动降温。

步骤S10：主控模块将本次路面凝冰温度探测成功或失败标志和凝冰温度值发送给通信模块进行远程传输，以便远程相关的检测系统进一步处理。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过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发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

表1为主动式路面凝冰温度探测装置中DS18B20温度传感器实时输出的温度值，当温度下降到-3.9℃，微型电机发生“堵转”现象，主控模块停止微型电机工作，并结束半导体制冷片工作，输出本次路面凝冰温度探测成功，此时路面凝冰温度为-3.9℃。

表1主动式路面凝冰温度探测装置输出的温度值

图3为本次主动式路面凝冰温度探测装置实时输出的温度值曲线图。

综上所述，本发明实施例中主动式路面凝冰温度探测装置及方法，结构简单，运算量小，易于嵌入式集成微型化快速处理，便于实际工程应用。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (8)

1.一种主动式路面凝冰温度探测装置，其特征在于，包括半导体制冷片控制模块、微型电机控制模块、电源模块、温度模块、通信模块和主控模块；

主控模块分别连接：半导体制冷片控制模块、微型电机控制模块、电源模块、温度模块和通信模块；

半导体制冷片控制模块用于在主控模块的引导下启动半导体制冷片主动降温或停止工作；

微型电机控制模块用于在主控模块的引导下控制微型电机正转、反转或停止转动；

温度模块用于根据主控模块的指令读取温度传感器的数值；

通信模块用于按照主控模块的通信协议通过无线或有线方式发送路面凝冰温度数据。

2.根据权利要求1所述的主动式路面凝冰温度探测装置，其特征在于，还包括金属外壳保护罩，半导体制冷片控制模块、微型电机控制模块、电源模块、温度模块、通信模块和主控模块均安装在金属外壳保护罩内。

3.根据权利要求2所述的主动式路面凝冰温度探测装置，其特征在于，金属外壳保护罩根据微型电机的D型轴尺寸开圆形孔，并用O型圈密封，圆形孔能随微型电机正转或者反转。

4.根据权利要求1所述的主动式路面凝冰温度探测装置，其特征在于，温度传感器的型号为DS18B20。

5.一种主动式路面凝冰温度探测方法，基于权利要求1所述的主动式路面凝冰温度探测装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：半导体制冷片控制模块启动半导体制冷片，半导体制冷片进入工作状态，主动降温；

步骤S2：微型电机控制模块启动微型电机，微型电机开始正转或者反转；

步骤S3：主控模块开始计时，统计微型电机持续工作时间DT；

步骤S4：主控模块判断微型电机持续工作时间DT是否大于限定值，如果微型电机持续工作时间DT大于限定值，继续步骤S5，否则转到步骤S6；

步骤S5：微型电机持续工作时间DT大于限定值，则返回本次路面凝冰温度探测失败标志给主控模块，主控模块通知微型电机控制模块停止微型电机工作；

步骤S6：主控模块判断微型电机是否发生堵转现象，如果发生堵转现象，转到步骤S7，否则转到步骤S3；

步骤S7：微型电机发生堵转现象，温度模块获取温度传感器的温度值，并返回本次路面凝冰温度探测成功标志给主控模块。

6.根据权利要求5所述的主动式路面凝冰温度探测方法，其特征在于，步骤S7路面凝冰温度探测成功后，还包括步骤S8：主控模块通知微型电机控制模块停止微型电机工作。

7.根据权利要求6所述的主动式路面凝冰温度探测方法，其特征在于，微型电机停止工作后，还包括步骤S9：主控模块通知半导体制冷片控制模块结束半导体制冷片主动降温。

8.根据权利要求7所述的主动式路面凝冰温度探测方法，其特征在于，半导体制冷片主动降温结束后，还包括步骤S10：主控模块将本次路面凝冰温度探测成功或失败标志和凝冰温度值发送给通信模块进行远程传输，以便远程相关的检测系统进一步处理。

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