CN212468977U - 一种反光环清洁系统及装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种反光环清洁系统及装置，包括运动模块、控制模块和通信模块；运动模块包括小车单元、抽水单元、清洁单元和导轨组件；导轨组件包括导轨和导轨支架，导轨通过导轨支架安装于隧道的墙体上，且导轨沿反光环的长度方向延伸并与反光环相平行；小车单元包括车体，设置在车体上的支撑轮和驱动轮，用于驱动驱动轮的驱动电机，以及设置在车体上且位于驱动轮两侧的滑块；在滑块的内侧开设有导向槽，并在导向槽内设有突出于该导向槽的导向球；所述小车单元通过滑块、导向球倒挂在所述导轨上，且驱动轮与导轨相接触，本实用新型用于解决人工清洁反光环导致交通封路，以及人工清洁成本费用过高的问题。

Description

一种反光环清洁系统及装置

技术领域

本实用新型属于清洁设备技术领域，具体涉及到一种反光环清洁系统及装置。

背景技术

高速公路隧道反光环主要是在隧道行车过程中起警示作用的一种物理装置，该物理装置是保障汽车安全通过隧道的重要设备，而保证反光环具有清洁的表面尤为关键。随着人们生活物质水平的提高，购买汽车的家庭越来越多，每天通行隧道的车辆也越来越多，从而加快了反光环变脏的速度，使反光环需要清洁的频率越来越高。

目前，清洗反光环的方式通常是通过清洁车或者人工进行定时清洁。但该方式存在人工成本较高的问题，且在进行清洁时需要封闭道路进行施工，对道路交通造成了一定的阻碍。

因此，有必要开发一种反光环清洁系统及装置。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术存在的不足，目的在于提供一种反光环清洁系统及装置，以解决人工清洁反光环导致交通封路，以及人工清洁成本费用过高的问题。

本实用新型所述的一种反光环清洁装置，包括运动模块、控制模块和通信模块；所述运动模块包括小车单元、抽水单元、清洁单元和导轨组件；所述导轨组件包括导轨和导轨支架，所述导轨通过导轨支架安装于隧道的墙体上，且导轨沿反光环的长度方向延伸并与反光环相平行；所述小车单元包括车体，设置在车体上的支撑轮和驱动轮，用于驱动驱动轮的驱动电机，以及设置在车体上且位于驱动轮两侧的滑块；在滑块的内侧开设有导向槽，并在导向槽内设有突出于该导向槽的导向球；所述小车单元通过滑块、导向球倒挂在所述导轨上，且驱动轮与导轨相接触；所述支撑轮一端支撑在隧道的墙体上，支撑轮的另一端通过螺母连接于车体上，通过所述螺母来调节支撑轮的高度；所述清洁单元包括清洁刷和旋转电机，所述旋转电机设置在车体上，清洁刷与旋转电机相连接，通过旋转电机驱动清洁刷旋转；所述抽水单元包括水箱、水泵和雾化喷头，所述水箱设置于车体上，水泵通过管道与水箱连接，雾化喷头设置于所述清洁刷处，且该雾化喷头通过管道与水泵连接；所述控制模块分别与驱动电机、水泵、旋转电机和通信模块电连接。

进一步地，所述清洁装置还包括电源模块，该电源模块分别与控制模块、驱动电机、水泵、旋转电机和通信模块电连接。

进一步地，所述控制模块包括处理器、传感器模块和显示器；所述传感器模块通过串行总线接口与处理器电连接；传感器模块将采集到的目标信号传输至处理器进行处理；所述显示器与处理器通过SPI串行总线接口电连接，用于接收所述目标信号并进行显示。

进一步地，所述传感器模块包括以下至少之一：电量传感器、水位传感器、温湿度传感器以及粉尘浓度传感器，其中，电量传感器、水位传感器、温湿度传感器与粉尘浓度传感器分别与处理器电连接，电量传感器用于监测所述小车单元剩余电量，水位传感器用于监测所述水箱剩余水量，温湿度传感器用于监测所述反光环表面和隧道内的温度以及湿度，粉尘浓度传感器用于监测所述反光环表面和隧道内的粉尘浓度；处理器基于所述传感器模块检测到的电量传感器数值、水位传感器数值、温湿度传感器数值以及粉尘浓度传感器数值等进行分析，并将分析结果传输至显示器进行显示。

