CN207697622U - 一种危险品运输车辆的追尾预警系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种危险品运输车辆的追尾预警系统，包括超声波测距单元、车速检测单元、转向检测单元、油门踏板监测单元、刹车踏板监测单元、CAN通信单元、处理器单元、按键输入单元、显示单元、声光报警单元、制动单元和电源供电单元。本实用新型基于传感器、CAN总线通信和单片机处理技术，实现了车辆前后准确测距和实时显示车辆之间的距离，还设置了分段报警灯，可及时提醒驾驶人员，并在车辆危险状态采取强制制动，大大提高了行车安全系数，有效降低了交通事故的发生率，其结构简单，成本低廉，系统功耗低，检测精度高，响应灵敏，稳定性和可靠性好，具有良好的扩展性，大大提高了危险品运输车辆在途运输的安全系数。

Description

一种危险品运输车辆的追尾预警系统

技术领域

本实用新型涉及物流运输安全技术领域，特别涉及一种危险品运输车辆的追尾预警系统。

背景技术

随着我国经济持续快速发展，道路运输车辆数量不断增多，近年来道路运输车辆事故呈现上升趋势，尤其是关于高速公路事故的报道在各种媒体上屡见不鲜。其中重大恶性事件多为长途客车与危险品运输车辆发生追尾。由于长途客车车速较快，危险品运输车辆的车速较慢，易造成车辆追尾事故。从已发生的同类事故来看，此类事故的发生会造成车辆报废，甚至是车毁人亡，导致经济损失巨大，人员伤亡惨重，并且对环境造成严重污染。长途客车与危险品运输车辆追尾造成的大量人员伤亡和巨大财产损失，已引起社会的极大关注，影响到社会稳定与和谐发展。

实用新型内容

(一)解决的技术问题

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种危险品运输车辆的追尾预警系统，实现了车辆前后准确测距和实时显示车辆之间的距离，还设置了分段报警灯，提高了行车安全系数，有效降低了交通事故的发生率。

(二)技术方案

一种危险品运输车辆的追尾预警系统，包括超声波测距单元、车速检测单元、转向检测单元、油门踏板监测单元、刹车踏板监测单元、CAN通信单元、处理器单元、按键输入单元、显示单元、声光报警单元、制动单元和电源供电单元；所述超声波测距单元安装于车辆前后保险杠上，负责监测与前后车辆之间的距离；所述车速检测单元检测车辆行驶速度；所述转向检测单元检测车辆是否处于转向状态；所述油门踏板监测单元检测油门踏板是否松开；所述制动踏板监测单元监测驾驶人员是否踩下刹车系统；上述传感器采集的信息送入车载CAN总线，所述处理器单元通过所述CAN通信单元读取并进行处理分析，所述处理器单元输出分别连接所述显示单元、所述声光报警单元和所述制动单元；所述按键输入单元设置报警阈值；所述显示单元安装于车辆驾驶室，实时显示与前后车辆之间的距离和车辆行驶速度；所述声光报警单元安装于驾驶室，当所述处理器单元判断车辆处于危险状态时报警提醒驾驶人员；当车辆处于最高危险状态时，所述制动单元自动启动，进行强制刹车；所述电源供电单元对系统其它各单元提供工作电压。

进一步的，所述处理器单元选用16位单片机MC95S12DJ128。

进一步的，所述超声波测距单元包括超声波发射模块和超声波接收模块；所述超声波发射模块包括超声波发射探头、振荡器、电位器、第一电阻、第一和第二电容，其中所述超声波发射探头选用CSB40T，所述振荡器选用NE555时基振荡器；所述超声波接收模块包括超声波接收探头、超声波检波接收器、第三～第六电容和第二～第四电阻，其中所述超声波接收探头选用CSB40T，所述超声波检波接收器选用红外线检波接收专用芯片CX20106A，所述第四～第六电容为电解电容。

进一步的，所述车速检测单元包括车速传感器、第一和第二运算放大器、第一三极管、第一二极管、第五～第十三电阻和第七～第九电容，其中所述车速传感器选用CSHG-06霍尔效应转速传感器，所述第一和第二运算放大器选用LM258，所述第一二极管为肖特基二极管，所述第七和第九电容为电解电容。

