CN211252392U - 一种基于psd探测模块的涉水行车安全预警装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于PSD探测模块的涉水行车安全预警装置，包括水深检测装置、显示报警装置、车载导航设备、个人终端和远程服务器，水深检测装置安装在汽车前方保险杠上，显示报警装置放置于汽车内部。本实用新型利用半导体激光器进行主动照明，采用激光三角法PSD测距，利用水体目标反射折射光线，无需将检测器探入水下，能及时获取车辆前方的积水深度，并具有深度显示和报警功能，个人终端从远程服务器获取的各个路段的积水深度和带有道路积水深度示意的导航地图，可让驾驶员提前避开积水堵塞路段，既避免了时间上的浪费，又避免了积水路段的堵塞。

Description

一种基于PSD探测模块的涉水行车安全预警装置

技术领域

本实用新型涉及汽车安全技术领域，特别涉及一种基于PSD探测模块的涉水行车安全预警装置。

背景技术

随着社会的发展，各城市的汽车保有量呈逐年加快增长趋势，为了缓解因车辆过多而加重城市交通负担的问题，新增道路以及建设地下行车隧道作为主要手段，但亦带来了诸多新的问题。

近年来，城市道路低洼路段积水问题愈发严重，从而导致路面路基损坏，城市交通拥堵，以及影响行车安全。首先，当积水过深时，容易导致车辆排气管进水，轻则造成车辆泡水熄火，重则造成车内人身安全；其次，当车辆快速驶入积水路面时，水体从正面会对车辆产生较大阻力，导致汽车横向稳定性降低，而湿滑路面造成的车轮和路面之间摩擦力减小，则造成制动距离增大，甚至可能瞬间失控发生侧滑，可见路面深度积水会对行车安全存在重大安全隐患。

现有技术，在公告号为“CN203165225U”的现有专利中介绍了一种用于下立交积水时管控车辆通行的智能交通控制系统，包括用于测量积水深度的传感模块，用于报警的信息预报屏、交通信号灯，已经用于主控的控制模块。驾驶员在远处观察信息预报屏和交通信号灯以获得前方积水情况，并对是否能够通过进行判断。

上述技术方案虽然在一定程度上解决了现有技术的问题，但仍存在以下缺陷：

1)提示信息处通常设置于积水路面前方路口，当驾驶员观察到前方路口时调转换路已经不便；

2)车辆种类多样，排气管对地高度不同，针对一些积水路面，普通家用轿车由于排气管对地高度较低而无法通过，但排气管较高的越野车和大型公交车则完全可以通过，驾驶员不能就水深对自身车辆的危害程度进行准确预判。

因此，有必要提供新的技术方案以解决现有技术中存在的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于PSD探测模块的涉水行车安全预警装置，以解决上述背景技术中提出的技术问题。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种基于PSD探测模块的涉水行车安全预警装置，包括水深检测装置、显示报警装置、车载导航设备、个人终端和远程服务器，所述水深检测装置安装在汽车前方保险杠上，所述显示报警装置放置于汽车内部；

所述水深检测装置包括PSD探测模块、数据控制处理模块和无线通讯模块；所述PSD探测模块用于发射激光信号和获取反射的激光信号，所述PSD探测模块的输出端与所述数据控制处理模块的输入端连接；所述数据控制处理模块包括单片机及外围电路，用于控制A/D转换单元、处理输入输出信号和计算积水深度；

所述单片机的输出端分别与所述PSD探测模块的输入端和无线通讯模块的输入端连接，所述无线通讯模块分别与所述显示报警装置、远程服务器和个人终端无线连接；所述显示报警装置包括控制按钮、显示器和声光报警功能模块，所述控制按钮用于控制所述水深检测装置的启动与停止，所述显示器用于实时显示积水深度，所述显示器的输入端与所述车载导航设备的输出端连接，用于显示导航地图；所述声光报警功能模块包括蜂鸣器和LED灯，当积水深度超过预设安全值时，所述声光报警功能模块发出警报；

所述远程服务器用于接收并处理各个路段上车辆传来的位置信息和积水深度信息，从而计算出各个路段的积水深度，生成带有道路积水深度示意的导航地图；所述个人终端用于实时显示积水深度和导航地图，所述个人终端通过网络与所述远程服务器无线连接，用于显示各个路段的积水深度和所述带有道路积水深度示意的导航地图。

