桥墩安全防护区域智能探测船舶驶入报警系统的制作方法

本发明涉及桥墩安全防护领域，具体是一种桥墩安全防护区域智能探测船舶驶入报警系统。

背景技术：

长江、黄河及河流等架设的桥梁，其桥墩极易被违规行驶的船舶碰撞。当桥墩发生碰撞而船主开船逃逸后，桥梁管理部门又没有及时发现碰撞时，无法及时对碰撞的桥墩进行安全评估，致使大桥带着隐患运行，非常危险。为了确保大桥的安全，在桥墩的四周保护区域(保护区域的范围大小，视大桥性质确定)内是禁止船舶驶入的(船舶驶入保护区域内时，极有可能发生碰撞，视为安全隐患)，以避免发生碰撞事故的发生。但是仍有很多船舶驶入桥墩安全防护区域内，且桥梁管理部门无法进行监测。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种桥墩安全防护区域智能探测船舶驶入报警系统，对驶入桥墩安全防护区域的船舶实时探测并及时向大桥管理部门报警。

本发明的技术方案为：

桥墩安全防护区域智能探测船舶驶入报警系统，包括有依次连接的安装在桥墩的承台面上且朝向水面的船舶探测传感器、信号处理电路、中央处理器和报警器；所述的船舶探测传感器选用大功率超声波传感器，包括有发射单元和接收单元；所述的信号处理电路包括有与发射单元连接的发射控制单元、与接收单元连接的信号提取单元，所述的发射控制单元和信号提取单元均与中央处理器连接；所述的中央处理器通过检测信号输出控制单元与报警器连接。

所述的大功率超声波传感器包括有依次连接的振荡器和前置滤波器，通过后置滤波器与前置滤波器连接的发射单元，通过混频器与前置滤波器连接的接收单元。

所述的发射控制单元包括有三极管Q3、三极管Q5、三极管Q4、三极管Q8、场效应晶体管Q2、双向稳压管D3、多个电阻和电容，中央处理器发射的信号LD-CPU-TXD经过电阻R14与三极管Q3的基极连接，中央处理器发射的信号LD-CPU-TXD依次经过电阻R14、电阻17接地，中央处理器发射的信号LD-CPU-TXD经过电阻R24与三极管Q5的基极连接，中央处理器发射的信号LD-CPU-TXD依次经过电阻R24、电阻R26接地，三极管Q3的发射极、三极管Q5的发射极均接地，三极管Q3的集电极与场效应晶体管Q2的栅极连接，三极管Q3的集电极通过电阻R6与场效应晶体管Q2的源极连接，且场效应晶体管Q2的源极与供电电压输入端VCC连接，供电电压输入端VCC分别通过电容C4、电容C5接地，供电电压输入端VCC通过电阻R12与三极管Q5的集电极连接，供电电压输入端VCC依次通过电阻R12、电阻R16后分别与三极管Q4的基极、三极管Q8的基极连接，供电电压输入端VCC依次通过电阻R12、电阻R16、电阻R25后分别与三极管Q4的发射极、三极管Q8的发射极、双向稳压管D3的一端连接，三极管Q4的集电极、三极管Q8的集电极、双向稳压管D3的另一端均与供电电压输入端VCC连接。

所述的信号提取单元包括有四运算放大器U1、三极管Q1、稳压管D1、稳压管D2、多个电阻和电容，加载信号LD-BUSV+输入端和加载信号LD-BUSV-输入端连接有电阻R13，加载信号LD-BUSV+输入端通过电阻R7、电阻R11接地，加载信号LD-BUSV+输入端依次通过电阻R7、电阻R8、电阻R9接地，加载信号LD-BUSV-输入端依次通过电阻R18、电阻R23接地，加载信号LD-BUSV+输入端依次通过电阻R7、电阻R8与四运算放大器U1的引脚5连接，加载信号LD-BUSV-输入端依次通过电阻R18、电阻R19与四运算放大器U1的引脚6连接，加载信号LD-BUSV-输入端依次通过电阻R18、电阻R19、并联的电容C8和电阻R21后与四运算放大器U1的引脚7连接，加载信号LD-BUSV-输入端依次通过电阻R18、电阻R19、并联的电容C8和电阻R21、电容C11、电阻R27、并联的电容C10和电阻R22后分别与四运算放大器U1的引脚8、引脚9连接，四运算放大器U1的引脚4连接供电电压输入端VCC，四运算放大器U1的引脚11接地，四运算放大器U1的引脚10和引脚12通过并联的电容C9、电阻R20后接地，四运算放大器U1的引脚10和引脚12均通过电阻R15连接供电电压输入端VCC，四运算放大器U1的引脚8通过依次通过并联的电容C10和电阻R22、电容C12、电阻R28、并联的电容C7和电阻R10、电容C6、反向并联的稳压管D1和稳压管D2后接地，四运算放大器U1的引脚13依次通过并联的电容C7和电阻R10、电容C6、反向并联的稳压管D1和稳压管D2后接地，四运算放大器U1的引脚14依次通过电容C6、反向并联的稳压管D1和稳压管D2后接地，四运算放大器U1的引脚3通过反向并联的稳压管D1和稳压管D2后接地，四运算放大器U1的引脚2通过电容C13接地，且四运算放大器U1的引脚2依次通过电阻R4、电阻R3接地，四运算放大器U1的引脚2通过电阻R5连接供电电压输入端VCC，四运算放大器U1的引脚依次通过电阻R1、电阻R2接地，且四运算放大器U1的引脚通过电阻R1与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极输出控制信号LD-CPU-RXD。

