CN203053486U - 一种压电自发电的车速与车距智能监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种压电自发电的车速与车距智能监测系统，包括车速与车距智能监测单元和压电自发电单元，车速与车距智能监测单元包括前压电带和后压电带，以及智能控制器，前压电带由多个排列成带状的前压力传感器构成，后压电带由多个排列成带状的后压力传感器构成，智能控制器由依次相接的放大电路模块、滤波电路模块、迟滞比较器电路模块和微处理器模块构成，微处理器模块的输出端接有数显警示牌；压电自发电单元包括多个压电换能器、整流滤波电路和与整流滤波电路相接的蓄电池，多个压电换能器相互并联后与整流滤波电路相接。本实用新型设计新颖合理，既环保又经济，能够确保车辆安全、快速地行驶，减少交通事故的发生，便于推广使用。

Description

一种压电自发电的车速与车距智能监测系统

技术领域

本实用新型属于智能交通技术领域，尤其是涉及一种压电自发电的车速与车距智能监测系统。

背景技术

目前，道路交通所使用的车距检测装置多为探测器，通过向前、后车发射电磁波或超声波信号来分析识别前后车辆的车距，由于探测器多为车载装置，费用昂贵，且发射的电磁波或超声波易受到干扰而无法正常计算出车距。

再者，车辆多为超速行驶而失控发生追尾事故，现在高速公路限速多采用警示牌，很容易被司机所忽视，警示效果较差，进一步加强限速管制依然是解决交通事故的重要举措之一。

现今多数车距和车速探测器都是采用外接电源，对使用条件要求比较高，在偏远地区推广运用比较困难，也有的采用太阳能电池板作为能量来源，但对天气依赖性较强，阴雨天设备就无法正常工作。能够把行车荷载加以利用来为车辆自身服务，这是节能环保与便捷安全的一个公共焦点，特别是具有自动提示功能的交通控制智能系统，也是我们今后需要重点关注的一个话题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供了一种压电自发电的车速与车距智能监测系统，其设计新颖合理，实现方便，智能化程度高，既环保又经济，能够确保车辆安全、快速地行驶，减少了交通事故的发生。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种压电自发电的车速与车距智能监测系统，其特征在于：包括车速与车距智能监测单元和为车速与车距智能监测单元供电的压电自发电单元，所述车速与车距智能监测单元包括横向间隔排列铺设在道路路面下且用于将行车荷载转化为电信号的前压电带和后压电带，以及用于对前压电带和后压电带输出的电信号进行分析处理得出前车与后车之间的车距的智能控制器，所述前压电带由多个排列成带状的前压力传感器构成，所述后压电带由多个排列成带状的后压力传感器构成，所述智能控制器由依次相接的放大电路模块、滤波电路模块、迟滞比较器电路模块和微处理器模块构成，所述微处理器模块的输出端接有设置在道路旁侧且用于显示车速和车距的数显警示牌，多个所述前压力传感器和多个所述后压力传感器均与所述放大电路模块相接；所述压电自发电单元包括铺设在道路两侧车轮轨迹带处的道路路面下且用于将汽车行驶过程中产生的机械振动转换成交流电信号的多个压电换能器，用于将压电换能器输出的交流电信号转换成平滑的直流电信号的整流滤波电路和与整流滤波电路相接且用于存储电能并为车速与车距智能监测单元中各用电模块供电的蓄电池，多个所述压电换能器相互并联后与整流滤波电路相接。

上述的一种压电自发电的车速与车距智能监测系统，其特征在于：所述前压力传感器和后压力传感器均为压电式压力传感器。

上述的一种压电自发电的车速与车距智能监测系统，其特征在于：所述前压电带和后压电带之间的间距为8m～12m。

上述的一种压电自发电的车速与车距智能监测系统，其特征在于：所述微处理器模块为单片机。

上述的一种压电自发电的车速与车距智能监测系统，其特征在于：所述数显警示牌为LED显示屏或LCD显示屏。

上述的一种压电自发电的车速与车距智能监测系统，其特征在于：所述数显警示牌悬挂设置在与所述后压电带的距离为40m～60m的位置处。

上述的一种压电自发电的车速与车距智能监测系统，其特征在于：所述压电换能器包括间隔设置的上钢片和下钢片，以及通过导电胶均匀粘结在上钢片与下钢片之间的多片压电陶瓷片，多片所述压电陶瓷片之间留有一定空隙且所述空隙里填装有环氧树脂，所述上钢片上连接有第一导线，所述下钢片上连接有第二导线。

