CN202523224U - 用于公路急弯路段及高速公路匝道的会车警示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于公路急弯路段及高速公路匝道的会车警示装置，包括依次相连的地磁感应传感器（1）、放大电路（2）、信号处理电路（3）、驱动电路（4）和LED警示模块（5），地磁感应传感器（1）检测行驶车辆引起的地磁扰动信号并输出给放大电路（2），放大电路（2）将地磁扰动信号进行放大并输出给信号处理电路（3），信号处理电路（3）根据输入的地磁扰动信号通过驱动电路（4）控制LED警示模块（5）进行延时闪烁发光。本实用新型具有检测准确可靠、灵敏度高、安装简单方便、维护使用成本低、使用寿命长的优点。

Description

用于公路急弯路段及高速公路匝道的会车警示装置

技术领域

本实用新型涉及交通安全领域，具体涉及一种用于公路急弯路段及高速公路匝道的会车警示装置。

背景技术

交通是人类社会最基本的活动之一，它的发展促进了社会的进步与繁荣，至今已成为人类美好生活的重要组成部分。社会越进步、经济越发达，人们对交通问题便越重视。但是交通安全却成为了我们无法忽视的一个大问题。据统计，截止2010年底，全国共接报道路交通事故3906164起，同比上升35.9%。其中，涉及人员伤亡的道路交通事故219521起，造成65225人死亡、254075人受伤，直接财产损失9.3亿。排除道路的交通安全隐患，提醒司机谨慎驾驶，成为了交通系统发展和完善的首要任务。

公路急弯路段是指设计速度小于60km/h，平面曲线半径（R）小于下列数值（设计速度40km/h，R<125m；设计速度30km/h，R<60m；设计速度20km/h，R<30m），且停车视距小于《公路工程技术标准》（JTG B01～2003）规定的停车视距路段，它是行车中的交通事故多发地段。其事故的发生率大、事故严重程度高，所以行车时要格外注意。在公路急弯路段，由于视距条件受限，驾驶员不能清楚的看到另一侧的道路和车辆，对于前方道路的走向和对面来车不能很好的预判。在这种情况下，允许驾驶员进行判断、反应和驾驶操作的时间比较短，如果车速过快，很有可能出现因避让不及时导致的对撞事故。另外，过快的车速有可能导致车辆驶出路外，发生较严重的侧翻、坠坡等事故。据统计，我国急弯路上发生的交通事故占全部死亡事故的16.3%。2007年道路交通事故统计调查表明，1次死亡10人以上特大交通事故中，与弯道相关的事故数占到总事故数的50%，所以，弯道交通安全形势不容乐观。而如今，一般通过在公路急弯路段使用道路凸面镜来防止车祸发生，但是，凸面镜在雨雪雾灯恶劣天气下由于能见度过低，导致司机看不清镜子中对面的来车，而且凸面镜的警示效果不明显，也不容易引起司机的警觉，因此在雨雪雾天气效果较差。   

此外，由2010年的数据可知，在高速公路发生的亡人事故，40.3%因尾随相撞导致，21.9%为碰撞固定物或静止车辆导致，侧面碰撞导致事故死亡人数占6.7%。我们不难发现，对周围突发情况的疏忽正是高速公路事故的最大杀手。对于高速公路上以100km/h左右的速度行驶的汽车来说，司机全程注意力高度集中，对外界刺激反应较为迟缓，特别是当匝道中的车辆行驶上高速公路时，很难在突发情况下及时实施安全制动。且主干道车辆突然减速，在高速公路上也是一件危险系数很高的事件。偶有匝道车辆的司机忽视主干道上高速行驶的车辆，直接切入到主干道中央，由于匝道车辆速度较慢，而主干道车辆速度很快，这种情况下极易发生追尾惨剧。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种检测准确可靠、灵敏度高、安装简单方便、维护使用成本低、使用寿命长的用于公路急弯路段及高速公路匝道的会车警示装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种用于公路急弯路段及高速公路匝道的会车警示装置，包括依次相连的地磁感应传感器、放大电路、信号处理电路、驱动电路和LED警示模块，所述地磁感应传感器检测行驶车辆引起的地磁扰动信号并输出给放大电路，所述放大电路将地磁扰动信号进行放大并输出给信号处理电路，所述信号处理电路根据输入的地磁扰动信号通过驱动电路控制LED警示模块进行延时闪烁发光。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述信号处理电路包括相互连接的延时电路和自激振荡电路，所述延时电路的输入端与放大电路相连，所述自激振荡电路的输出端与驱动电路相连，所述延时电路根据所述放大电路输出的地磁扰动信号激发一个延时的高电平，所述自激振荡电路根据在高电平有效期间内输出方波信号，所述驱动电路根据所述方波信号控制LED警示模块进行闪烁发光。

