CN218973784U - 一种免维护的震动声波碰撞检测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于碰撞检测报警领域，提供了一种免维护的震动声波碰撞检测设备，包括壳体，所述壳体的底部固定有声波检测传感器，所述壳体内部固定有检测电路板，所述检测电路板包括微控制器、检测单元以及电池供电单元；所述检测单元包括信号放大电路，所述声波检测传感器通过所述信号放大电路与微控制器连接；所述电池供电单元包括电池和充电保护电路，所述充电保护电路通过供电接口与电池连接；所述壳体外还固定有太阳能电池板，所述太阳能电池板通过导线与检测电路板上的太阳能接口连接，所述太阳能接口与充电保护电路连接。本实用新型采用太阳能充电，能源转换补充，实现免维护；声波检测，相比震动检测，检测距离更远，系统成本更低。

Description

一种免维护的震动声波碰撞检测设备

技术领域

本实用新型属于碰撞检测报警技术领域，具体涉及一种免维护的震动声波碰撞检测设备。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本实用新型相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着物联网的飞速发展，各种智能化检测装置和方案快速实现，在很多无法人为检测的地方和场所通过智能检测设备实现快速全面监管。

当前在碰撞检测方面有很多检测系统，这些检测系统更多的是预防碰撞，但在现实社会中有些碰撞是无法通过预防的方式避免的，比如高速车辆发生事故碰撞护栏，比如船舶过桥碰撞桥体导致事故，比如限高路段车辆拦腰事故。这些碰撞事故无法通过预警的方式来避免，那就要在碰撞发生之后，及时发出报警，并能将碰撞的严重程度和碰撞现场的复杂度及时通知相关部门，相关部门可以根据上报信息做出最快的有效反应，避免碰撞事故造成更严重的损失。

市面上已知碰撞检测系统是基于震动传感器实现的，而且为电池供电，1-2年需要维护一次，且防水处理后，电池更换难度大，导致维护成本高；震动在物体中传播时衰减较快，无法远距离传输，导致检测精度和范围降较低；功能单一，无法满足当前碰撞现场复杂的数据收集。为了省电采用NB进行传输，受限运营商平台，网络覆盖低和NB技术壁垒造成平台命令响应不及时等缺点。因此，当前现有碰撞检测系统的维护成本高和单设备检测距离短，功能单一的缺点。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述问题，提出了一种免维护的震动声波碰撞检测设备，本实用新型免维护以降低维护成本，可以拓宽检测范围，减少系统设备数量，降低设备成本，同时能够检测碰撞事故并提供报警信息，避免事故扩大化。

根据一些实施例，本实用新型提供了一种免维护的震动声波碰撞检测设备，采用如下技术方案：

一种免维护的震动声波碰撞检测设备，包括壳体，所述壳体的底部固定有声波检测传感器，所述壳体内部固定有检测电路板，所述检测电路板包括微控制器、检测单元以及电池供电单元；所述微控制器分别与检测单元和电池供电单元连接；

所述检测单元包括信号放大电路，所述声波检测传感器通过所述信号放大电路与微控制器连接；所述电池供电单元包括电池和充电保护电路，所述充电保护电路通过供电接口与电池连接；

所述壳体外还固定有太阳能电池板，所述太阳能电池板通过导线与检测电路板上的太阳能接口连接，所述太阳能接口与充电保护电路连接。

进一步地，所述壳体两侧固定有挂耳式螺丝孔，所述壳体利用螺丝通过挂耳式螺丝孔与待检测物体固定连接，且所述声波检测传感器与待检测物体紧贴在一起。

进一步地，所述壳体底部还设置有强磁吸盘，所述强磁吸盘与所述声波检测传感器并排设置，所述壳体通过强磁吸盘与待检测物体吸附在一起，且所述声波检测传感器与待检测物体紧贴在一起。