进一步地，所述控制模块还包括与处理器电连接的存储设备，该存储设备用于存储所述处理器处理的目标信号。

进一步地，所述通信模块包括以下至少之一：WIFI通信单元和GPRS通信单元，WIFI通信单元和GPRS通信单元分别与处理器电连接。

本实用新型所述的一种反光环的清洁系统，包括本实用新型所述的反光环清洁装置，还包括云端服务器、中央控制室和移动终端，所述移动终端内置控制模块通过无线局域网控制运动模块移动，所述移动终端通过内置通信模块与所述云端服务器进行通信并进行数据分析，云端服务器再将所述数据分析的结果通过所述通信模块传输至所述中央控制室进行显示，所述反光环清洁装置具有手动模式和自动模式；所述移动终端上配置有前进按键、后退按键和擦拭按键，在手动模式下，通过移动终端上的按键控制反光环清洁装置完成前进、后退和擦拭反光环操作；在自动模式下，通过预设的清洁刷转速、小车运行速度与清洁刷力度控制反光环清洁装置行走和擦拭反光环操作。

本实用新型具有以下优点：

本装置能够由人工通过移动设备进行无线远程控制和数据采集，移动终端将数据上传到云端服务器，实现对隧道反光环清洗的管理和养护等功能，实现完全的智能化和精细化管理。能够有效解决因人工清洁反光环导致交通封路，以及人工清洁成本费用过高的问题。

附图说明

图1是本实用新型所述反光环清洁装置中运动模块的结构示意图；

图2是本实用新型所述反光环清洁装置中抽水单元的结构示意图；

图3是本实用新型中所述反光环清洁装置中控制模块的原理框图；

图4是本实用新型中所述反光环的清洁系统的原理框图；

图中：

1-导轨；2-导轨支架；3-车体；4-支撑轮；5-驱动轮；6-驱动电机；7-滑块； 8-导向球；9-螺母；10-清洁刷；11-旋转电机；12-墙体；13-水箱；14-水泵； 15-雾化喷头；16-管道；17-处理器；18-传感器模块；19-电源模块；和20- 显示器；21-反光环的清洁系统；22-云端服务器；23-中央控制室；24-移动终端。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

目前清洁隧道反光环的通常采用人工到现场清洁的方式，此种方式通常需要进行封路清洁反光环且人工清洁费用成本过高，基于此，本实施例提供的一种反光环清洁装置，能够实现数字化清洁反光环以及降低人工清洁成本费用过高的问题。

为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种反光环清洁装置进行详细介绍。

实施例一

一种反光环清洁装置包括运动模块、控制模块和通信模块，包括运动模块、控制模块和通信模块；如图1所示，所述运动模块包括小车单元、抽水单元、清洁单元和导轨组件；所述导轨组件包括导轨1和导轨支架2，所述导轨1通过导轨支架2安装于隧道的墙体上，且导轨沿反光环的长度方向延伸并与反光环相平行；所述小车单元包括车体3，设置在车体上的支撑轮4和驱动轮5，用于驱动驱动轮5的驱动电机6，以及设置在车体上且位于驱动轮5两侧的滑块7；在滑块的内侧开设有导向槽(未在图中示出)，并在导向槽内设有突出于该导向槽的导向球8；所述小车单元通过滑块7、导向球8倒挂在所述导轨1 上，且驱动轮5与导轨1相接触；所述支撑轮4一端支撑在隧道的墙体12上，支撑轮4的另一端上设置有螺母9，安装于车体3上，所述螺母9用于调节车体与墙体12的距离；所述清洁单元包括清洁刷10和旋转电机11，所述清洁刷 10与旋转电机11相连接，旋转电机11为清洁刷10提供旋转动能；