所述LED警示模块为LED显示屏，所述LED显示屏包括固定底板和分别布置于固定底板上的多个LED灯，所述LED灯分别与驱动电路的输出端相连。

所述LED灯为黄光发光二极管。

本实用新型还包括太阳能供电模块，所述太阳能供电模块包括依次相连的太阳能电池板、充电电路和蓄电池，所述蓄电池的电源输出端分别与放大电路、信号处理电路、驱动电路、LED警示模块相连。

本实用新型具有下述优点：

1、本实用新型包括依次相连的地磁感应传感器、放大电路、信号处理电路、驱动电路和LED警示模块，地磁感应传感器检测行驶车辆引起的地磁扰动信号并输出给放大电路，放大电路将地磁扰动信号进行放大并输出给信号处理电路，信号处理电路根据输入的地磁扰动信号通过驱动电路控制LED警示模块进行延时闪烁发光，因此针对公路急弯路段及高速公路匝道，本实用新型通过地磁感应传感器检测公路急弯路段另一侧或者高速公路匝道的另一个车道的不可见车辆，并在检测到车辆时通过延时闪烁发光提醒司机，具有检测准确可靠、灵敏度高、安装简单方便、维护使用成本低、使用寿命长的优点。

2、本实用新型采用地磁感应传感器作为感应车辆的传感器，通过放大电路对地磁感应传感器的输出信号进行放大，地磁感应传感器为无源器件，电能消耗低、检测灵敏度高、工作稳定性好，具有检测准确可靠、灵敏度高的优点。

3、本实用新型进一步包括太阳能供电模块，太阳能供电模块包括依次相连的太阳能电池板、充电电路和蓄电池，通过蓄电池的电源输出端分别为放大电路、信号处理电路、驱动电路、LED警示模块供电，在白天、黑夜、阴雨天都能正常工作，无额外供电需求低，施工简单方便，而且还能够降低使用成本。  

附图说明

图1为本实用新型实施例的框架结构示意图。

图2为本实用新型实施例LED警示模块的结构示意图。

图3为本实用新型实施例的电路原理示意图。

图4为本实用新型实施例控制信号的电压变化时序示意图。

图例说明：1、地磁感应传感器；2、放大电路；3、信号处理电路；31、延时电路；32、自激振荡电路；4、驱动电路；5、LED警示模块；51、固定底板；52、LED灯；6、太阳能供电模块；61、太阳能电池板；62、充电电路；63、蓄电池。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实施例的用于公路急弯路段及高速公路匝道的会车警示装置，包括依次相连的地磁感应传感器1、放大电路2、信号处理电路3、驱动电路4和LED警示模块5，地磁感应传感器1检测行驶车辆引起的地磁扰动信号并输出给放大电路2，放大电路2将地磁扰动信号进行放大并输出给信号处理电路3，信号处理电路3根据输入的地磁扰动信号通过驱动电路4控制LED警示模块5进行延时闪烁发光。

地磁感应传感器1为一个带有外壳的电磁线圈，当运动的导体（汽车）经过埋于地下的地磁感应传感器1附近时，扰动原有恒定不变的地磁场，则此时通过地磁感应传感器1的电磁线圈的磁通量Φ发生改变，根据法拉第电磁感应定律，穿过闭合回路所围曲面的磁通量发生变化时，回路中产生的感应电动势与该磁通量对时间的变化率成正比，因此地磁感应传感器1的磁通量变化则会产生感应电动势，地磁感应传感器1的电磁感应线圈两端会产生无规律的微小的多谐波，这个电磁线圈即相当于一个微小的信号源，从而通过检测地磁感应传感器1的扰动信号，就可以知道某个时间是否有车辆经过。如图3所示，地磁感应传感器1的等效电路即为图中的电感L1。