进一步地，所述检测电路板还包括联网通信单元，所述联网通信单元采用Cat 1通信模组；

所述微控制器通过联网通信单元与上位机通信，上报数据。

进一步地，所述检测电路板还包括外拓接口单元，所述外拓接口单元包括摄像头接口电路以及IO接口电路。

进一步地，所述摄像头接口电路与摄像头接口连接，所述摄像头接口设置在壳体上并外接摄像头。

进一步地，所述IO接口电路与IO接口连接，所述IO接口设置在壳体上并外接报警器或报警指示灯。

进一步地，所述外拓接口单元与微控制器连接。

进一步地，所述电池供电单元还包括DCDC电压转换电路。

进一步地，所述电池固定在壳体内并通过导线与检测电路板上的供电接口连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

1、本实用新型通过声波检测传感器进行声波检测，相比震动检测，检测距离更远，系统成本更低；采用太阳能电池板给电池充电，实现了能源转换补充，从而解决了现有的碰撞检测系统维护成本高的问题；克服当前现有碰撞检测系统的维护成本高和单设备检测距离短，功能单一的缺点。

2、本实用新型采用CAT1网络，搭载4G基站，低功耗同时高覆盖，稳定全双工通信。外拓摄像头接口，全面采集现场数据，相关部门出勤准备更加充分。外拓IO控制接口，现场及时做出应急处理，避免事故扩大化。震动和声波检测可调，适用不同的物体检测，应用广泛。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1是本实用新型实施例所述的一种免维护的震动声波碰撞检测设备整体结构框图；

图2是本实用新型实施例所述的一种免维护的震动声波碰撞检测设备的安装示意图；

图3是本实用新型实施例所述的微控制器的电路图；

图4是本实用新型实施例所述的检测单元的电路图；

图5是本实用新型实施例所述的电池供电单元的电路图；

图6是本实用新型实施例所述的DCDC电压转换电路；

图7是本实用新型实施例所述的联网通信单元的电路图一；

图8是本实用新型实施例所述的联网通信单元的电路图二；

图9是本实用新型实施例所述的摄像头接口电路示意图；

图10是本实用新型实施例所述的IO接口电路示意图；

图11是本实用新型实施例所述的SIM卡电路；

图12是本实用新型实施例所述的USB接口电路。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本实用新型中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本实用新型中的具体含义，不能理解为对本实用新型的限制。

实施例一

如图1所示，本实施提供了一种免维护的震动声波碰撞检测设备，包括壳体，所述壳体的底部固定有声波检测传感器，所述壳体内部固定有检测电路板，所述检测电路板包括微控制器、检测单元以及电池供电单元；所述微控制器分别与检测单元和电池供电单元连接；

所述检测单元包括信号放大电路，所述声波检测传感器通过所述信号放大电路与微控制器连接；所述电池供电单元包括电池和充电保护电路，所述充电保护电路通过供电接口与电池连接；

所述壳体外还固定有太阳能电池板，所述太阳能电池板通过导线与检测电路板上的太阳能接口连接，所述太阳能接口与充电保护电路连接。

如图2所示，其中，所述壳体两侧固定有挂耳式螺丝孔，所述壳体利用螺丝通过挂耳式螺丝孔与待检测物体固定连接，且所述声波检测传感器与待检测物体紧贴在一起；

或，所述壳体底部还设置有强磁吸盘，所述强磁吸盘与所述声波检测传感器并排设置，所述壳体通过强磁吸盘与待检测物体吸附在一起，且所述声波检测传感器与待检测物体紧贴在一起。

碰撞检测设备通过强磁吸附或挂耳螺丝固定方式与检测物体进行紧密贴合，以便声波传感器能够准确检测到声波信号，声波传感器将声波电信号传给信号放大电路进行放大。放大后的电信号即可传给微控制器(MCU控制单元)进行处理。

如图3所示，本实施例所述的微控制器主要是单片机，单片机可以将信号放大电路传来的电信号转为数字信息，并进行一定的处理和分析，将数字信息发送给Cat 1通信模组，同时可以根据提前设定的条件判断是否要采集图像信息或者进行IO控制。

