专利名称：一种高速公路雾况自动检测报警系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于高速公路自动检测领域，特别是ー种高速公路雾况自动检测报警系统。
背景技术：
世界各国的高速公路运行管理经验表明，在所有不利气象条件中，雾天对高速公路运行所产生的危害最大，因为大雾容易引发交通事故，而关闭高速公路虽然能有效防止交通事故，但以牺牲高速公路的通行能力为代价，经济损失大。现有气象监测手段能够预报大范围雾的发生，但对于团雾这种区域性突发小气象条件的预报与预警，仍无法实时实现。车辆在高速公路行驶时难以提前得到预警，往往造成其驶入团雾区域来不及减速，能见度突然降低，视线受阻，引发交通事故。 目前公开的方法有，局部能见度监测设备、基于视频的能见度监测设备、基于红外诱导的浓雾安全通行系统。局部能见度监测设备其测量以相对较小空间样本进行取样，反演区域能见度，难以反映长距离区域能见度的真实状况，特别是无法实时监测团雾这种局部小气候特征；基于视频的能见度监测设备利用摄像机拍摄的景物清晰程度来判断能见度，測量精度受视频成像质量和视频处理算法影响较大；基于红外诱导的方案通过在高速公路两侧布置红外诱导标志，在车辆上设置红外探測成像系统来实现，实施难度大，难以推广使用。
实用新型内容本实用新型所解决的技术问题在于提供一种检测效果较好的高速公路雾况自动检测报警系统，能够实时自动检测雾况，给出预警信号，并通过无线组网监测雾情范围，为交通管理提供决策依据。实现本实用新型目的的技术解决方案为ー种高速公路雾况自动检测报警系统，包括探测设备和控制设备，上述探测设备和控制设备均设置在高速公路沿线，所述探测设备和控制设备相连接，为其提供高速公路雾况信息并接收控制设备发送的控制信号。一种基于上述高速公路雾况自动检测报警系统的控制方法，包括以下步骤步骤I、探测设备定时发射编码调制的红外光线给相邻的探测设备，相邻的探测设备的第一个红外接收头根据接收红外光线的情况判断是否存在雾况，如果存在雾况则执行步骤2，否则执行步骤5;步骤2、利用相邻的探测设备的第二个红外接收头判断接收到的红外光线情況，如果存在雾况则执行步骤4，否则执行步骤3 ；步骤3、利用相邻的探测设备的第三个红外接收头判断接收到的红外光线情況，如果存在雾况则执行步骤4，否则执行步骤5 ；步骤4、报警模块开始报警；步骤5、相邻的探测设备检测周围环境的温湿度，并将检测的雾况结果和温湿度结果通过ZigBee接ロ传输给控制设备，并由控制设备通过GPRS接ロ或以太网接ロ传输给交通管理部门。本实用新型与现有技术相比，其显著优点为I)系统能够实时自动检测雾况，并给出报警信号，自动化程度高；2)系统带有温湿度检测功能，能够在检测雾况的同时检测温湿度情况，描绘出两者的关系；3)系统采用ZigBee无线网络技术，能够有效检测大范围雾情和小范围团雾，且不需要复杂的网络布线，结构简单；4)系统采用GPRS或以太网通信，便于交通管理部门及时掌握高速公路雾况信息；5)只在定时检测的时候唤醒探测设备，功耗低；6)抗干扰效果较好。
以下结合附图对本实用新型作进ー步详细描述。
图I为本实用新型的系统组成和工作原理示意图。 图2为本实用新型的探測设备组成示意图。图3为本实用新型的控制设备组成示意图。图4为本实用新型的嵌入式处理器核心单元组成示意图。图5为本实用新型的工作流程示意图。
具体实施方式
