CN209630602U - 一种基于北斗/gps时隙超声波测距的管轨式滑道车防碰撞系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于北斗/GPS时隙超声波测距的管轨式滑道车防碰撞系统，其特征在于，所述系统包括防碰撞系统控制器和与防碰撞系统控制器连接的超声波接收器、控制面板、速度传感器、电子刹车、超声波发射器、电源转换模块、无刷电机控制器和卫星校时模块，其中，所述无刷电机控制器外接无刷电机，电源转换模块外接48V电池组，48V电池组分别与轨道48V电源和无刷电机连接，所述系统置于管轨式滑道车上，而且超声波接收器位于管轨式滑道车的前部，超声波发射器位于管轨式滑道车的后部。这种系统成本低、实用性好，能准确检测出滑道上前后车的距离和速度，避免碰撞事件的发生，能提高管轨式滑道车的运营效益。

Description

一种基于北斗/GPS时隙超声波测距的管轨式滑道车防碰撞 系统

技术领域

本实用新型涉及超声波测距防碰撞控制领域，尤其是一种基于北斗/GPS时隙超声波测距的管轨式滑道车防碰撞系统。

背景技术

目前的管轨式滑道车依靠轨道电刷供电，采用无刷电机驱动，具有爬坡、转弯等功能，运行速度一般为12km/h，车辆运行模式只能手动操作，很难保证与前后车的安全距离，比如用于景区的管轨式观光滑道车，经常有碰撞的事件发生，导致人员受伤、车辆损坏，造成人员受伤，纠纷难以处理，游客体验大打折扣，而且车辆损坏，维修成本高，影响运营效率等诸多问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于北斗/GPS时隙超声波测距的管轨式滑道车防碰撞系统。这种系统成本低、实用性好，能准确检测出滑道上前后车的距离和速度，避免碰撞事件的发生，能提高管轨式滑道车的运营效益。

实现本实用新型目的的技术方案是：

一种基于北斗/GPS时隙超声波测距的管轨式滑道车防碰撞系统，与现有技术不同处在于，所述系统包括防碰撞系统控制器和与防碰撞系统控制器连接的超声波接收器、控制面板、速度传感器、电子刹车、超声波发射器、电源转换模块、无刷电机控制器和卫星校时模块，其中，所述无刷电机控制器外接无刷电机，电源转换模块外接48V电池组，48V电池组分别与轨道48V电源和无刷电机连接，所述系统置于管轨式滑道车上，而且超声波接收器位于管轨式滑道车的前部，超声波发射器位于管轨式滑道车的后部。

所述防碰撞系统控制器为中央控制处理器，包括CPU和控制单元，利用内部嵌入式软件智能对整个系统进行超声波发射、超声波接收、距离计算和控制，在卫星时间基准和内部时钟的共同作用下，依据超声波在空气中的传输速度和时间差，计算出与前车的准确距离，进行防碰撞逻辑操作，控制车辆加速、减速、刹车功能，保证安全的车距，实现防碰撞的功能。

所述超声波接收器为超声波信号接收装置，实现超声波信号检测，并将检测结果传送到防碰撞系统控制器，由防碰撞系统控制器计算出与前车的距离。

所述控制面板为人机界面，设有手动、自动、停止和坏车四个按键开关，实现对管轨式滑道车的控制功能。

所述速度传感器用于管轨式滑道车的速度检测，该装置将车轮的旋转速度转换为电信号，并报送防碰撞系统控制器，由防碰撞系统控制器实时计算出车辆的速度，加入到防碰撞逻辑中，达到对管轨式滑道车的安全控制。