上述的一种压电自发电的车速与车距智能监测系统，其特征在于：所述压电陶瓷片的形状为圆饼状。

上述的一种压电自发电的车速与车距智能监测系统，其特征在于：所述整流滤波电路由电源稳压芯片7805，第一两脚接插件J1，第二两脚接插件J2，整流二极管D1、D2、D3和D4，发光二极管D5，电阻R1，极性电容C1和C2，以及无极性电容C3组成；所述电源稳压芯片7805的引脚1与整流二极管D1的正极、整流二极管D2的正极和极性电容C1的正极相接，所述整流二极管D1的负极与第一两脚接插件J1的引脚1和整流二极管D3的正极相接，所述整流二极管D2的负极与第一两脚接插件J1的引脚2和整流二极管D4的正极相接，所述电源稳压芯片7805的引脚3与极性电容C2的正极、无极性电容C3的一端、发光二极管D5的正极和第二两脚接插件J2的引脚2相接，所述发光二极管D5的负极与电阻R1的一端相接，所述整流二极管D3的负极、整流二极管D4的负极、极性电容C1的负极、电源稳压芯片7805的引脚2、极性电容C2的负极、无极性电容C3的另一端、电阻R1的另一端和第二两脚接插件J2的引脚1均接地；所述第一两脚接插件J1的引脚1和引脚2分别与多个相互并联后的压电换能器的两个信号输出端相接，所述第二两脚接插件J2的引脚1和引脚2分别与蓄电池的负极和正极相接。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型设计新颖合理，实现方便。

2、本实用新型的智能化程度高，使用操作便捷。

3、本实用新型首先通过压电换能器把行车荷载的作用转化为电能，来作为系统有效运作的能量来源，无需外接电源，既环保又经济，并且克服了偏远地区电能短缺的难题。

4、本实用新型为全自动化操作，无需人工控制，节省人力物力，节省维护维修成本，数显警示牌为LED显示屏或LCD显示屏，警示效果也有了很大的改进，实际可行，且可作为智能交通系统中的一部分。

5、本实用新型可以让司机对自己当前的行驶状况有所了解，并及时做出相应的调整举措，以此来确保车辆安全、快速地行驶，减少交通事故的发生。

6、本实用新型的实用性强，使用效果好，便于推广使用。

综上所述，本实用新型设计新颖合理，实现方便，智能化程度高，既环保又经济，能够确保车辆安全、快速地行驶，减少交通事故的发生，使用效果好，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型在道路上的布设位置示意图。

图2为本实用新型的电路原理框图。

图3为本实用新型压电换能器的主视图。

图4为图3的A-A剖视图。

图5为图3的左视图。

图6为本实用新型整流滤波电路的电路原理图。

附图标记说明:

1—前压电带；          1-1—前压力传感器；   2—后压电带；

2-1—后压力传感器；    3—压电换能器；       3-1—上钢片；

3-2-下钢片；           3-3-压电陶瓷片；      3-4-环氧树脂；

3-5—第一导线；        3-6—第二导线；       4—智能控制器；

4-1—放大电路模块；      4-2—滤波电路模块；

4-3—迟滞比较器电路模块；                 4-4—微处理器模块；

5—数显警示牌；          6—蓄电池；      7—整流滤波电路；

8—道路；                9—汽车。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型所述的压电自发电的车速与车距智能监测系统，包括车速与车距智能监测单元和为车速与车距智能监测单元供电的压电自发电单元，所述车速与车距智能监测单元包括横向间隔排列铺设在道路8路面下且用于将行车荷载转化为电信号的前压电带1和后压电带2，以及用于对前压电带1和后压电带2输出的电信号进行分析处理得出前车与后车之间的车距的智能控制器4，所述前压电带1由多个排列成带状的前压力传感器1-1构成，所述后压电带2由多个排列成带状的后压力传感器2-1构成，所述智能控制器4由依次相接的放大电路模块4-1、滤波电路模块4-2、迟滞比较器电路模块4-3和微处理器模块4-4构成，所述微处理器模块4-4的输出端接有设置在道路8旁侧且用于显示车速和车距的数显警示牌5，多个所述前压力传感器1-1和多个所述后压力传感器2-1均与所述放大电路模块4-1相接；所述压电自发电单元包括铺设在道路8两侧车轮轨迹带处的道路8路面下且用于将汽车9行驶过程中产生的机械振动转换成交流电信号的多个压电换能器3，用于将压电换能器3输出的交流电信号转换成平滑的直流电信号的整流滤波电路7和与整流滤波电路7相接且用于存储电能并为车速与车距智能监测单元中各用电模块供电的蓄电池6，多个所述压电换能器3相互并联后与整流滤波电路7相接。

