CN202711464U - 基于压电新能源的人行横道安全信号系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于道路交通安全控制技术领域，具体涉及基于压电新能源的人行横道安全信号系统。其公开了基于压电新能源的人行横道安全信号系统，其中，包括压电能源提供模块、外电路电流处理模块和道路交通LED信号灯控制模块；所述的压电能源提供模块包括若干个置于道路路面下方的压电装置；所述的外电路电流处理模块包括整流滤波部分和储能部分；所述的道路交通LED信号灯控制模块包括人行道传感器、车行道传感器、人行道红绿灯、车行道红绿灯和单片机控制。其目的是：进一步改进道路交通安全信号系统的结构，以解决现目前红绿灯系统存在的资源浪费、成本高和铺设场地受限等问题。
Description
技术领域
本实用新型属于道路交通安全控制技术领域，具体涉及基于压电新能源的人行横道安全信号系统。
背景技术
随着我国城市化进程的快速发展，我国公路总长度已居世界前列，然而，还有很多道路的交通安全设施没有完善，从而引起的交通安全问题日益突出。现行红绿灯系统信号灯的时间设定是定时控制的，不具备智能性，在很大程度上造成了交通资源的浪费，加之其成本太高，应用只局限于城市的主干路段，这使得其在城市支路、居民小区路段和二三线城市主干道等地的安装成为问题。
面对这些问题，能否研究出一种设备，一方面能在低成本的前提下保证行人和车辆安全高效通行；另一方面，根据车辆或行人对路面传感器的触发来实现智能控制的交通信号灯成为关键。
在现有研究中，有不少关于压电新能源的研究成果。2003年，NECTOJUN与Heardea联合开发出采用发电装置的新型道路标志，国内也有单纯针对信号灯进行优化控制的研究，而对于压电新能源和道路安全或信号灯控制系统相结合的研究目前还相对较少。其中，将压电新能源和道路安全或信号灯控制系统相结合的研究技术较新，为我国道路交通的建设提供了新的思路，然而，其通常仅考虑了车辆的因素而没有充分考虑行人的因素，故其效果也不是很理想。
实用新型内容
本实用新型的目的：为了进一步改进道路交通安全信号系统的结构，以解决现目前红绿灯系统存在的资源浪费、成本高和铺设场地受限等问题，而提出基于压电新能源的人行横道安全信号系统。
本实用新型的技术方案：基于压电新能源的人行横道安全信号系统，其中，包括压电能源提供模块、外电路电流处理模块和道路交通LED信号灯控制模块；所述的压电能源提供模块包括若干个置于道路路面下方的压电装置；所述的外电路电流处理模块包括整流滤波部分和储能部分；所述的道路交通LED信号灯控制模块包括人行道传感器、车行道传感器、人行道红绿灯、车行道红绿灯和单片机控制。
本实用新型的基于压电新能源的人行横道安全信号系统，由于其包括压电能源提供模块、外电路电流处理模块和道路交通LED信号灯控制模块，故本系统可以利用压电能源提供模块将车辆或行人的机械能转换为电能，并通过外电路电流处理模块对转换而来的电能加以整合和储存，然后将由此而来的电能提供给道路交通LED信号灯控制模块，从而实现道路交通的安全控制；同时，由于压电能源提供模块包括若干个置于道路路面下方的压电装置，故压电装置可以将车辆或行人的机械能转换为电能，从而大大节约了资源，降低了成本；此外，由于外电路电流处理模块包括整流滤波部分和储能部分，故整流滤波部分可以将转换而来的交流电变换为直流电，而储能部分则可以将变换而来的直流电进行储存，从而为道路交通LED信号灯控制模块提供所需的电能；另外，由于道路交通LED信号灯控制模块包括人行道传感器、车行道传感器、人行道红绿灯、车行道红绿灯和单片机控制，故行人或车辆通过路面时，人行道传感器或车行道传感器将行人或车辆通过的信号传递给单片机控制，从而单片机将根据预先设置的程序给出行驶策略，从而实现行人或车辆的正常行驶。
进一步，所述的压电装置为多个由压电陶瓷-高聚物复合材料制成的压电陶瓷片并联而成。
本实用新型的基于压电新能源的人行横道安全信号系统，由于压电装置为多个由压电陶瓷-高聚物复合材料制成的压电陶瓷片并联而成，故压电能源提供模块可以获得较大的电流值，从而使转换而来的电压电流均满足使用要求。
进一步，所述的整流滤波部分采用由二极管组成的全波整流桥。
本实用新型的基于压电新能源的人行横道安全信号系统，由于整流滤波部分采用由二极管组成的全波整流桥，故可以减少整流时的能量损失。
进一步，所述的人行道传感器和车行道传感器均为压电式传感器。
本实用新型的基于压电新能源的人行横道安全信号系统，由于人行道传感器和车行道传感器均为压电式传感器，故可以将行人和车辆通过的信号迅速传递给单片机控制，保证行人和车辆的正常行驶。
附图说明
图1是本实用新型基于压电新能源的人行横道安全信号系统的模块示意图；
图2是本实用新型基于压电新能源的人行横道安全信号系统的单片机控制流程图；
图3是本实用新型基于压电新能源的人行横道安全信号系统的实施例的结构示意图。
具体实施方式