所述电子刹车为制动装置，可实现管轨式滑道车刹车功能。

所述卫星校时模块用于实时时钟校对基准，结合防碰撞系统控制器的内部时钟，产生毫秒级的时钟基准源是超声波测距的必要条件。

所述超声波发射器为超声波信号发射装置，每秒发送10次超声波信号，每次信号发送8个38kH的超声波信号。

所述电源转换模块将轨道和电池组的电源转换为低电压，为防碰撞系统控制器、超声波发射与接收、速度传感器等提供电源。

所述无刷电机控制器，为动力驱动装置，无刷电机控制器驱动无刷电机，为滑道车产生驱动力。

所述无刷电机由无刷电机控制器提供电能，无刷电机将电能转换为机械能。

所述48V电池组配合轨道48V电源为管轨式滑道车提供控制和驱动电力，也可以避免轨道48V电源波动和短暂的断开起到稳定作用，为系统提供稳定的电源，降低故障率。

每辆管轨式滑道车都安装有防碰撞系统，顺序在管轨式滑道上运行，每一辆管轨式滑道车都实时接收卫星数据进行校时，内部形成毫秒级的时钟源，保证每一辆管轨式的滑道车具有相同的时间数据。超声波发射器安装在管轨式滑道车的尾部，超声波接收器安装在管轨式滑道车的前部，管轨式滑道车尾部的超声波发射器给后车发送超声波信号，后车接收前车发出的超声波信号，防碰撞系统控制器接收到前车的超声波信号，通过时间差计算出与前车的准确距离，通过防碰撞逻辑对车辆的运行状态进行控制，保证安全车距。

本技术方案中的系统工作过程为：

采用基于北斗/GPS的时隙超声波测距技术和多级速度控制，分级设定距离控制范围和速度控制范围，第一级速度控制范围为>10km/h，第一级控制距离为10-15m；第二级速度控制范围为6-10km/h，第二级控制距离为5-10m；第三级速度控制范围为0-6km/h，第三级控制距离为0-5m，工作时，通过操作面板让管轨式滑道车通电运行，电源转换模块将轨道48V电源和48V电池组电转换为12V直流电，为防碰撞控制器、超声波发射器、超声波接收器、速度传感器、无刷电机控制器供电，超声波接收器接收前车发出的超声波信号，计算出与前车的距离，速度传感器自动检测滑道车行驶速度，若检测前方15m内无车则防碰撞控制器切断电子刹车的电源，同时给无刷电机控制器下发加速命令，无刷电机控制器接通驱动电源，管轨式滑道车可以100%动力全速行驶；在第一级距离控制范围（10-15米）内若检测到有车，则判断是否在第一级速度控制范围（>10km/h），若车速大于10km/h，则防碰撞系统控制器给无刷电机控制器下发减速命令，无刷电机控制器断开动力电机电源，滑道车由惯性保持滑行；若车速小于10km/h，则防碰撞系统控制器下发限制指令给无刷电机控制器，管轨式滑道车限制为最高50%的动力；在第二级距离控制范围（5-10米）内若检测到有车，则判断是否在第二级速度控制范围（>6km/h），若车速大于6km/h，则防碰撞系统控制器给无刷电机控制器下发制动命令，无刷电机控制器断开无刷电机电源，接通电子刹车电源进行制动；若车速小于6km/h，则防碰撞系统控制器下发限制指令给无刷电机控制器，管轨式滑道车限制为最高30%的动力；在第三级距离控制范围（0-5米）内若检测到有车，忽略管轨式滑道车的速度，防碰撞系统控制器给无刷电机控制器下发制动命令，无刷电机控制器断开无刷电机电源，接通电子刹车电源进行制动，直到管轨式滑道车停止运行。

本技术方案可以有两种运行模式：自动行驶和手动行驶，并可根据需要随时更换，自动行驶模式为系统自动运行，控制管轨式滑道车与前车的距离和速度；手动行驶为游客自行驾驶控制滑道车与前车的距离和速度，但是距离和速度一旦超过系统设定的安全数值，系统也会自动执行减速、刹车的指令，游客既享受到驾驶的乐趣又保证了安全。

利用卫星导航系统的时间做超声波的基准，结合管轨式观光滑道车的运行模式，超声波发射器和接收器分别位于两辆不同的滑道车，可以降低超声波检测长距离的技术成本。

采用电源转换模块给防碰撞控制器、超声波收发器、速度传感器提供电源，让管轨式滑道车稳定、可靠运行；独特的安全距离检测，将距离信号与速度信号结合，通过多级控制，执行不同的控制命令，达到减速、加速、停车的目的，保持管轨式滑道车始终以安全速度行驶并与前车保持相应的安全距离，保证了管轨式滑道车的安全运营，减少管轨式滑道车车身的损坏和故障，克服了由于碰撞导致人员受伤、滑道车相关设备和设施损坏、维修量大等多种缺陷，是一种安全、可靠、操作方便的管轨式滑道车防碰撞系统。