如图5、图6、图7、图8所示，该微控制器的电路图，具体为：

U2电源芯片输出3.3V提给主控芯片U4提供工作电源，C32-C43共计12个电容为U4的电源网络提供滤波功能，Y1晶振搭配C50和C51匹配电容给U4提供工作时钟。U4能够工作后通过持续接收声波采集电路反馈的信号MIC_OUT(U4的83引脚)与内部控制逻辑进行比对，当MIC_OUT输出异常信号时，U4会过TTL(95和96引脚)与CAT1模组做信息交互，同时通过网口(53、54、56和57引脚)连接摄像头查看实际路况，U4芯片还预留了2个IO(71和78引脚)引脚引出，用于现场的其他IO采集或输出，最后U4通过烧录接口(99和100引脚)做设备的固件烧录。

如图4所示，本实施例所述的声波检测电路分为两部分：信号采集电路和信号放大电路，具体为：

信号采集电路：驻极体麦克风属于无源器件，没有直接输出电压信号(电流信号)的能力，因此需要添加一个直流偏置，来让其输出电压信号，图4中的电阻R13和麦克风(可变电阻)分压，然后用一个电容C46隔离直流部分。

信号放大电路：通过信号采集电路产生的电压信号较为微弱，因此使用集成运放来获得较好的效果。本方案使用U5(LM386D)作为集成放大芯片，U5的4和6引脚是供电正负引脚，2和3引脚做信号的输入，7引脚的C45是旁路电容，U5通过1引脚和8引脚间的C44电容实现增益为200的效果，最终信号通过5引脚输出到U4主控芯片。

电池供电单元主要是电池充电电路和DCDC电压转换电路。电池充电电路主要是实现把太阳能电池板输出的电源给到电池用于设备供电使用，电池充电电路是连接电池和太阳能电池板的桥梁，在电池电量饱和状态下，电池充电电路自行断开，避免太阳能电池板一直充电造成电池鼓包，当电池电量降低到95.5％以下时，电池充电电路进入一个新的充电周期，给电池进行充电。外拓太阳能电池板主要是为电池进行充电使用。太阳能电池板置于光照充足的地方，也可以直接安置在碰撞检测设备外壳的太阳能电池板卡槽上。如图5、图6所示，本实施例所述的电池供电单元的电路，具体为：

电池充电电路：太阳能电池板的正负极通过H1接线端子与电路板连接，电源输入处有2个10uF的电容用CN3791芯片输入电压起滤波作用，需要吸收在输入电源上产生的纹波电流，6号引脚通过R11和R12实现输入电源的分压来检测太阳能电池板的输入电压大小，5号引脚属于回路补偿输入端，需要在此管脚到地之间串联连接一个R10电阻和一个C31电容，1号引脚为内部驱动电路提供电源，在VG管脚和VCC管脚之间需要接一个C28电容，CN3791通过调整Q1的开关频率、D3和L1实现4.2V的稳压输出，C19、C20和C21为输入滤波电容，保证进入电池的电源是稳定的4.2V。

DCDC电压转换电路：输入侧使用C22和C23滤波电容，而且U2属于同步DCDC，所以输出侧只需要增加L2电感和R8、R9、C25的反馈器件实现稳压输出，C24和C26属于稳压滤波电容。

具体地，所述检测电路板还包括联网通信单元，所述联网通信单元采用Cat1通信模组；本设备内置产品WH-GM5，本单元主要负责和云平台建立TCP通信链路，并将单片机给的上报数据，传输到平台。1A和1B对应1个模组的原理封装。

所述微控制器通过联网通信单元与服务器通信，上报数据。

如图7、图8所示，联网通信单元的电路图，具体为：

联网通信单元核心是Cat 1模组，使用有人的WH-GM5模组设计，Cat1模组通过TTL(72和73引脚)信号与主控单片机做信息交互，接收主控单片机的信息并转发到服务器。模组的13和14脚为DBG的读写引脚，外接2pin接口座用于模组调试。16-19引脚为SIM卡外接引脚，外接SIM卡槽，用于安放运营商SIM卡，如图11所示。55脚为天线引脚，通过射频电路连接J1的SMA天线座上。

所述检测电路板还包括外拓接口单元，所述外拓接口单元包括摄像头接口电路以及IO接口电路。IO接口可以控制外围的其他设备进行响应的操作，比如控制路边的报警器进行报警或控制路边报警指示灯闪烁。