如图1和图3所示，本实用新型提供基于压电新能源的人行横道安全信号系统，其中，包括压电能源提供模块1、外电路电流处理模块2和道路交通LED信号灯控制模块3；压电能源提供模块1包括若干个置于道路路面下方的压电装置4，压电装置4为多个由压电陶瓷-高聚物复合材料制成的压电陶瓷片并联而成；外电路电流处理模块2包括整流滤波部分和储能部分，整流滤波部分采用由二极管组成的全波整流桥；道路交通LED信号灯控制模块3包括人行道传感器5、车行道传感器6、人行道红绿灯7、车行道红绿灯8和单片机控制9，人行道传感器5和车行道传感器6均为压电式传感器。
压电发电技术是利用压电材料的正压电效应将机械振动能转变为电能，从而将如人体走路的踩踏、机械振动、甚至噪音等形式的振动能量收集起来，经过能量转换、整流、存储供电等诸多环节从而进行应用的一种发电技术。由于这项技术符合道路长时间受压的特点，因而可以作为人行横道安全信号系统的能量来源，使其能独立工作且低碳环保。作为压电发电的核心元件，压电材料的选择和围绕压电材料的设计是本系统的重点。
本实施例中，压电材料采用压电陶瓷-高聚物复合材料制成的压电陶瓷片，这样的选择综合考虑了压电材料的发电效率、受压承受能力、元器件成本和获取难易程度以及安装方式等诸多方面，实际上，在目前主流的压电晶体中，还有细晶粒压电陶瓷、PbTiO3系压电材料、压电性特异的多元单晶压电体等，最终选取电陶瓷-高聚物复合材料，是因为其各项指标比较符合道路压电发电特点。
压电能源提供模块1包括若干个置于道路路面下方的压电装置4，压电装置4为多个由压电陶瓷-高聚物复合材料制成的压电陶瓷片并联而成，根据电学理论分析，这样的结构设计，可以使压电能源提供模块1获得较大的电流值，从而使转换而来的电压电流均满足使用要求。
压电能源提供模块1转换而来的电流具有电压电流不稳定、单组压电装置4能量较低等特点，而外电路电流处理模块2的设计，提供了高效的整流能力和储能能力，保证把压电装置4产生的能量尽可能多的储存起来，其主要包括整流滤波部分和储能部分。
整流滤波部分采用由二极管组成的全波整流桥，减少了整流时的能量损失。储能部分采用超级电容SC5R5472Z，其工作电压为5.5V，容量为0.47F，内阻小于65mΩ，具有充电速度快、循环使用寿命长等特点，而且此储能设备符合本系统的经常充放电场合的要求。
由于道路上车辆对压电装置4的压力持续、均匀、面积广且能量大，故其作为主要的能量来源及信号来源，行人踩压路面做为信号来源。压电装置4与道路的衔接方式采用和车辆动态称重设备相同的桥式安装方式，将其固定在道路表面,底面浇筑混泥土并做好安装点的加固，周围设有很缓的引坡，既不会对现有道路造成较大的影响，又可达到成本低、方便维护检修，只需简单的防水、排水处理即可。
人行道传感器5和车行道传感器6均采用压电式传感器，其中，车行道传感器6安放位置根据交通规则和不同路段的不同车速、车辆制动性等来综合考虑，然后将车行道传感器6安置在隔人行通道有适当距离的位置，而人行道传感器5就安置在道路边缘行人等待的区域即可。
如图2所示，本系统采取以人优先通过为准则的智能调控系统，通过建立自适应模糊神经网络控制模型,运用MATLAB软件进行优化，得出较为理想的结果，并通过单片机控制9，达到以下控制效果：
1）在无行人通过时，可以保证车辆一直通行；
2）在无车辆通过时，可以保证行人一直通行；
3）当行人和车辆都有的时候，智能调控通行时间，保证行人安全横过道路和车辆的正常行驶。
以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。
Claims (4)
1.基于压电新能源的人行横道安全信号系统，其特征在于：包括压电能源提供模块（1）、外电路电流处理模块（2）和道路交通LED信号灯控制模块（3）；所述的压电能源提供模块（1）包括若干个置于道路路面下方的压电装置（4）；所述的外电路电流处理模块（2）包括整流滤波部分和储能部分；所述的道路交通LED信号灯控制模块（3）包括人行道传感器（5）、车行道传感器（6）、人行道红绿灯（7）、车行道红绿灯（8）和单片机控制（9）。
2.根据权利要求1所述的基于压电新能源的人行横道安全信号系统，其特征在于：所述的压电装置（4）为多个压电陶瓷片并联而成。
3.根据权利要求1所述的基于压电新能源的人行横道安全信号系统，其特征在于：所述的整流滤波部分采用由二极管组成的全波整流桥。
4.根据权利要求1所述的基于压电新能源的人行横道安全信号系统，其特征在于：所述的人行道传感器（5）和车行道传感器（6）均为压电式传感器。
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|---|---|---|---|---|
| CN107742424A (zh) * | 2017-10-13 | 2018-02-27 | 浙江大学 | 一种独立自发电的全方位道路交通监控系统 |
| CN109338852A (zh) * | 2018-11-21 | 2019-02-15 | 武奕 | 一种装配式人行横道 |
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| CN107742424B (zh) * | 2017-10-13 | 2024-05-14 | 浙江大学 | 一种独立自发电的全方位道路交通监控系统 |
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