结合图1，本实用新型的ー种高速公路雾况自动检测报警系统，包括探测设备I和控制设备2，上述探测设备I和控制设备2均设置在高速公路沿线，所述探测设备I和控制设备2相连接，为其提供高速公路雾况信息并接收控制设备发送的控制信号。探测设备I和控制设备2之间无线连接。结合图2，探测设备I包括嵌入式处理器核心模块8、光源发射模块9、光源接收模块10、ZigBee无线通信接ロ 11、LED报警模块12以及温湿度检测模块13 ；其中光源发射模块9与嵌入式处理器核心模块8相连接，在嵌入式处理器核心模块8的控制下发射调制的红外光，光源接收模块10与嵌入式处理器核心模块8相连接，光源接收模块10内部含有的红外接收头数量大于等于1，其将接收的光信号传输给嵌入式处理器核心模块8，ZigBee无线通信接ロ 11与嵌入式处理器核心模块8相连接，在嵌入式处理器核心模块8的控制下收发无线信号，LED报警模块12与嵌入式处理器核心模块8相连接，在嵌入式处理器核心模块8的控制下报警，温湿度检测模块13与嵌入式处理器核心模块8相连接，将检测到的温湿度信息传输给嵌入式处理器核心模块8。结合图3，控制设备2包括嵌入式处理器核心単元21、ZigBee无线通信接ロ模块22、GPRS接ロ 23以及以太网接ロ 24，所述ZigBee无线通信接ロ模块22与嵌入式处理器核心单元21相连接，在嵌入式处理器核心单元21的控制下收发无线信号，GPRS接ロ 23、以太网接ロ 24均与嵌入式处理器核心单元21相连接，为其提供通信接ロ。结合图4，所述嵌入式处理器核心模块8包括嵌入式处理器、电源模块、复位电路模块、时钟模块和调试接ロ模块，所述电源模块、时钟模块、复位电路模块和调试接ロ模块均与嵌入式处理器相连接。电源模块为嵌入式处理器提供工作电源，时钟模块为嵌入式处理器提供时钟信号，复位电路模块用于在嵌入式处理器工作出现故障时提供复位信号，调试接ロ模块用于将应用程序下载到嵌入式处理器以及在嵌入式处理器工作时观测内部的工作情況。嵌入式处理器核心単元21包括嵌入式处理器、电源模块、复位电路模块、时钟模块和调试接ロ模块，所述电源模块、时钟模块、复位电路模块和调试接ロ模块均与嵌入式处理器相连接。电源模块为嵌入式处理器提供工作电源，时钟模块为嵌入式处理器提供时钟信号，复位电路模块用于在嵌入式处理器工作出现故障时提供复位信号，调试接ロ模块用于将应用程序下载到嵌入式处理器以及在嵌入式处理器工作时观测内部的工作情況。上述嵌入式处理器核心模块8与嵌入式处理器核心単元21内部结构类似，区别仅为嵌入式处理器的型号。高速公路雾况自动检测报警系统由探测设备I和控制设备2组成，两者间隔一定距离安装在高速公路沿线，通过无线方式进行联网组成系统。每个探测设备I具备独立的红外光源发射和接收模块，设备还同时具有温湿度检测功能。光源发射模块9连续发射具 有一定意义的红外编码脉冲串，同时，相邻的探测设备(不是发射模块所在的探测设备)中的光源接收模块10接收该脉冲串。光源接收模块10通过对编码脉冲信号的一系列判断，最終确认是否存在雾情。如果经过确认没有发生雾情，则LED报警模块12不产生动作；如果确认检测到雾情，该探测设备自动控制LED报警灯以一定频率闪烁，给高速公路车辆以预警信号。同时，探测设备I定时将雾况信息和温湿度信息以ZigBee无线网络传输方式发送给控制设备。控制设备2负责收集一定区域范围内的探测设备I检测到的雾况和温湿度信息，并将这些数据组合成信息帧，通过GPRS接ロ 23或以太网接ロ 24定时上报给交通管理部门4。交通管理部门4通过获取帧中的信息，定位出各个地理位置上的雾况和温湿度信
O上述组成中，探测设备的光源发射模块9和相邻探测设备的接收模块10共同构成光路，其中光源为经过编码调制的红外光，用于探测雾况；探测设备I的温湿度检测模块13用于检测周围环境的温湿度情况；探测设备I的ZigBee无线通信接ロ 11和控制设备2的无线通信接ロ模块22用于各设备间的联网和信息传递；LED报警模块12用于存在雾情时的报警；GPRS接ロ 23或以太网接ロ 24用于将雾况检测结果自动上报给交通管理部门4。探测设备I供电可采用太阳能电池板供电，定时唤醒，其余时间处于睡眠模式，尽可能减小功耗。