本实用新型的进一步设置为：所述PSD探测模块包括：带主动照明的半导体激光器、带调整激光输出的准直透镜、接收透镜和PSD，接收透镜和PSD用于接收反射回的激光束；所述激光器输出激光的轴线、接收透镜的光轴以及PSD三者位于同一平面，激光器输出激光与PSD 形成三角测距。

本实用新型的进一步设置为：所述外围电路包括电流电压转换电路，所述电流电压转换电路用于把PSD探测模块输出的微弱电路信号转换为电压信号并滤波放大后，再传送至单片机的信号输入端。

本实用新型的进一步设置为：在所述带有道路积水深度示意的导航地图上，轻度积水的路段显示为灰色，重度积水的路段显示为黑色。

本实用新型的进一步设置为：所述轻度积水表示涉水深度安全预设值大于20cm的车辆均可安全通行，所述重度积水表示涉水深度安全预设值小于32cm的车辆均无法安全通行。

本实用新型的进一步设置为：还包括与所述水深检测装置连接的电源模块，所述电源模块包括车载电源、以及与所述车载电源连接的变压器，所述车载电源通过变压器后提供适用于所述水深检测装置的稳压电源。

本实用新型的工作原理是：

当司机在开车行驶过程中，遇到前方道路积水时，开启显示报警装置上的控制按钮，启动水深检测装置，激光器发射激光并经准直透镜准直，从积水水面上折射入水中，再射到道路上形成反射光束，并再次折射出水面，出水面后通过接收透镜传输到PSD探测模块上作为传感信号。PSD输出的电信号准确地反映了传感器接收到的光束传输的距离信息。PSD输出电流信号，经过数据控制处理模块，首先由电流电压转换电路转换为适当的小电压信号，并经过放大，通过单片机控制A/D转换，读取转换结果，并计算得到激光器到路面的距离信息，减去装置与积水水面的距离则可得到积水深度值，当测量出的积水深度大于或等于预设安全值时，水深检测装置发出报警信号并无线传输到车内的显示报警装置上，提醒驾驶员采取相应措施，避免对车辆造成更大的损坏。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

其一、本实用新型的远程服务器根据各个路段上车辆传来的位置信息和积水深度信息计算得出各个路段的积水深度，生成带有道路积水深度示意的导航地图；雨天驾驶时，驾驶员可通过个人终端从远程服务器获取各个路段的积水深度和带有道路积水深度示意的导航地图，当导航地图上显示的行进路线上出现灰色或者黑色路段时，驾驶员可结合自身车辆的安全涉水深度上限和个人终端上显示的各个路段的积水深度信息，判断自己的车辆是否可以安全通过该路段，若无法安全通过则重新确定行驶路线，驾驶员提前避开积水堵塞路段，提前更改行驶路线，既避免了时间上的浪费，又避免了积水路段的堵塞。

其二、本实用新型的显示报警装置可实时显示行驶路段的积水深度，驾驶员可结合自身车辆的安全涉水深度上限和显示报警装置上显示的积水深度，判断自己的车辆是否可以安全通过该路段，若无法安全通过则熄火停车，避免因涉水过深而对车辆和自身安全造成损伤，避免交通事故的发生。

其三、本实用新型采用PSD和单片机作为探测主要芯片，由半导体激光器进行主动照明，白天夜晚均可以简单快捷的检测和报警，成本低廉、测量精度高、组装简单、检测装置整体精简、体积大幅缩小；有深度显示和报警模块，操作方法简单快捷。

其四、采用激光三角法PSD测距，利用水体目标反射折射光线，无需将检测器深入水下，工业防水等级可以适当放宽要求，降低了装置封装和设计的难度及成本。

附图说明

图1是本实用新型的水深检测装置的安装位置示意图；

图2是本实用新型的水深检测装置的原理图；

图3是本实用新型的原理框图；

图4为现有部分车型安全涉水深度预设值表。

图中：1、水深检测装置；2、显示报警装置；3、车载导航设备； 4、个人终端；5、远程服务器；6、电源模块。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例：