所述摄像头接口电路与摄像头接口连接，所述摄像头接口设置在壳体上并外接摄像头。外接摄像头进行图像和视频获取。

如图9所示，摄像头接口电路，具体为：

摄像头接口主要为RJ45网口座，网口座的指示灯通过10脚和11脚连接到主控单片机的42和46脚，指示灯的另一端通过9脚和12脚串联510Ω(R20,R21)的电阻后连接到3V3电源；网口座通信脚1,2,3,6脚连接到单片机的57,56,54,53脚，实现网口通信，同时四个引脚分别通过49Ω(R16,R17,R18,R19)的电阻上拉到3V3电源上。

所述IO接口电路与IO接口连接，所述IO接口设置在壳体上并外接报警器或报警指示灯。

如图10所示，IO接口电路，具体为：

IO接口电路使用8pin的插针接口座，直接连接到单片机的71到78脚上。

如图12所示，所述检测电路板还包括USB接口电路，用于连接USB接口线。

所述外拓接口单元与微控制器连接。

所述电池固定在壳体内并通过导线与检测电路板上的供电接口连接。

工作原理：

本实用新型通过声波检测传感器检测震动声波，通过震动产生的S频率声波经过声波检测传感器传给信号放大电路放大，然后将放大后的信号传给微控制器(单片机)进行处理并进行信号持续性计时，当信号持续时间大于设定值T1时，单片机将报警信息通过CAT1模组传给管理平台，同时控制外设摄像头进行现场拍照或录制视频，通过CAT1模组再次上报平台，单片机还控制IO接口发出报警控制动作，提前在现场发出事故警告，避免事故扩大化。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种免维护的震动声波碰撞检测设备，其特征在于，包括壳体，所述壳体的底部固定有声波检测传感器，所述壳体内部固定有检测电路板，所述检测电路板包括微控制器、检测单元以及电池供电单元；所述微控制器分别与检测单元和电池供电单元连接；

所述检测单元包括信号放大电路，所述声波检测传感器通过所述信号放大电路与微控制器连接；所述电池供电单元包括电池和充电保护电路，所述充电保护电路通过供电接口与电池连接；

所述壳体外还固定有太阳能电池板，所述太阳能电池板通过导线与检测电路板上的太阳能接口连接，所述太阳能接口与充电保护电路连接。

2.如权利要求1所述的免维护的震动声波碰撞检测设备，其特征在于，所述壳体两侧固定有挂耳式螺丝孔，所述壳体利用螺丝通过挂耳式螺丝孔与待检测物体固定连接，且所述声波检测传感器与待检测物体紧贴在一起。

3.如权利要求1所述的免维护的震动声波碰撞检测设备，其特征在于，所述壳体底部还设置有强磁吸盘，所述强磁吸盘与所述声波检测传感器并排设置，所述壳体通过强磁吸盘与待检测物体吸附在一起，且所述声波检测传感器与待检测物体紧贴在一起。

4.如权利要求1所述的免维护的震动声波碰撞检测设备，其特征在于，所述检测电路板还包括联网通信单元，所述联网通信单元采用Cat 1通信模组；

所述微控制器通过联网通信单元与上位机通信，上报数据。

5.如权利要求1所述的免维护的震动声波碰撞检测设备，其特征在于，所述检测电路板还包括外拓接口单元，所述外拓接口单元包括摄像头接口电路以及IO接口电路。

6.如权利要求5所述的免维护的震动声波碰撞检测设备，其特征在于，所述摄像头接口电路与摄像头接口连接，所述摄像头接口设置在壳体上并外接摄像头。

7.如权利要求5所述的免维护的震动声波碰撞检测设备，其特征在于，所述IO接口电路与IO接口连接，所述IO接口设置在壳体上并外接报警器或报警指示灯。

8.如权利要求5所述的免维护的震动声波碰撞检测设备，其特征在于，所述外拓接口单元与微控制器连接。

9.如权利要求1所述的免维护的震动声波碰撞检测设备，其特征在于，所述电池供电单元还包括DCDC电压转换电路。

10.如权利要求1所述的一种免维护的震动声波碰撞检测设备，其特征在于，所述电池固定在壳体内并通过导线与检测电路板上的供电接口连接。

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