本实施例的放大电路2基于A1和A2两个集成运算放大器实现。由于汽车经过导致地磁感应传感器1输出的磁通量的改变是微小的，它所产生的扰动电压也非常的小，因此本实施例通过A1和A2两个集成运算放大器构成的放大电路2，能够将地磁感应传感器1输出的磁通量的改变导致的电压变化进行放大为可用的电压变化信号。为了提高稳定性，本实施例的放大电路2的放大倍数为500倍，效果约为300ml的铁质金属空心壳（如红牛饮料罐），在20cm的高度以1m每秒的速度通行能够准确检测到而且不会出现误报的情况，而且也够准确检测3m以外的电动车以正常速度通行的感应信号，在此灵敏度下机动车的检测也完全正常，工作稳定性好。

信号处理电路3包括相互连接的延时电路31和自激振荡电路32，延时电路31的输入端与放大电路2相连，自激振荡电路32的输出端与驱动电路4相连，延时电路31根据放大电路2输出的地磁扰动信号激发一个延时的高电平，自激振荡电路32根据在高电平有效期间内输出方波信号，驱动电路4根据方波信号控制LED警示模块5进行闪烁发光，通过延时电路31和自激振荡电路32输出方波信号控制LED警示模块5进行闪烁发光，电路实现简单、成本低。如图3所示，本实施例的延时电路31基于NE555定时器实现，NE555定时器的2号端口作为输入端口与放大电路2的输出端相连，NE555定时器的3号端口作为输出端口与自激振荡电路32的输出端相连，当2号端口输入放大后的初始地磁扰动后，NE555定时器的3号端口会持续输出15秒高电平给自激振荡电路32；本实施例的自激振荡电路32采用3个反相器和一个与非门构成，NE555定时器的3号端口作为自激振荡器的输入端口，经过振荡器能够将持续的高电平转化为占空比为50%的方波信号，并由3号反向器的输出端进行输出。通过调整电容和电阻的大小可以改变所需要的振荡频率。

如图2所示，LED警示模块5为LED显示屏，LED显示屏包括固定底板51和分别布置于固定底板51上的多个LED灯52，LED灯52分别与驱动电路4的输出端相连，LED警示模块5通过多个LED灯52能够提高视觉警示效果，给公路急弯路段及高速公路匝道提供足够的警示功能。为了驱动LED灯52并保证其发光、闪烁灯警示功能。如图3所示，本实施例通过驱动电路4来提供对LED灯52的功率驱动，驱动电路4基于两个级联的三极管Q2和Q3实现。LED显示屏是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，它通常是由多个发光二极管组成，靠灯的亮灭来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息。LED显示屏具有节能、光效益高这两大优点，在当今社会被广泛使用。人类的视网膜含有上亿个杆状细胞和三种锥状感光细胞，杆状细胞对黄色的光特别敏感，三种锥状细胞则分别对红光、绿光及蓝光最敏感。绿色光在交通系统中早就被使用于表示“安全”和“可以通过”等的标志光；蓝色光和紫色光虽然波长很短，但它们光色较暗，而且其与户外傍晚、黎明或阴天时的天空颜色十分接近，而大雾恰恰最容易在这时候弥漫大地，因此蓝色光和紫色光也不符合本实施例的设计要求。在以上可行的可见光包含的各种颜色的光里，红光的波长最大，其次是黄光，黄色光的波长与雾滴颗粒接近，也不易受到雨滴的影响。波长越大的光衍射能力越强，即穿雾能力越强，黄光在雾里的衍射能力较强，通俗地说就是黄色光绕过雾滴的能力比较强，因此黄色光可在很远就被人发现，是作为警示灯光的首选；而且作为公路急弯路段及高速公路匝道的场景需要，LED灯52必须具有散射作用才能让光束尽可能向前方散布成面积较大的光簇，使迎面来车的驾驶员既能看清目标又不觉得刺眼，而且黄色的散射强度是红色光散射强度的5倍，因此本实施例的LED灯52为黄光发光二极管，衍射能力较强、散射强度高，且与交通系统慢行警示灯的颜色相一致。由于考虑到本实施例在多种场所下的使用（包括阳光直射下），LED显示屏上LED灯52的点密度为2000 点每平米)， 发光亮度在3000～6000cd/平米（朝向不同，亮度要求不同），观看距离在几十米甚至百米以外，而且屏体具有良好的防风抗雨及防雷能力。由于直径为10mm的发光二极管过大，不利于制作集成电路，直径为3mm的发光二极管过小，焊接复杂、亮度不够，因此本实施例的LED灯52均采用直径为5mm规格的发光二极管，LED灯52在固定底板51上排列为宋体汉字“慢”的形式来提醒司机减速慢行，焊接方便、亮度较高而且直观实用。