一种基于PSD探测模块的涉水行车安全预警装置，如图1至图4 所示，包括水深检测装置1、显示报警装置2、车载导航设备3、个人终端4和远程服务器5，水深检测装置1安装在汽车前方保险杠上，显示报警装置2放置于汽车内部；具体地，本实施例中的显示报警装置2 为手持式的设备，行驶时放在驾驶座的前方，便于驾驶员进行操作和观看。

水深检测装置1包括PSD探测模块、数据控制处理模块和无线通讯模块；PSD探测模块用于发射激光信号和获取反射的激光信号，PSD 探测模块的输出端与数据控制处理模块的输入端连接；数据控制处理模块包括单片机及外围电路，用于控制A/D转换单元、处理输入输出信号和计算积水深度；单片机的输出端分别与PSD探测模块的输入端和无线通讯模块的输入端连接，无线通讯模块分别与显示报警装置2、远程服务器5和个人终端4无线连接；其中，外围电路包括电流电压转换电路，电流电压转换电路用于把PSD探测模块输出的微弱电路信号转换为电压信号并滤波放大后，再传送至单片机的信号输入端，由单片机进行计算处理。

显示报警装置2包括控制按钮、显示器和声光报警功能模块，控制按钮用于控制水深检测装置1的启动与停止，显示器用于实时显示积水深度，显示器的输入端与车载导航设备3的输出端连接，用于显示导航地图；声光报警功能模块包括蜂鸣器和LED灯，当积水深度超过预设安全值时，所述声光报警功能模块发出警报，提醒司机积水过深，无法通行。

远程服务器5用于接收并处理各个路段上车辆传来的位置信息和积水深度信息，从而计算出各个路段的积水深度，生成带有道路积水深度示意的导航地图；个人终端4用于实时显示积水深度和导航地图，个人终端4通过网络与远程服务器5无线连接，用于显示各个路段的积水深度和所述带有道路积水深度示意的导航地图。

本实用新型的远程服务器5根据各个路段上车辆传来的位置信息和积水深度信息计算得出各个路段的积水深度，生成带有道路积水深度示意的导航地图；雨天驾驶时，驾驶员可通过个人终端4从远程服务器5获取各个路段的积水深度和带有道路积水深度示意的导航地图，当导航地图上显示的行进路线上出现灰色或者黑色路段时，驾驶员可结合自身车辆的安全涉水深度上限和个人终端4上显示的各个路段的积水深度信息，判断自己的车辆是否可以安全通过该路段，若无法安全通过则重新确定行驶路线，驾驶员提前避开积水堵塞路段，提前更改行驶路线，既避免了时间上的浪费，又避免了积水路段的堵塞。当然，本实用新型的显示报警装置2也可通过水深检测装置1上的无线通讯模块从远程服务器5获取各个路段的积水深度和带有道路积水深度示意的导航地图。

本实施例中的显示报警装置2与水深检测装置1的无线连接方式为蓝牙连接，当然，所述无线连接方式也可以是WI-FI通信，不影响本实用新型的保护范围。

具体地，本实施例中的PSD探测模块包括：带主动照明的半导体激光器、带调整激光输出的准直透镜、接收透镜和PSD，接收透镜和PSD 用于接收反射回的激光束；激光器输出激光的轴线、接收透镜的光轴以及PSD三者位于同一平面，激光器输出激光与PSD形成三角测距。

具体地，在所述带有道路积水深度示意的导航地图上，轻度积水的路段显示为灰色，重度积水的路段显示为黑色。其中，轻度积水表示涉水深度安全预设值大于20cm的车辆均可安全通行，重度积水表示涉水深度安全预设值小于32cm的车辆均无法安全通行。

具体地，本实施例中的基于PSD探测模块的涉水行车安全预警装置还包括与水深检测装置1连接的电源模块6，电源模块6包括车载电源、以及与车载电源连接的变压器，车载电源通过变压器后提供适用于水深检测装置1的稳压电源。

本实用新型工作时，激光器通过准直透镜将激光光束经水面折射到积水下的路面，反射的光线经水面折射后将形成最终反射光束，将其作为传感信号，通过接收透镜成像会聚在PSD上，从而可以通过计算得到激光器到路面的距离信息，减去装置与积水水面的距离则可得到积水深度值。激光三角测距法能有效屏蔽掉水面的直接反射光束，从而实现检测装置在水面上直接测量。