所述控制模块分别与驱动电机、水泵、旋转电机和通信模块电连接。

在本实施例中，控制模块通过通信模块实现无线局域网或者有线的操作方式来控制运动模块，运动模块中的小车单元通过滑块及导向球倒挂在导轨上，用于运输抽水单元和清洁单元至反光环处，对反光环进行清洁操作；控制车体与墙体高度距离的是支撑轮，通过调节支撑轮上的螺母，调节车体与与墙体之间的距离，方便清洁刷更好地对墙体上的反光环进行清洁操作，另外小车设计有卡槽，以保证小车与导轨之间紧密贴合，避免小车滑落。由于小车只需要在轨道上进行往复运动，因此设计小车车体的运动方向只有两种：前进、后退。通过调整驱动电机运动方向，就可以改变小车的运动方向。由于小车车体的动能主要由驱动轮与导轨之间的摩擦力提供，因此驱动轮的速度将决定小车的运动速度。同时设定小车运行速度为三档，三档转速分别设为10转/秒、 20转/秒与50转/秒，不同的档位决定了小车的行进速度。分别对应不同情况下的需求，例如，在日常情况如果选择高速档，可以在短时间内完成反光环表面灰尘清洁，此时可以同时将清洁刷力度调大，保证清洁效果。

需要说明的是，安装于隧道墙体上的导轨属于可拆卸式导轨，只要在需要清洁反光环的时候，将导轨沿沿导轨支架安装于隧道的墙体上。在运动模块小车清洁完反光板后即可拆卸导轨。避免导轨遭受风干，增加导轨的使用寿命。驱动清洁刷的旋转电机，将水箱水抽出的水泵以及驱动车体移动的驱动电机均是通过通信模块与控制模块电路衔接，实现控制需求。通信模块中采用的通信方式主要是通过WIFI通信单元与GPRS通信单元两种通信方式，来实现装置与模块、模块与模块之间的有线或者无线操作模式。

在本实施例中所述反光环清洁装置还包括电源模块，该电源模块分别与控制模块、驱动电机、水泵、旋转电机和通信模块电连接，为所有驱动设备提供充足电能，保证设备正常工作。

需要说明的是，由于多个电机工作，本实用新型装置对电源的要求也较高，例如，驱动小车的电源拟采用12V/50Ah可充电锂电池的方案，设计了可拆卸电池和现场充电两种方案：使用可拆卸电池方案，可以在电池电量耗尽后，由操作人员到现场进行电池更换充满电的电池；现场充电方案则是，在现场设置充电位置，小车电量将要耗尽的时候，小车自动行驶至充电位置，并通过充电程序开始充电实现自动充电功能。考虑小车全负载工作的情况下，工作电流为 1A，则小车可连续不间断工作50小时，若小车每日工作时间为2小时，则可连续工作25天不需要进行电池更换或充电等操作，极大地降低了人工成本。旋转电机的电源的供电电压设计为12V供电电压，用锂电池组直接给旋转电机的电源供电，电流根据清洁刷旋转速度来具体调整；水泵电源的供电电压设计为12V，能够使用锂电池组直接给水泵供电。水泵选择低功耗水泵，预计工作电流小于0.3A，功率小于3W，以增加电池工作时长。

所述抽水单元的结构图如图2所示，抽水单元包括水箱13、水泵14和雾化喷头15，所述水箱设置于车体上，水泵14通过管道16与水箱13连接，雾化喷头15设置于所述清洁刷处，且该雾化喷头15通过管道16与水泵14连接。但此抽水单元的连接结构不限于图2的连接方式，在喷水口处使用雾化喷头，以增加反光环润湿面积，减少大量喷水导致多余水分落下，滴落在过往车辆上。

需要说明的是，本实用新型设计水箱容量为1～5L，亦可根据不同需求，调整水箱容量。本实施例中，水箱的最大容量不能超过5L，否则超过小车承载量，过大水箱容量也会给来往车辆带来安全隐患。为了便于补水还可以将水箱设计为可拆卸式水箱与可自行补水两种补水方式，其中，可拆卸式在水量耗尽后由操作人员进行水箱更换，将空水箱抽出后装上装满水的水箱。或者在现场有水源的前提下，小车在水量耗尽时，自行前往水补充位置，通过程序及传感器的配合，实现自动补水功能。