本实施例中，所述前压力传感器1-1和后压力传感器2-1均为压电式压力传感器。所述前压电带1和后压电带2之间的间距为8m～12m。所述微处理器模块4-4为单片机。所述数显警示牌5为LED显示屏或LCD显示屏。所述数显警示牌5悬挂设置在与所述后压电带2的距离为40m～60m的位置处，以让司机有足够的时间读取显示结果。

结合图3～图5，本实施例中，所述压电换能器3包括间隔设置的上钢片3-1和下钢片3-2，以及通过导电胶均匀粘结在上钢片3-1与下钢片3-2之间的多片压电陶瓷片3-3，多片所述压电陶瓷片3-3之间留有一定空隙且所述空隙里填装有环氧树脂3-4，所述上钢片3-1上连接有第一导线3-5，所述下钢片3-2上连接有第二导线3-6。所述压电陶瓷片3-3的形状为圆饼状。压电换能器3铺设在道路8两侧车轮轨迹带处的道路8路面下，上钢片3-1和下钢片3-2把接收到的汽车行驶过程中对路面的纵向压力传递到压电陶瓷片3-3上，压电陶瓷片3-3受力发生形变而产生交流电。多片所述压电陶瓷片3-3之间留有一定空隙，以确保压电陶瓷片3-3能够侧向变形，保证了发电效果。

结合图6，本实施例中，所述整流滤波电路7由电源稳压芯片7805，第一两脚接插件J1，第二两脚接插件J2，整流二极管D1、D2、D3和D4，发光二极管D5，电阻R1，极性电容C1和C2，以及无极性电容C3组成；所述电源稳压芯片7805的引脚1与整流二极管D1的正极、整流二极管D2的正极和极性电容C1的正极相接，所述整流二极管D1的负极与第一两脚接插件J1的引脚1和整流二极管D3的正极相接，所述整流二极管D2的负极与第一两脚接插件J1的引脚2和整流二极管D4的正极相接，所述电源稳压芯片7805的引脚3与极性电容C2的正极、无极性电容C3的一端、发光二极管D5的正极和第二两脚接插件J2的引脚2相接，所述发光二极管D5的负极与电阻R1的一端相接，所述整流二极管D3的负极、整流二极管D4的负极、极性电容C1的负极、电源稳压芯片7805的引脚2、极性电容C2的负极、无极性电容C3的另一端、电阻R1的另一端和第二两脚接插件J2的引脚1均接地；所述第一两脚接插件J1的引脚1和引脚2分别与多个相互并联后的压电换能器3的两个信号输出端相接，所述第二两脚接插件J2的引脚1和引脚2分别与蓄电池6的负极和正极相接。

利用本实用新型进行车速与车距智能监测的方法，包括以下步骤：

步骤一、压电自发电及电能的存储与供给：当汽车9行驶过铺设有压电换能器3的道路8时，所述压电换能器3将汽车9行驶过程中产生的机械振动转换成交流电信号并输出给整流滤波电路7，所述整流滤波电路7对压电换能器3输出的交流电信号进行整流滤波处理，将交流电信号转换成平滑的直流电信号并输出给蓄电池6进行存储；蓄电池6开始给前压电带1中的各个前压力传感器1-1、后压电带2中的各个后压力传感器2-1、放大电路模块4-1、滤波电路模块4-2、迟滞比较器电路模块4-3、微处理器模块4-4和数显警示牌5供电，车速与车距智能监测单元开始进入工作状态；