进一步的，所述转向检测单元选用GC03-SP3000转向传感器。

进一步的，所述油门踏板监测单元和所述刹车踏板监测单元选用HT-PD压力传感器。

进一步的，所述CAN通信单元包括CAN总线收发器、连接器、第十四～第十八电阻、第十和第十一电容，其中所述CAN总线收发器选用PCA82C250，所述连接器为9针连接器。

进一步的，所述声光报警单元包括三态缓存器、蜂鸣器、第二三极管、第一～第三发光二极管和第十九～第二十二电阻，其中所述三态缓存器选用三态八位缓冲器74LS244，所述第一发光二极管为绿光二极管，所述第二发光二极管为黄光二极管，所述第三发光二极管为红光二极管。

进一步的，所述按键输入单元选用外置式8针插拔4×4键盘，所述显示单元选用外置式图形点阵液晶显示模块JD12232A3，所述制动单元选用电磁换向阀。

进一步的，所述电源供电单元包括电源、第一和第二稳压器、第二二极管和第十二～第十六电容，其中所述电源为车载蓄电池，所述第一稳压器选用LM7805，所述第二稳压器选用LM1117，所述第二二极管为肖特基二极管，所述第十六电容为电解电容。

(三)有益效果

本实用新型提供了一种危险品运输车辆的追尾预警系统，基于传感器、CAN总线通信和单片机处理技术，实现了车辆前后准确测距和实时显示车辆之间的距离，还设置了分段报警灯，可及时提醒驾驶人员，并在车辆危险状态采取强制制动，大大提高了行车安全系数，有效降低了交通事故的发生率，其结构简单，成本低廉，系统功耗低，检测精度高，响应灵敏，稳定性和可靠性好，具有良好的扩展性，大大提高了危险品运输车辆在途运输的安全系数。

附图说明

图1为本实用新型所涉及的一种危险品运输车辆的追尾预警系统结构示意图。

图2为本实用新型所涉及的一种危险品运输车辆的追尾预警系统的超声波测距单元电路原理图。

图3为本实用新型所涉及的一种危险品运输车辆的追尾预警系统的车速检测单元电路原理图。

图4为本实用新型所涉及的一种危险品运输车辆的追尾预警系统的CAN通信单元电路原理图。

图5为本实用新型所涉及的一种危险品运输车辆的追尾预警系统的声光报警单元电路原理图。

图6为本实用新型所涉及的一种危险品运输车辆的追尾预警系统的电源供电单元电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型所涉及的实施例做进一步详细说明。

如图1所示，一种危险品运输车辆的追尾预警系统，包括超声波测距单元、车速检测单元、转向检测单元、油门踏板监测单元、刹车踏板监测单元、CAN通信单元、处理器单元、按键输入单元、显示单元、声光报警单元、制动单元和电源供电单元；超声波测距单元安装于车辆前后保险杠上，负责监测与前后车辆之间的距离；车速检测单元检测车辆行驶速度；转向检测单元检测车辆是否处于转向状态；油门踏板监测单元检测油门踏板是否松开；制动踏板监测单元监测驾驶人员是否踩下刹车系统；上述传感器采集的信息送入车载CAN总线，处理器单元通过CAN通信单元读取并进行处理分析，处理器单元输出分别连接显示单元、声光报警单元和制动单元；按键输入单元设置报警阈值；显示单元安装于车辆驾驶室，实时显示与前后车辆之间的距离和车辆行驶速度；声光报警单元安装于驾驶室，当处理器单元判断车辆处于不安全状态时报警提醒驾驶人员；当车辆处于危险状态时，制动单元自动启动，进行强制刹车；电源供电单元对系统其它各单元提供工作电压。

处理器单元选用16位单片机MC95S12DJ128，其内置128KB的Flash、8KB的RAM和2KB的EEPROM。具有5V输入和驱动能力，CPU工作频率可达到50MHz。29路独立的数字I/O接口，20路带中断和唤醒功能的数字I/O接口，2个8通道的10位A/D转换器，具有8通道的输入捕捉/输出比较，还具有8个可编程PWM通道。具有2个串行异步通信接口SCI，2个同步串行外设接口SPI，I2C总线和CAN功能模块等。