本实施例还包括太阳能供电模块6，太阳能供电模块6包括依次相连的太阳能电池板61、充电电路62和蓄电池63，蓄电池63的电源输出端分别与放大电路2、信号处理电路3、驱动电路4、LED警示模块5相连，本实施例的蓄电池63的输出电压为5V。假设安装区域的车流量为1000台/天，则五个串联为一组的LED灯52（规格为5 mm发光二极管）工作时，其工作电流为5mA，本实施例LED警示模块5共有28组LED灯52。假设LED警示模块5的警示时间为10s，由于它工作时是闪烁的，并且方波的占空比为50%，则实际应用时，每一部车通过的总共闪烁时间（即工作时间）只有10s。由此，可以得出每天的总放电量为5×28×10×0.5×1000÷3600=194.4mA*h，而本实施例采用的蓄电池63的电量为2000 mA*h，太阳能电池板61的面积为30cm×30cm，所以蓄电池63在满电状态时，供电时间约为2000mA*h÷194.4=10.3天。因此蓄电池63即使在不充电情况下也可以持续供电10天，即使遇到连续阴雨天气，也不用担心电量问题。本实施例中，当充电电流为100 mA时，蓄电池63为满负荷充电状态；假设每天有9小时的满负荷充电状态，则可充电900 mA*h，那么大约2天就可以将电池重新充满电（放电时的电流可以忽略不计），这样可以极大的保证本实施例的续航能力，太阳能供电从理论上来说完全可行。因此考虑到山区及偏远地区采用电网供电成本较高、安装复杂，本实施例采用太阳能电池板61通过充电电路62对蓄电池63进行充电，在白天、黑夜、阴雨天都能正常工作，无额外供电需求低，施工简单方便，而且还能够降低使用成本。  

如图4所示，其中（a）为地磁感应传感器1输出的初始地磁扰动；（b）为放大电路2对初始地磁扰动进行放大后的输出波形；（c）为延时电路31输出的高电平；（d）为自激振荡电路32输出至驱动电路4的电平。其中，t₀为地磁感应传感器1第一次感应到车辆产生地磁扰动的时刻，该地磁扰动信号一直持续到t₁；t₀ ^′为延时电路31开始输出高电平的时刻，t_w为设定的延时时间，一般设取值为10～20秒，本实施例中取值为15秒，t₁到t₀之间的时间约等于t₁到t₀ ^′之间的时间，t₁到t₀之间的时间为地磁感应传感器1的感应时间，感应时间相对于延时时间t_w来说可以忽略。地磁感应传感器1一旦感应到运动导体时，在波形的第一个下降沿信号处产生一个高电平，当运动的导体离开地磁感应棒时，会产生最后一个下降沿信号，此时，延时电路31产生作用，将这个高电平保持一个固定的时间。也就是说，当汽车离开地磁感应传感器1后，LED警示模块5会在一个固定的时间内保持打开状态，并在打开状态下进行闪烁发光。