具体而言，一种基于上述高速公路雾况自动检测报警系统的控制方法，包括以下步骤步骤I、探测设备定时发射编码调制的红外光线给相邻的探测设备，相邻的探测设备的第一个红外接收头根据接收红外光线的情况判断是否存在雾况，如果存在雾况则执行步骤2，否则执行步骤5;步骤2、利用相邻的探测设备的第二个红外接收头判断接收到的红外光线情況，如果存在雾况则执行步骤4，否则执行步骤3 ；步骤3、利用相邻的探测设备的第三个红外接收头判断接收到的红外光线情况，如果存在雾况则执行步骤4，否则执行步骤5 ；步骤4、报警模块开始报警；步骤5、相邻的探测设备检测周围环境的温湿度，并将检测的雾况结果和温湿度结果通过ZigBee接ロ传输给控制设备，并由控制设备通过GPRS接ロ或以太网接ロ传输给交通管理部门。下面结合实施例对本实用新型做进ー步详细的描述结合图1，高速公路雾况自动检测报警系统由探测设备I、控制设备2组成。每个探测设备可以独立地检测温湿度，同时与相邻的探測设备组成ー个检测节点自动进行雾况检测。探测设备I以一定间隔安装在高速公路沿线3。另外，每隔一定距离，安装一个控制设备2。探测设备I和控制设备2通过ZigBee无线方式联网组成雾况自动检测报警系统，控制设备2通过GPRS无线数据传输方式或以太网方式将雾况检测结果自动上报给交通管理部门4。结合图2-图4可知，探测设备I的构成包括嵌入式处理器核心模块8、光源发射模块9、光源接收模块10、ZigBee无线通信接ロ 11、LED报警模块12以及温湿度检测模块13 ；控制设备2的构成包括嵌入式处理器核心单元21、ZigBee无线通信接ロ模块22、GPRS接ロ 23以及以太网接ロ 24。其中，探测设备I的嵌入式处理器核心模块8与控制设备2的嵌入式处理器核心単元21的基本构成相同，包括嵌入式处理器以及分别与之相连接的电源模块、时钟模块、复位电路模块、调试接ロ模块等，但是这两种设备具体所选用的嵌入式处理器有所不同。探测设备I的ZigBee无线通信接ロ 11和控制设备2的ZigBee无线通信接ロ模块22硬件相同，选用TI公司的CC2530。探测设备I的LED报警模块12，采用LED灯实现。探测设备I的光源发射模块9包括红外编码电路和多个红外发射管，光源接收模块10包括多个一体化红外接收头和相应的解码电路。温湿度检测模块13可由Sensirion公司的SHTll数字温湿度传感器及相关外围电路组成，具有较高的检测精度。控制设备2的GPRS接ロ 23可选用SIMCom公司专为中国大陆市场设计的2频的GSM/GPRS模块SIM900A，以太网接ロ 24可选用Wiznet公司的W5100。嵌入式处理器根据不同的设备选用不同的型号，例如控制设备2中的嵌入式处理器可选用NXP公司的LPC系列芯片，而探测设备I中的嵌入式处理器可使用CC2530中集成的增强型51单片机。结合图I和图5，说明系统的工作流程。以相邻的两个探測设备为例，探测设备I的嵌入式处理器核心模块8通过软件控制光源发射模块9定时对外发射编码调制的红外光线14，相邻探测设备II的光源接收模块10中的第一个红外接收头接收红外光线14，探测设备II的嵌入式处理器核心模块8根据接收到的红外光线情况，判断出当前是否存在雾况。当天气睛朗，没有雾时，探测设备II的LED报警模块12不动作。当检测结果出现雾况时，探测设备II启动光源接收模块10中的第二个红外接收头，进行雾况的再次检测。如果第二个红外接收头的检测结果与第一个红外接收头的检测结果一致，则探测设备II确认有雾况存在；如果第二个红外接收头的检测结果为无雾况，则启动第三个红外接收头，根据第三个红外接收头的检测结果判断最終的雾况。如果探测设备II的最終检测结果为没有雾况，则不给出报警信号；如果检测到雾况，则控制探测设备II的LED报警模块12发出报警信号，即按一定频率闪烁。这两个探测设备I间隔一定时间，重复上述过程进行检测。因此，通过相邻两个探测设备I能够实现自动检测雾况并给出报警信号，通过多次的检测判断，降低单个红外接收头出现故障所帯来的误报警，从而引导高速公路车辆安全通行。探测设备II定时检测雾况信息和温湿度信息，并将检测结果通过ZigBee无线网络发送出去。信息经过无线网络的多跳路由以后，将自动被控制设备2的ZigBee无线通信接ロ模块22接收到。控制设备2收集各个探测设备发送的雾况信息和温湿度信息，并将这些信息组合成有一定意义的信息帧，定时通过GPRS接ロ 23或以太网接ロ 24发送给交通管理部门4。交通管理部门4通过判断接收到的信息帧中的各个地址，即可准确获知相关地理位置上的雾况信息和温湿度信息。由上可知，本实用新型的系统能够实时自动检测雾况，并给出报警信号，自动化程 度高。