另外，通过调节螺母调节支撑轮的高度，配合导轨作为支点，形成了杠杆，用来调节清洁刷力度，通过调节螺母控制支撑轮的高度，随着支撑轮高度的升高，因为杠杆原理，导致右侧下降，使得清洁刷贴合更加紧密，从而实现清洁刷力度的调节。支撑轮高度螺母的调节由控制模块控制，可以由操作人员设定。

如图3所示，在本实施例中所述控制模块还包括处理器17、传感器模块 18、供电单元19和显示器20，所述传感器模块18通过串行总线接口与处理器 17电连接，传感器模块将采集到的目标信号传输至处理器进行处理，所述显示器与处理器通过SPI串行总线接口电连接，并接收所述目标信号，所述供电单元为控制模块提供电能。

上述串行总线接口的连接方式还包括I2C串行接口和UART串行接口的连接方式，但不局限于上述两种串行接口的连接方式，也能根据实际运用选择更加合理或者是方便的串行接口的连接方式。所述处理器采用STM32芯片为主控，通过Wi-Fi通信模块与移动终端进行通信，通过移动终端对小车进行控制。

需要说明的是，为了监测到所述小车剩余电量和水量，本实施例中，还包括电量传感器与水位传感器，电量传感器与水位传感器分别与 STM32芯片电连接，电量传感器用于监测第一电源剩余电量，所述水位传感器用于监测所述水箱剩余水量。

为了更加保证小车车体正常工作，通过设定电量传感器来检测小车车体的剩余电量，是一种较好的掌控其是否能继续工作的手段。否则在不知道小车剩余电量的情况下，难以判断其是因为外界故障，还是电量不足的原因导致小车不工作。本实施例中采用累积流量阀进行估算剩余电量。该估算方法具有剩余电量估计准确，开销较小等优点。为了保证水箱能够持续供水，通过设定水位传感器来监测水箱的剩余水量，根据监测数据判断是否足够完成下一次反光环清洗工作。需要注意的是，在进行作业时，水箱中水的位置是不断变化的，因此无法在作业过程中进行剩余水量监测，只能在未作业下且处于水平状态时，对水箱中的剩余水量进行估计。为保证测量效果，过滤重力在小车运动过程中对液面的影响，采用超声波水位传感器在小车非工作时间测量水箱中的水的位置。同时，为了更好监测隧道内的反光环所处环境的温湿度以及灰尘浓度情况，以便对反光环执行清洁操作，可以在小车车体或者导轨上添加温湿度传感器和粉尘浓度传感器。

处理器基于所述传感器模块检测到的电量传感器数值、水位传感器数值、温湿度传感器数值以及粉尘浓度传感器数值等进行分析，并将分析结果传输至显示器进行显示，工作人员根据显示器显示结果，判断是否需要对小车车体下达反光环的清洁指令。

在本实施例中，所述控制模块还包括存储设备，所述存储设备用于存储所述处理器处理的目标信号，通常存储设备进行存储功能时，会将自动备份和手工备份相结合。自动备份为定时备份，通过一定的参数来设置定时的时间；手工备份是操作人员任意时刻都可以把当时的所有数据备份起来。不论那种备份方式，当数据备份后，备份文件名为数据的起始和终止日期，操作人员可以将该数据作为数据档案编好号存储在光盘上。且存储设备主要采用光盘机，一张光盘容量可达9.1GB，需人工换盘。

实施例二：

针对目前通常采用清洁工人驾驶清洁车到达隧道现场清洁反光环，对道路交通造成阻碍的技术问题，本实施例提供了一种反光环的清洁系统，如图4所示，所述反光环的清洁系统21包括云端服务器22、中央控制室23和移动终端24，所述移动终端内置控制模块通过无线局域网控制运动模块移动，所述移动终端通过内置通信模块与所述云端服务器通信并进行数据分析，云端服务器再将所述数据分析的结果通过所述通信模块传输至所述中央控制室，工作人员根据中央控制室屏幕显示的数据分析的结果，判断是否需要对操作人员下达清洁反光环的指令。