在开始探测前，先测出并记录背景光产生的信号，再控制激光器发射光束，通过选通门采集信号，然后在软件中减去背景信号，根据公式计算出具体深度值，并将深度值与致使汽车抛锚的积水深度安全值进行比较，当积水深度超过安全值则自动报警。

参照图2，本实用新型的实施例中，数据控制处理模块的运算过程如下，由单片机控制PSD模块以选通门方式工作，启动后，首先接收背景光束，测出其产生的信号强度，然后激光器发射激光，PSD开始捕获反射回的光束，当获取到信号时，送入单片机，将PSD测得的距离值减去激光器距水面距离h可得积水深度为s。

本实用新型的实施例中，PSD接收到的反射光强会因为被测积水中的悬浮粒子的吸收散射而减弱，采用增强激光器的出射功率方法即可达到精度要求，实际应用中的测量精度误差值约为±2cm，完全可满足要求。

上述实施例仅仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种基于PSD探测模块的涉水行车安全预警装置，包括水深检测装置、显示报警装置、车载导航设备、个人终端和远程服务器，所述水深检测装置安装在汽车前方保险杠上，所述显示报警装置放置于汽车内部；其特征在于：

所述水深检测装置包括PSD探测模块、数据控制处理模块和无线通讯模块；所述PSD探测模块用于发射激光信号和获取反射的激光信号，所述PSD探测模块的输出端与所述数据控制处理模块的输入端连接；所述数据控制处理模块包括单片机及外围电路，用于控制A/D转换单元、处理输入输出信号和计算积水深度；

所述单片机的输出端分别与所述PSD探测模块的输入端和无线通讯模块的输入端连接，所述无线通讯模块分别与所述显示报警装置、远程服务器和个人终端无线连接；所述显示报警装置包括控制按钮、显示器和声光报警功能模块，所述控制按钮用于控制所述水深检测装置的启动与停止，所述显示器用于实时显示积水深度，所述显示器的输入端与所述车载导航设备的输出端连接，用于显示导航地图；所述声光报警功能模块包括蜂鸣器和LED灯，当积水深度超过预设安全值时，所述声光报警功能模块发出警报；

所述远程服务器用于接收并处理各个路段上车辆传来的位置信息和积水深度信息，从而计算出各个路段的积水深度，生成带有道路积水深度示意的导航地图；所述个人终端用于实时显示积水深度和导航地图，所述个人终端通过网络与所述远程服务器无线连接，用于显示各个路段的积水深度和所述带有道路积水深度示意的导航地图。

2.根据权利要求1所述的基于PSD探测模块的涉水行车安全预警装置，其特征在于：所述PSD探测模块包括：带主动照明的半导体激光器、带调整激光输出的准直透镜、接收透镜和PSD，接收透镜和PSD用于接收反射回的激光束；所述激光器输出激光的轴线、接收透镜的光轴以及PSD三者位于同一平面，激光器输出激光与PSD形成三角测距。

3.根据权利要求1所述的基于PSD探测模块的涉水行车安全预警装置，其特征在于：所述外围电路包括电流电压转换电路，所述电流电压转换电路用于把PSD探测模块输出的微弱电路信号转换为电压信号并滤波放大后，再传送至单片机的信号输入端。

4.根据权利要求1所述的基于PSD探测模块的涉水行车安全预警装置，其特征在于：在所述带有道路积水深度示意的导航地图上，轻度积水的路段显示为灰色，重度积水的路段显示为黑色。

5.根据权利要求4所述的基于PSD探测模块的涉水行车安全预警装置，其特征在于：所述轻度积水表示涉水深度安全预设值大于20cm的车辆均可安全通行，所述重度积水表示涉水深度安全预设值小于32cm的车辆均无法安全通行。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的基于PSD探测模块的涉水行车安全预警装置，其特征在于：还包括与所述水深检测装置连接的电源模块，所述电源模块包括车载电源、以及与所述车载电源连接的变压器，所述车载电源通过变压器后提供适用于所述水深检测装置的稳压电源。

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