步骤二、信号实时采集和处理：多个所述前压力传感器1-1实时检测经过前压电带1的汽车9对前压电带1的压力信号并将所检测到的信号依次经过放大电路模块4-1和滤波电路模块4-2进行放大和滤波处理后输出给迟滞比较器电路模块4-3，迟滞比较器电路模块4-3将前压力传感器1-1检测到的压力信号与通过微处理器模块4-4输出给其的基准信号相比较，当前压力传感器1-1检测到的压力信号大于基准信号时，迟滞比较器电路模块4-3输出一个高电平给微处理器模块4-4，微处理器模块4-4接收到迟滞比较器电路模块4-3输出的高电平时，就判断为有汽车9行驶过前压电带1并记录下汽车9后轮行驶过前压电带1的时刻，重复以上过程，微处理器模块4-4记录下多辆汽车9后轮分别行驶过前压电带1的时刻t_A1、t_A2、…t_An;

多个所述后压力传感器2-1实时检测经过后压电带2的汽车9对后压电带2的压力信号并将所检测到的信号依次经过放大电路模块4-1和滤波电路模块4-2进行放大和滤波处理后输出给迟滞比较器电路模块4-3，迟滞比较器电路模块4-3将后压力传感器2-1检测到的压力信号与通过微处理器模块4-4输出给其的基准信号相比较，当后压力传感器2-1检测到的压力信号大于基准信号时，迟滞比较器电路模块4-3输出一个高电平给微处理器模块4-4，微处理器模块4-4接收到迟滞比较器电路模块4-3输出的高电平时，就判断为有汽车9行驶过后压电带2并记录下汽车9后轮行驶过后压电带2的时刻，重复以上过程，微处理器模块4-4记录下多辆汽车9后轮分别行驶过后压电带2的时刻t_B1、t_B2、…t_Bn;

其中，n为行驶过前压电带1和后压电带2的汽车9的数量且为自然数；

步骤三、车速信息处理与显示：所述微处理器模块4-4根据公式 $\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Δt}}_i=t_{\mathrm{Bi}}-t_{\mathrm{Ai}}\\ v_i=\frac{S}{{\mathrm{\Δt}}_i}\end{array}\right.$ 计算出第i辆汽车9的速度v_i，并将第i辆汽车9的速度v_i显示在数显警示牌5上；其中，Δt_i为第i辆汽车9后轮行驶过后压电带2的时刻t_Bi与第i辆汽车9后轮行驶过前压电带1的时刻t_Ai之间的时间差，S为所述前压电带1和后压电带2之间的间距，i的取值为1～n；

步骤四、车距信息处理与显示：所述微处理器模块4-4根据公式 $\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Δt}}_{i-1}=t_{\mathrm{Bi}-1}-t_{\mathrm{Ai}-1}\\ v_i=\frac{S}{{\mathrm{\Δt}}_{i-1}}\\ s_{i-1,i}=v_{i-1}(t_{\mathrm{Ai}}-t_{\mathrm{Ai}-1})\end{array}\right.$ 计算出第i辆汽车9与第i-1辆汽车9之间的车距s_i-1，i，并将第i辆汽车9与第i-1辆汽车9之间的车距s_i-1，i显示在数显警示牌5上；其中，Δt_i-1为第i-1辆汽车9后轮行驶过后压电带2的时刻t_Bi-1与第i-1辆汽车9后轮行驶过前压电带1的时刻t_Ai-1之间的时间差，v_i-1为第i-1辆汽车9的速度，t_Ai为第i辆汽车9后轮行驶过前压电带1的时刻。