这里对整个系统的操作方式分为两种模式进行详细讲解。

一种模式为手动模式，需要工作人员在施工现场(即，隧道)进行操作，使用移动终端控制小车，完成前进、后退、擦拭反光环等操作。自动擦洗反光环在设置好清洁刷转速、小车运行速度与清洁刷力度之后就可以进行自动擦洗，小车在完成一个周期后自动停止操作，也能够在自动操作时进行手动终止擦洗工作。在发现顽固污渍时，采用手动控制的方式，通过前进后退操作按钮将小车运动到指定位置后，对目标位置进行专门擦洗。小车清洗工作结束后，移动终端会自动上传小车剩余电量和水量等信息至处理器的存储设备当中。

另一种模式为自动模式，工作人员不需要达到施工现场实地操作，只需要在控制室，办公室或控制中心，使用网页或PC端软件远程访问，查看管理各个隧道中所有连入系统的小车状态，且可以准确访问指定小车，查看小车的电量、水量等物理量状态。

需要说明的是，无线局域网包括不限于WIFI通信单元或蓝牙等无线网络通信技术。同理，公共通信模块也是包括不限于GPRS、3G、4G、 5G(以及包括以后出现的6G等)通信技术。

但Wi-Fi通信单元相比其他无线通信方式的优点在于其高速的传输效率。且易于提高其发射功率(采用ESP8266Wi-Fi模块，在10dbm发射功率，全向天线的情况下，300米内丢包率仅为1％，在采用定向天线的情况下，通信距离将可提升至公里级。)，提高其在隧道中的传输距离。拟采用WI-FI联盟新推出的一项重要技术规范Wi-Fi P2P，商品名Wi-FiDirect。它支持多个Wi-Fi设备在没有AP(AccessPoint)情况下相互连接。在长隧道具有多个反光环的情况下，两个相近的反光环之间可以通过Wi-Fi Direct协议实现网络自组网，操作人员不需要前往多个反光环，只需在一个位置就可进行操作。移动终端则配备GPRS设备，能直接与云端服务器进行通信，移动终端在连入小车Wi-Fi后，会自动读取小车内存储的传感器数据，并将该数据上传至云端服务器进行数据分析，并将数据分析后的结果传输至中央控制室，在中央控制室的工作人员可以通过中央控制室屏幕显示结果，了解到各个隧道的环境以及反光环表面清洁情况并对此进行分析管理，判断是否需要对操作人员下达反光环的清洁指令。

需要说明的是，传输方式包括GPRS通信与WIFI通信单元，但是不局限于这两种传输方式。例如，与WIFI通信单元有类似功能的蓝牙设备也能够实现无线传输方式；同样，与GPRS具有类似功能的3G、4G以及5G(包括以后出现的6G)等与所述云端中央控制室进行通信。云端服务器主要是用计算机终端实现对小车车体、隧道反光环、养护员工等相关数据的查询、提醒和分析。系统可以选用Windows 2000Server作为运行平台，并采用同为微软公司产品、运行于微机环境的大型关系型网络数据库Microsoft SQL Server 2000数据库。由于Microsoft SQL Server 2000提供了强大的数据查询功能，不仅可以直接查询数据表中的数据，还可以根据要求，在表的基础上建立视图，通过视图，可以屏蔽表的具体结构，给操作人员设定不同的权限范围，根据使用用户的多种类型，例如，普通员工、员工小组组长、总管或者经理等，为此设置了多种用户类型，对用户权限进行了划分，并具有基本的增加、删除和修改等功能。其权限表如表1所示。

表1用户权限表

字段名	类型	宽度	小数	关键字
					用户代号	charACTER	10		是
用户名	charACTER	8		否
					密码	charACTER	10		否
用户组别	charACTER	10		否

在对数据进行存储时，除了自动定时备份以外，还应该结合操作人员能够在任意时刻都可以把当时的所有数据备份。以防止系统出现故障，不能对数据进行存储，还可以通过人工存储这一补救措施进行存储。不论那种备份方式，当数据备份后，备份文件名为数据的起始和终止日期，操作人员可以将该数据作为数据档案编好号存储在光盘上。存储设备主要采用光盘机，用于存储STM32处理器采集的所述目标数据相关值。同时，该系统还设定了提醒功能，用于提醒管理员对隧道反光环进行清洁。清洁则主要采用两种方式：一是根据养护的时间要求提醒；二是根据采集到的隧道空气中的颗粒浓度提醒(在隧道安装相关传感器采集)，实现完全的智能化和精细化管理。