这种系统成本低、实用性好，能准确检测出滑道上前后车的距离和速度，避免碰撞事件的发生，能提高管轨式滑道车的运营效益。

附图说明

图1为实施例的结构示意图；

图2为实施例中系统的工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型内容作进一步的阐述，但不是对本实用新型的限定。

实施例：

参照图1，一种基于北斗/GPS时隙超声波测距的管轨式滑道车防碰撞系统，所述系统包括防碰撞系统控制器和与防碰撞系统控制器连接的超声波接收器、控制面板、速度传感器、电子刹车、超声波发射器、电源转换模块、无刷电机控制器和卫星校时模块，其中，所述无刷电机控制器外接无刷电机，电源转换模块外接48V电池组，48V电池组分别与轨道48V电源和无刷电机连接，所述系统置于管轨式滑道车上，而且超声波接收器位于管轨式滑道车的前部，超声波发射器位于管轨式滑道车的后部。

所述防碰撞系统控制器为中央控制处理器，包括CPU和控制单元，利用内部嵌入式软件智能对整个系统进行超声波发射、超声波接收、距离计算和控制，在卫星时间基准和内部时钟的共同作用下，依据超声波在空气中的传输速度和时间差，计算出与前车的准确距离，进行防碰撞逻辑操作，控制车辆加速、减速、刹车功能，保证安全的车距，实现防碰撞的功能，本例选用型号为ATmega128L，其主要参数为：64引脚TQFP封装、先进的 RISC 结构，多数指令可以在一个时钟周期内完成；32 x 8 通用工作寄存器 + 外设控制寄存器；工作于16 MHz ，时性能高达16 MIPS。

所述超声波接收器为超声波信号接收装置，实现超声波信号检测，并将检测结果传送到防碰撞系统控制器，由防碰撞系统控制器计算出与前车的距离，本例超声波接收器选用型号为：TCT40-12R/R，主要参数：1.标称频率（KHz）：40KHz；2.发射声压at10V（0dB=0.02mPa）：≥117dB ；3.接收灵敏度at40KHz (0dB=V/ubar)：≥-65dB ），每秒实现10次超声波信号检测。

所述控制面板为人机界面，设有手动、自动、停止和坏车四个按键开关，实现对管轨式滑道车的控制功能。

所述速度传感器用于管轨式滑道车的速度检测，该装置将车轮的旋转速度转换为电信号，并报送防碰撞系统控制器由防碰撞系统控制器实时计算出车辆的速度，加入到防碰撞逻辑中，达到对管轨式滑道车的安全控制，本例速度传感器为CMSG-020。

所述电子刹车为制动装置，可实现管轨式滑道车刹车功能，本例电子刹车为FDB-1-015，主要参数：静摩擦扭矩15Nm，动摩擦力矩10Nm。

所述卫星校时模块用于实时时钟校对基准，结合防碰撞系统控制器的内部时钟，产生毫秒级的时钟基准源是超声波测距的必要条件，本例卫星校时模块为VK16U6，主要参数： UART / TTL,232电平；采用KDS 0.5PPM高精度 TCXO；内建RTC晶体及皮法电容更快的热启动。

所述超声波发射器为超声波信号发射装置，每秒发送10次超声波信号，每次信号发送8个38kH的超声波信号，本例超声波发射器为TCT40-12R/R，主要参数： 1.标称频率（KHz）：40KHz；2.发射声压at10V（0dB=0.02mPa）：≥117dB ；3.接收灵敏度at40KHz (0dB=V/ubar)：≥-65dB）。

所述电源转换模块将轨道和电池组的电源转换为低电压，为防碰撞系统控制器、超声波发射与接收、速度传感器等提供电源。

所述无刷电机控制器，为动力驱动装置，无刷电机控制器驱动无刷电机，为滑道车产生驱动力，本例无刷电机控制器为48V800W 保护电流25A的无刷电机控制器。

所述无刷电机由无刷电机控制器提供电能，无刷电机将电能转换为机械能，本例无刷电机为48V500W 电流12.5A，减速比6：1的无刷电机。

所述48V电池组配合轨道48V电源为管轨式滑道车提供控制和驱动电力，也可以避免轨道48V电源波动和短暂的断开起到稳定作用，为系统提供稳定的电源，降低故障率，本例电池组为6-DZM-12，12V12Ah的电池组。