如图2所示，超声波测距单元包括超声波发射模块和超声波接收模块；超声波发射模块包括超声波发射探头S1、振荡器U1、电位器Rw1、电阻R1、电容C1和C2，其中超声波发射探头S1选用CSB40T，振荡器U1选用NE555时基振荡器；超声波接收模块包括超声波接收探头S2、超声波检波接收器U2、电容C3～C6和电阻R2～R4，其中超声波接收探头S2选用CSB40T，超声波检波接收器U2选用红外线检波接收专用芯片CX20106A，电容C4～C6为电解电容。40KHz的超声波是利用NE555时基电路振荡驱动超声波探头S1产生的。改变电位器Rw1的阻值可调节产生信号的频率，使之与超声波探头S1的40KHz固有频率一致。NE555定时器的RST脚是复位端，利用它来控制超声波脉冲的发射。当RST脚为高电平时，NE555有振荡脉冲输出；为低电平时，NE555定时器清零，没有输出。因而将RST脚与单片机MC95S12DJ128的控制信号相接就可以控制发射电路。为保证NE555时基电路具有足够的驱动能力，采用12V电源供电。RST脚为超声波发射控制信号输入端，由单片机MC95S12DJ128的P1.0口进行控制。CX20106A是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。考虑到红外遥控常用的载波频率为38KHz与测距的超声波频率40KHz较为接近，所以可以利用它做超声波的检测接收。超声波接收探头S2将接收到的回波信号转换后经过电容C3初步滤波后，进入CX20106A的IN脚，经过CX20106A内部的前置放大器，限幅放大，带通滤波器(中心频率为40KHz)，检波器及比较器，最后经过内部的整形电路，从OUT脚输出至单片机MC95S12DJ128的外部中断P3.2口。当CX20106A接收到40KHz的信号时，OUT脚的输出由高电平转为低电平，单片机MC95S12DJ128外部中断P3.2口检测到输入信号的下降沿或低电平时，立即产生中断，同时停止定时/计数器，从而得到超声波的回波时间t。单片机MC95S12DJ128根据计算公式d＝vt/2，v为声波在空气中传播速度，就可算出超声波发生器与发射物体的距离d。

车辆车速可以通过车速传感器测得，车轮每转动一周则会输出一定数量的脉冲，准确判断这些脉冲是关键。如图3所示，车速检测单元包括车速传感器、运算放大器U3和U4、三极管Q1、二极管D1、电阻R5～R13和电容C7～C9，其中车速传感器选用CSHG-06霍尔效应转速传感器，运算放大器U3和U4选用LM258，二极管D1为肖特基二极管，电容C7和C9为电解电容。CSHG-06霍尔效应转速传感器的主要特性是固定的旋进长度；测量低频信号；温度范围宽；集成短路和防磁性保护；工作电压8～36V；固定旋进长度0.5mm；工作温度-40～+120℃。具有灵敏度高、精度高、体积小、抗干扰能力强等特点。首先通过电路前端的RC滤波去除高频干扰，经过跟随器U3，再通过比较器U4电路输出，控制后端的三极管Q1的通断，产生稳定的脉冲信号，送入单片机MC95S12DJ128进行处理分析。

车辆在转弯时，超声波探头会把道路两旁的路障或隔离物当作目标，从而做出危险判断，触发警报。为了抑制这种情况，转向检测单元选用GC03-SP3000转向传感器。该传感器主要特性是：寿命长；机械角度87°，电气角度45°。

油门踏板监测单元用于检测在警报发生时，驾驶人员是否松开了油门，以此判断是否对警报进行抑制。制动踏板监测单元用于检测在警报发生时，驾驶人员是否踩下了刹车系统，以此判断是否对警报进行抑制。只需分别监测油门踏板和制动踏板上的压力变化即可，统一采用HT-PD压力传感器对油门踏板和制动踏板上的压力进行检测。该传感器的主要特性是：结构紧凑、重量轻；高抗冲击和振动能力；高IP防护能力；可靠性和稳定性高。

系统传感器采集的数据信息送入车载CAN总线供单片机MC95S12DJ128读取。CAN(控制器局域网)是国际上运用最广泛的总线之一，由于是通过差分方式传输，其具有结构简单、传输距离较远、速率较快、节点数自由、安全可靠等特性，使其在汽车电子领域备受关注。CAN总线被设计在ECU(汽车电子控制单元)之间交换信息，从而构成了汽车电子网络。CAN技术规范包括2.0A和2.0B，其中CAN总线报文传输时主要有4种类型的帧：数据帧、远程帧、出错帧以及超载帧。考虑到本系统中使用的CAN总线标准数据帧格式，所以设计采用CAN2.0B，数据帧使用标准数据帧。