Claims (7)

1.一种反光环清洁装置，其特征在于，包括运动模块、控制模块和通信模块；

所述运动模块包括小车单元、抽水单元、清洁单元和导轨组件；

所述导轨组件包括导轨和导轨支架，所述导轨通过导轨支架安装于隧道的墙体上，且导轨沿反光环的长度方向延伸并与反光环相平行；

所述小车单元包括车体，设置在车体上的支撑轮和驱动轮，用于驱动驱动轮的驱动电机，以及设置在车体上且位于驱动轮两侧的滑块；在滑块的内侧开设有导向槽，并在导向槽内设有突出于该导向槽的导向球；所述小车单元通过滑块、导向球倒挂在所述导轨上，且驱动轮与导轨相接触；所述支撑轮一端支撑在隧道的墙体上，支撑轮的另一端通过螺母连接于车体上，通过所述螺母来调节支撑轮的高度；

所述清洁单元包括清洁刷和旋转电机，所述旋转电机设置在车体上，清洁刷与旋转电机相连接，通过旋转电机驱动清洁刷旋转；

所述抽水单元包括水箱、水泵和雾化喷头，所述水箱设置于车体上，水泵通过管道与水箱连接，雾化喷头设置于所述清洁刷处，且该雾化喷头通过管道与水泵连接；

所述控制模块分别与驱动电机、水泵、旋转电机和通信模块电连接。

2.根据权利要求1所述的反光环清洁装置，其特征在于，所述清洁装置还包括电源模块，该电源模块分别与控制模块、驱动电机、水泵、旋转电机和通信模块电连接。

3.根据权利要求2所述的反光环清洁装置，其特征在于，所述控制模块包括处理器、传感器模块和显示器；所述传感器模块通过串行总线接口与处理器电连接；传感器模块将采集到的目标信号传输至处理器进行处理；所述显示器与处理器通过SPI串行总线接口电连接，用于接收所述目标信号并进行显示。

4.根据权利要求3所述的一种反光环清洁装置，其特征在于，所述传感器模块包括以下至少之一：电量传感器、水位传感器、温湿度传感器以及粉尘浓度传感器，其中，电量传感器、水位传感器、温湿度传感器与粉尘浓度传感器分别与处理器电连接，电量传感器用于监测所述小车单元剩余电量，水位传感器用于监测所述水箱剩余水量，温湿度传感器用于监测所述反光环表面和隧道内的温度以及湿度，粉尘浓度传感器用于监测所述反光环表面和隧道内的粉尘浓度；

处理器基于所述传感器模块检测到的电量传感器数值、水位传感器数值、温湿度传感器数值以及粉尘浓度传感器数值进行分析，并将分析结果传输至显示器进行显示。

5.根据权利要求1或2或4所述的一种反光环清洁装置，其特征在于，所述控制模块还包括与处理器电连接的存储设备，该存储设备用于存储所述处理器处理的目标信号。

6.根据权利要求5所述的反光环清洁装置，其特征在于，所述通信模块包括以下至少之一：无线局域网通信单元和公共通信单元，所述无线局域网通信单元和公共通信单元分别与处理器连接。

7.一种反光环的清洁系统，其特征在于，包括如权利要求1至6任一项所述的反光环清洁装置，还包括云端服务器、中央控制室和移动终端；所述移动终端的内置控制模块通过无线局域网控制运动模块工作，所述移动终端通过内置通信模块与所述云端服务器通信并进行数据分析，云端服务器再将所述数据分析的结果通过所述通信模块传输至所述中央控制室进行显示；

所述反光环清洁装置具有手动模式和自动模式；

所述移动终端上配置有前进按键、后退按键和擦拭按键，在手动模式下，通过移动终端上的按键控制反光环清洁装置完成前进、后退和擦拭反光环操作；

在自动模式下，通过预设的清洁刷转速、小车运行速度与清洁刷力度控制反光环清洁装置行走和擦拭反光环操作。

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