本实施例应用于公路急弯路段时，考虑到公路急弯路段的两个车道均需要进行会车警示，因此分别采用两个本实施例的会车警示装置，将两个会车警示装置的地磁感应传感器1分别埋入距公路急弯路段中部的LED警示模块5大约为50～100米处的两个方向路段的右车道，而每一个会车警示装置中LED警示模块5的LED灯52则布置为“慢”字形且面向另一个会车警示装置安装地磁感应传感器1所在的公路急弯路段的另一侧；如果公路急弯路段带有凸面镜，则两个会车警示装置的LED警示模块5可以直接安装在凸面镜的安装柱上。本实施例应用于公路急弯路段时，能够有效的弥补凸面镜在雨雪雾灯恶劣天气下由于能见度过低、导致司机看不清镜子中对面来车和凸面镜警示效果不明显的缺点，及时发出会车预警，例如在大雾天气下当弯道两侧同时来车，两个不同方向的LED警示模块5都将发出闪烁的黄光，提示对面来车。双方司机同时接收到会车信号，减慢车速、避让通行，能够避免交通事故的发生；而且地磁感应传感器1对于自行车、电动车等非机动车都可感应，能够保护非机动车的行车安全。 此外，在晴朗天气或者夜间状态灯能见度尚可的情况下，本实施例也能够以作为额外的弯道警报，提醒司机减缓车速、谨慎通行。

本实施例应用于高速公路匝道时，针对没有太多高速公路驾驶经验的新手和疏忽大意的驾驶员在匝道出车时、主干道车辆未提前察觉而避闪不及发生事故的情况，本实施例安装在高速公路上由匝道切入主干道的路边，将地磁感应传感器1埋入主干道距匝道入口约100～200米处，LED警示模块5则安装在高速公路匝道的匝道口。同理也可以在匝道上安装地磁感应传感器1、在主干道一侧竖立LED警示模块5，从而用于提醒主干道的司机注意匝道出车。对于高速公路上以100km/h左右的速度行驶的汽车来说，司机全程注意力高度集中，对外界刺激反应较为迟缓，特别是当匝道中的车辆行驶上高速公路时，很难在突发情况下及时实施安全制动，且主干道车辆突然减速，在高速公路上也是一件危险系数很高的事件。偶有匝道车辆的司机忽视主干道上高速行驶的车辆，直接切入到主干道中央，由于匝道车辆速度较慢，而主干道车辆速度很快，这种情况下极易发生追尾惨剧。本实施例的地磁感应传感器1一旦检测到了主干道上有车辆驶过，LED灯52立即发出持续闪烁的黄色灯光信号，提醒匝道上的车辆此时主干道上有高速行驶的汽车，提示匝道车辆司机提高警惕，能够广泛适用于双向六车道的高速公路。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于公路急弯路段及高速公路匝道的会车警示装置，其特征在于：包括依次相连的地磁感应传感器（1）、放大电路（2）、信号处理电路（3）、驱动电路（4）和LED警示模块（5），所述地磁感应传感器（1）检测行驶车辆引起的地磁扰动信号并输出给放大电路（2），所述放大电路（2）将地磁扰动信号进行放大并输出给信号处理电路（3），所述信号处理电路（3）根据输入的地磁扰动信号通过驱动电路（4）控制LED警示模块（5）进行延时闪烁发光。

2.根据权利要求1所述的用于公路急弯路段及高速公路匝道的会车警示装置，其特征在于：所述信号处理电路（3）包括相互连接的延时电路（31）和自激振荡电路（32），所述延时电路（31）的输入端与放大电路（2）相连，所述自激振荡电路（32）的输出端与驱动电路（4）相连，所述延时电路（31）根据所述放大电路（2）输出的地磁扰动信号激发一个延时的高电平，所述自激振荡电路（32）根据在高电平有效期间内输出方波信号，所述驱动电路（4）根据所述方波信号控制LED警示模块（5）进行闪烁发光。

3.根据权利要求2所述的用于公路急弯路段及高速公路匝道的会车警示装置，其特征在于：所述LED警示模块（5）为LED显示屏，所述LED显示屏包括固定底板（51）和分别布置于固定底板（51）上的多个LED灯（52），所述LED灯（52）分别与驱动电路（4）的输出端相连。

4.根据权利要求3所述的用于公路急弯路段及高速公路匝道的会车警示装置，其特征在于：所述LED灯（52）为黄光发光二极管。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的用于公路急弯路段及高速公路匝道的会车警示装置，其特征在于：还包括太阳能供电模块（6），所述太阳能供电模块（6）包括依次相连的太阳能电池板（61）、充电电路（62）和蓄电池（63），所述蓄电池（63）的电源输出端分别与放大电路（2）、信号处理电路（3）、驱动电路（4）、LED警示模块（5）相连。

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