CAN通信单元是基于MC95S12DJ128设计的，主要用于完成与CAN总线的通讯，读取所需数据，实现汽车各系统之间的无干扰通讯。如图4所示，CAN通信单元包括CAN总线收发器U5、连接器J1、电阻R14～R18、电容C10和C11，其中CAN总线收发器U5选用PCA82C250，连接器J1为9针连接器。CAN总线收发器PCA82C250是CAN控制器和CAN总线之间的驱动器接口，可以提供对CAN总线的差动发送能力和对CAN控制器的差动接收能力，最高速可达1Mbps，与ISO11898标准兼容。其斜率控制功能使电磁兼容性能增强，准备模式可以减少CAN网络的功耗，准备模式中，CAN网络一旦检测到总线上有报文就会被立即激活。同时，它可提供更强抗干扰能力，以及有热保护、短路保护、支持多达110个通信节点等优点。在通信节点端部连接1个120Ω终端匹配电阻R17，提高了数据通信的抗干扰性。CAN总线收发器PCA82C250的引脚CANH和CANL通过9针连接器J1连接CAN总线的高低数据位。

单片机MC95S12DJ128将计算得到的与前后车辆距离和当前车辆行驶速度与预设的报警阈值进行比较分析判断出车辆处于危险状态时，通过声光报警单元向驾驶人员发出警报。如图5所示，声光报警单元包括三态缓存器U7、蜂鸣器B1、三极管Q2、发光二极管LED1～LED3和电阻R19～R22，其中三态缓存器U7选用三态八位缓冲器74LS244，发光二极管LED1为绿光二极管，发光二极管LED2为黄光二极管，发光二极管LED3为红光二极管。本系统对危险状态进行三级报警：当处于低危险状态时，只有绿光二极管LED1被点亮，提醒驾驶人员注意；当危险级别增高时，黄光二极管LED2被点亮，同时伴随有舒缓的蜂鸣声，提醒驾驶人员采取措施；当达到最高危险级别时，红光二极管LED3被点亮，同时蜂鸣声由舒缓转为急促，提醒驾驶人员赶紧制动。分别采用了单片机MC95S12DJ128的P2.20口驱动绿光二极管LED1，P2.21口驱动黄光二极管LED2，P2.22口驱动红光二极管LED3，P2.23口驱动蜂鸣器B1。

按键输入单元选用外置式8针插拔4×4键盘，可通过按键设置距离与车速的报警阈值。显示单元选用外置式图形点阵液晶显示模块JD12232A3，对与前后车辆之间的距离和当前车辆行驶速度进行实时显示。

当最高危险级别警报发生时，由于某些原因，驾驶人员可能没能及时刹车，因此需要系统强制启动刹车系统。当警报发生时，利用制动踏板上的压力传感器，可以知道驾驶人员是否进行了刹车，如果驾驶人员未及时刹车，则由单片机MC95S12DJ128输出PWM脉冲信号驱动制动单元。制动单元选用电磁换向阀，单片机MC95S12DJ128控制电磁换向阀的移动，改变油压从而强制启动刹车系统。

系统采用12V车载蓄电池进行供电。单片机MC95S12DJ128内核的工作电压为3.3V，而外围电路工作电压为5V；超声波测距单元和遥控防盗单元的工作电压为12V，因此需要将12V电压转换为5V和3.3V。如图6所示，电源供电单元包括电源、稳压器8和9、二极管D2和电容C12～C16，其中电源为车载蓄电池，稳压器U8选用LM7805，稳压器U9选用LM1117，二极管D2为肖特基二极管，电容C16为电解电容。12V车载蓄电池通过三端固定式集成稳压芯片LM7805转换为5V，再通过三端可调正稳压器集成电路LM1117转换为3.3V。

本实用新型提供了一种危险品运输车辆的追尾预警系统，基于传感器、CAN总线通信和单片机处理技术，实现了车辆前后准确测距和实时显示车辆之间的距离，还设置了分段报警灯，可及时提醒驾驶人员，并在车辆危险状态采取强制制动，大大提高了行车安全系数，有效降低了交通事故的发生率，其结构简单，成本低廉，系统功耗低，检测精度高，响应灵敏，稳定性和可靠性好，具有良好的扩展性，大大提高了危险品运输车辆在途运输的安全系数。