具体实施时，为了更好地起到数显警示牌5的警示效果，可以通过设置车速限值和距离限值，并通过变换数显警示牌5显示字体颜色来达到，所述微处理器模块4-4对其分析处理得到的车速信息与车速限制相比较，并将其分析处理得到的车距信息与车距限值相比较，正常情况下，即没有超出限值的情况下，所显示的字体为绿色，当行车有超速行驶或近距离行驶时，数显警示牌5上的对应项由绿色变为红色，并不断闪耀，以提醒司机对当前的行驶状态进行调整。为了能够为行驶车辆提供足够的时间使其调整行驶状态，可以间隔500米连续设置3处这样的监测系统，使司机能够逐步调整行驶状态，以使之达到最佳。为了节能，还可以设定数显警示牌5的显示时间，例如设为3s，3s内无后来车辆经过，数显警示牌5停止工作，并等待下一次微处理器模块4-4的显示控制命令，以达到节能的目的。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种压电自发电的车速与车距智能监测系统，其特征在于：包括车速与车距智能监测单元和为车速与车距智能监测单元供电的压电自发电单元，所述车速与车距智能监测单元包括横向间隔排列铺设在道路（8）路面下且用于将行车荷载转化为电信号的前压电带（1）和后压电带（2），以及用于对前压电带（1）和后压电带（2）输出的电信号进行分析处理得出前车与后车之间的车距的智能控制器（4），所述前压电带（1）由多个排列成带状的前压力传感器（1-1）构成，所述后压电带（2）由多个排列成带状的后压力传感器（2-1）构成，所述智能控制器（4）由依次相接的放大电路模块（4-1）、滤波电路模块（4-2）、迟滞比较器电路模块（4-3）和微处理器模块（4-4）构成，所述微处理器模块（4-4）的输出端接有设置在道路（8）旁侧且用于显示车速和车距的数显警示牌（5），多个所述前压力传感器（1-1）和多个所述后压力传感器（2-1）均与所述放大电路模块（4-1）相接；所述压电自发电单元包括铺设在道路（8）两侧车轮轨迹带处的道路（8）路面下且用于将汽车（9）行驶过程中产生的机械振动转换成交流电信号的多个压电换能器（3），用于将压电换能器（3）输出的交流电信号转换成平滑的直流电信号的整流滤波电路（7）和与整流滤波电路（7）相接且用于存储电能并为车速与车距智能监测单元中各用电模块供电的蓄电池（6），多个所述压电换能器（3）相互并联后与整流滤波电路（7）相接。

2.按照权利要求1所述的一种压电自发电的车速与车距智能监测系统，其特征在于：所述前压力传感器（1-1）和后压力传感器（2-1）均为压电式压力传感器。

3.按照权利要求1所述的一种压电自发电的车速与车距智能监测系统，其特征在于：所述前压电带（1）和后压电带（2）之间的间距为8m～12m。

4.按照权利要求1所述的一种压电自发电的车速与车距智能监测系统，其特征在于：所述微处理器模块（4-4）为单片机。

5.按照权利要求1所述的一种压电自发电的车速与车距智能监测系统，其特征在于：所述数显警示牌（5）为LED显示屏或LCD显示屏。

6.按照权利要求1或5所述的一种压电自发电的车速与车距智能监测系统，其特征在于：所述数显警示牌（5）悬挂设置在与所述后压电带（2）的距离为40m～60m的位置处。

7.按照权利要求1所述的一种压电自发电的车速与车距智能监测系统，其特征在于：所述压电换能器（3）包括间隔设置的上钢片（3-1）和下钢片（3-2），以及通过导电胶均匀粘结在上钢片（3-1）与下钢片（3-2）之间的多片压电陶瓷片（3-3），多片所述压电陶瓷片（3-3）之间留有一定空隙且所述空隙里填装有环氧树脂（3-4），所述上钢片（3-1）上连接有第一导线（3-5），所述下钢片（3-2）上连接有第二导线（3-6）。

8.按照权利要求5所述的一种压电自发电的车速与车距智能监测系统，其特征在于：所述压电陶瓷片（3-3）的形状为圆饼状。

9.按照权利要求1所述的一种压电自发电的车速与车距智能监测系统，其特征在于：所述整流滤波电路（7）由电源稳压芯片7805，第一两脚接插件J1，第二两脚接插件J2，整流二极管D1、D2、D3和D4，发光二极管D5，电阻R1，极性电容C1和C2，以及无极性电容C3组成；所述电源稳压芯片7805的引脚1与整流二极管D1的正极、整流二极管D2的正极和极性电容C1的正极相接，所述整流二极管D1的负极与第一两脚接插件J1的引脚1和整流二极管D3的正极相接，所述整流二极管D2的负极与第一两脚接插件J1的引脚2和整流二极管D4的正极相接，所述电源稳压芯片7805的引脚3与极性电容C2的正极、无极性电容C3的一端、发光二极管D5的正极和第二两脚接插件J2的引脚2相接，所述发光二极管D5的负极与电阻R1的一端相接，所述整流二极管D3的负极、整流二极管D4的负极、极性电容C1的负极、电源稳压芯片7805的引脚2、极性电容C2的负极、无极性电容C3的另一端、电阻R1的另一端和第二两脚接插件J2的引脚1均接地；所述第一两脚接插件J1的引脚1和引脚2分别与多个相互并联后的压电换能器（3）的两个信号输出端相接，所述第二两脚接插件J2的引脚1和引脚2分别与蓄电池（6）的负极和正极相接。

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