权利要求1.ー种高速公路雾况自动检测报警系统，其特征在于，包括探测设备[I]和控制设备[2]，上述探测设备[I]和控制设备[2]均设置在高速公路沿线，所述探测设备[I]和控制设备[2]相连接，为其提供高速公路雾况信息并接收控制设备发送的控制信号。
2.根据权利要求I所述的高速公路雾况自动检测报警系统，其特征在于，探测设备[I]和控制设备[2]之间无线连接。
3.根据权利要求I所述的高速公路雾况自动检测报警系统，其特征在于，探测设备[I]包括嵌入式处理器核心模块[8]、光源发射模块[9]、光源接收模块[10]、ZigBee无线通信接ロ [11]、LED报警模块[12]以及温湿度检测模块[13]； 其中光源发射模块[9]与嵌入式处理器核心模块[8]相连接，在嵌入式处理器核心模块[8]的控制下发射调制的红外光，光源接收模块[10]与嵌入式处理器核心模块[8]相连接，将接收的光信号传输给嵌入式处理器核心模块[8]，ZigBee无线通信接ロ [11]与嵌入式处理器核心模块[8]相连接，在嵌入式处理器核心模块[8]的控制下收发无线信号，LED报警模块[12]与嵌入式处理器核心模块[8]相连接，在嵌入式处理器核心模块[8]的控制下报警，温湿度检测模块[13]与嵌入式处理器核心模块[8]相连接，将检测到的温湿度信息传输给嵌入式处理器核心模块[8]。
4.根据权利要求I所述的高速公路雾况自动检测报警系统，其特征在于，控制设备[2]包括嵌入式处理器核心单元[21]、ZigBee无线通信接ロ模块[22]、GPRS接ロ [23]以及以太网接ロ [24]，所述ZigBee无线通信接ロ模块[22]与嵌入式处理器核心单元[21]相连接，在嵌入式处理器核心単元[21]的控制下收发无线信号，GPRS接ロ [23]、以太网接ロ[24]均与嵌入式处理器核心単元[21]相连接，为其提供通信接ロ。
5.根据权利要求3所述的高速公路雾况自动检测报警系统，其特征在于，所述嵌入式处理器核心模块[8]包括嵌入式处理器、电源模块、复位电路模块、时钟模块和调试接ロ模块，所述电源模块、复位电路模块、时钟模块和调试接ロ模块均与嵌入式处理器相连接。
6.根据权利要求3所述的高速公路雾况自动检测报警系统，其特征在于，光源接收模块[10]内部红外接收头的数量大于等于I。
7.根据权利要求4所述的高速公路雾况自动检测报警系统，其特征在于，所述嵌入式处理器核心単元[21]包括嵌入式处理器、电源模块、复位电路模块、时钟模块和调试接ロ模块，所述电源模块、复位电路模块、时钟模块和调试接ロ模块均与嵌入式处理器相连接。
专利摘要本实用新型公开了一种高速公路雾况自动检测报警系统。系统由探测设备和控制设备组成。探测设备通过发射/接收编码调制的红外光线自动检测雾况信息，并控制LED报警模块给出报警信号，在检测雾况的同时还具有检测温湿度信息的功能；系统内部通过ZigBee无线网络实现系统的互联，能够有效检测大范围雾情和小范围团雾，且不需要复杂的网络布线，结构简单；系统与外界之间采用GPRS或者以太网通信，便于交通管理部门及时掌握高速公路雾况信息和温湿度信息；系统采用低功耗器件，以及定时检测，其余时间睡眠的方法最大程度地减小功耗。本实用新型可广泛用于高速公路雾况实时自动检测，行车安全预警，引导车辆安全通行。
文档编号G08B21/10GK202534168SQ20122013686
公开日2012年11月14日 申请日期2012年4月1日 优先权日2012年4月1日
发明者吴凯, 朱亮, 朱建良, 杜国平, 王向民, 薄煜明, 赵高鹏, 陈帅 申请人:南京理工大学