上面所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定。在不脱离本实用新型设计构思的前提下，本领域普通人员对本实用新型的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (10)

1.一种危险品运输车辆的追尾预警系统，其特征在于：包括超声波测距单元、车速检测单元、转向检测单元、油门踏板监测单元、刹车踏板监测单元、CAN通信单元、处理器单元、按键输入单元、显示单元、声光报警单元、制动单元和电源供电单元；所述超声波测距单元安装于车辆前后保险杠上，负责监测与前后车辆之间的距离；所述车速检测单元检测车辆行驶速度；所述转向检测单元检测车辆是否处于转向状态；所述油门踏板监测单元检测油门踏板是否松开；所述制动踏板监测单元监测驾驶人员是否踩下刹车系统；上述传感器采集的信息送入车载CAN总线，所述处理器单元通过所述CAN通信单元读取并进行处理分析，所述处理器单元输出分别连接所述显示单元、所述声光报警单元和所述制动单元；所述按键输入单元设置报警阈值；所述显示单元安装于车辆驾驶室，实时显示与前后车辆之间的距离和车辆行驶速度；所述声光报警单元安装于驾驶室，当所述处理器单元判断车辆处于危险状态时报警提醒驾驶人员；当车辆处于最高危险状态时，所述制动单元自动启动，进行强制刹车；所述电源供电单元对系统其它各单元提供工作电压。

2.根据权利要求1所述的一种危险品运输车辆的追尾预警系统，其特征在于：所述处理器单元选用16位单片机MC95S12DJ128。

3.根据权利要求1所述的一种危险品运输车辆的追尾预警系统，其特征在于：所述超声波测距单元包括超声波发射模块和超声波接收模块；所述超声波发射模块包括超声波发射探头、振荡器、电位器、第一电阻、第一和第二电容，其中所述超声波发射探头选用CSB40T，所述振荡器选用NE555时基振荡器；所述超声波接收模块包括超声波接收探头、超声波检波接收器、第三～第六电容和第二～第四电阻，其中所述超声波接收探头选用CSB40T，所述超声波检波接收器选用红外线检波接收专用芯片CX20106A，所述第四～第六电容为电解电容。

4.根据权利要求1所述的一种危险品运输车辆的追尾预警系统，其特征在于：所述车速检测单元包括车速传感器、第一和第二运算放大器、第一三极管、第一二极管、第五～第十三电阻和第七～第九电容，其中所述车速传感器选用CSHG-06霍尔效应转速传感器，所述第一和第二运算放大器选用LM258，所述第一二极管为肖特基二极管，所述第七和第九电容为电解电容。

5.根据权利要求1所述的一种危险品运输车辆的追尾预警系统，其特征在于：所述转向检测单元选用GC03-SP3000转向传感器。

6.根据权利要求1所述的一种危险品运输车辆的追尾预警系统，其特征在于：所述油门踏板监测单元和所述刹车踏板监测单元选用HT-PD压力传感器。

7.根据权利要求1所述的一种危险品运输车辆的追尾预警系统，其特征在于：所述CAN通信单元包括CAN总线收发器、连接器、第十四～第十八电阻、第十和第十一电容，其中所述CAN总线收发器选用PCA82C250，所述连接器为9针连接器。

8.根据权利要求1所述的一种危险品运输车辆的追尾预警系统，其特征在于：所述声光报警单元包括三态缓存器、蜂鸣器、第二三极管、第一～第三发光二极管和第十九～第二十二电阻，其中所述三态缓存器选用三态八位缓冲器74LS244，所述第一发光二极管为绿光二极管，所述第二发光二极管为黄光二极管，所述第三发光二极管为红光二极管。

9.根据权利要求1所述的一种危险品运输车辆的追尾预警系统，其特征在于：所述按键输入单元选用外置式8针插拔4×4键盘，所述显示单元选用外置式图形点阵液晶显示模块JD12232A3，所述制动单元选用电磁换向阀。

10.根据权利要求1所述的一种危险品运输车辆的追尾预警系统，其特征在于：所述电源供电单元包括电源、第一和第二稳压器、第二二极管和第十二～第十六电容，其中所述电源为车载蓄电池，所述第一稳压器选用LM7805，所述第二稳压器选用LM1117，所述第二二极管为肖特基二极管，所述第十六电容为电解电容。