本例中，每辆管轨式滑道车都安装有防碰撞系统，顺序在管轨式滑道上运行，每一辆管轨式滑道车都实时接收卫星数据进行校时，内部形成毫秒级的时钟源，保证每一辆管轨式的滑道车具有相同的时间数据。超声波发射器安装在管轨式滑道车的尾部，超声波接收器安装在管轨式滑道车的前部，管轨式滑道车尾部的超声波发射器给后车发送超声波信号，后车接收前车发出的超声波信号，防碰撞系统控制器接收到前车的超声波信号，通过时间差计算出与前车的准确距离，通过防碰撞逻辑对车辆的运行状态进行控制，保证安全车距。

本技术方案中的系统工作过程如图2所示，为：

采用基于北斗/GPS的时隙超声波测距技术和多级速度控制，分级设定距离控制范围和速度控制范围，第一级速度控制范围为>10km/h，第一级控制距离为10-15m；第二级速度控制范围为6-10km/h，第二级控制距离为5-10m；第三级速度控制范围为0-6km/h，第三级控制距离为0-5m，工作时，通过操作面板让管轨式滑道车通电运行，电源转换模块将轨道48V电源和48V电池组电转换为12V直流电，为防碰撞控制器、超声波发射器、超声波接收器、速度传感器、无刷电机控制器供电，超声波接收器接收前车发出的超声波信号，计算出与前车的距离，速度传感器自动检测滑道车行驶速度，若检测前方15m内无车则防碰撞控制器切断电子刹车的电源，同时给无刷电机控制器下发加速命令，无刷电机控制器接通驱动电源，管轨式滑道车可以100%动力全速行驶；在第一级距离控制范围（10-15米）内若检测到有车，则判断是否在第一级速度控制范围（>10km/h），若车速大于10km/h，则防碰撞系统控制器给无刷电机控制器下发减速命令，无刷电机控制器断开动力电机电源，滑道车由惯性保持滑行；若车速小于10km/h，则防碰撞系统控制器下发限制指令给无刷电机控制器，管轨式滑道车限制为最高50%的动力；在第二级距离控制范围（5-10米）内若检测到有车，则判断是否在第二级速度控制范围（>6km/h），若车速大于6km/h，则防碰撞系统控制器给无刷电机控制器下发制动命令，无刷电机控制器断开无刷电机电源，接通电子刹车电源进行制动；若车速小于6km/h，则防碰撞系统控制器下发限制指令给无刷电机控制器，管轨式滑道车限制为最高30%的动力；在第三级距离控制范围（0-5米）内若检测到有车，忽略管轨式滑道车的速度，防碰撞系统控制器给无刷电机控制器下发制动命令，无刷电机控制器断开无刷电机电源，接通电子刹车电源进行制动，直到管轨式滑道车停止运行。

本例中有两种运行模式：自动行驶和手动行驶，并可根据需要随时更换，自动行驶模式为系统自动运行，控制管轨式滑道车与前车的距离和速度；手动行驶为游客自行驾驶控制滑道车与前车的距离和速度，但是距离和速度一旦超过系统设定的安全数值，系统也会自动执行减速、刹车的指令，游客既享受到驾驶的乐趣又保证了安全。

Claims (1)

1.一种基于北斗/GPS时隙超声波测距的管轨式滑道车防碰撞系统，其特征在于，所述系统包括防碰撞系统控制器和与防碰撞系统控制器连接的超声波接收器、控制面板、速度传感器、电子刹车、超声波发射器、电源转换模块、无刷电机控制器和卫星校时模块，其中，所述无刷电机控制器外接无刷电机，电源转换模块外接48V电池组，48V电池组分别与轨道48V电源和无刷电机连接，所述系统置于管轨式滑道车上，而且超声波接收器位于管轨式滑道车的前部，超声波发射器位于管轨式滑道车的后部。