所述的检测信号输出控制单元包括有运算放大器IC、施密特触发器U1A、二极管VD1、三极管VT1、多个电阻和电容，检测信号输入端A依次通过电阻R32、可变电阻RT2、电阻R34与运算放大器IC的同向输入端连接，检测信号输入端A依次通过可变电阻RT1、电阻R31、电阻R33与运算放大器IC的同向输入端连接，且测信号输入端A直接与运算放大器IC的反向输入端连接，检测信号输入端B依次通过电阻R34、可变电阻RT2与运算放大器IC的同向输入端连接，检测信号输入端B通过电阻电阻R33与运算放大器IC的反向输入端连接，且检测信号输入端B直接与运算放大器IC的同向输入端连接，运算放大器IC的输出端通过施密特触发器U1A、电阻R35、电阻R36、电阻R37与三极管VT1的基极连接，检测信号输入端B依次通过电阻R34、可变电阻RT2、电容C1、二极管VD1、电阻R35、施密特触发器U1A与运算放大器IC的输出端连接，运算放大器IC的同向输入端、三极管VT1的发射极均接地，运算放大器IC的反向输入端通过电容C2接地，且运算放大器IC的反向输入端直接与供电电压输入端VCC连接。

所述的桥墩的承台面上设置有转轴式水平支架，所述的转轴式水平支架包括有固定于桥墩承台面上的转轴和水平转杆，水平转杆的内端与转轴固定连接，外端上固定有所述的船舶探测传感器。

本发明的原理：

本发明的船舶探测传感器对进入桥墩安全防护区域的船舶进行探测并报警。根据桥墩承台面的高度和水位的变化情况，水位的高度会有变化，但水位的升降是缓慢的，水位不会在几秒内突然升高或降低2米以上，也就是说测量的水位高度不会突变，当船舶探测传感器探测水位的高度差相对值突然大于3米时，而且连接有2秒以上的探测信号差时，可以确认是船舶，系统立即启动报警。即船舶探测传感器只要探测到物体满足以下两个条件:1.探测突变的高差大于3米(江河的波浪高度不会大于3m)，连续超过3米的高度差时间大于2秒时(飞鸟等飞过传感器探测区域的时间小于2秒，而且面积小于船舶)，就可以确认是船舶驶入保护区域。

本发明的优点：

本发明的船舶探测传感器选用大功率超声波传感器，测量准确度高，性能稳定，具有抗干扰、耐高低温和抗高湿度的优点；本发明发射单元的发射信号首先通过发射控制单元的功率放大处理，从而增大了发射的距离，反射回的信号量变大，接收单元接收的信号中特征信号更容易提取，抗干扰能力更强；本发明接收单元接收的信号通过信号提取单元的滤波、放大、整形、信号跟随和倒相位处理后进入中央处理器进行计算分析，保证了测量结果的准确性；本发明的检测信号输出控制单元实现报警器的快速启动和报警。

附图说明

图1是本发明的原理框图。

图2是本发明大功率超声波传感器的原理框图。

图3是本发明射控制单元的电路图。

图4是本发明信号提取单元的电路图。

图5是本发明检测信号输出控制单元的电路图。

图6是本发明大功率超声波传感器的安装结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

见图1，桥墩安全防护区域智能探测船舶驶入报警系统，包括有依次连接的安装在桥墩的承台面上且朝向水面的船舶探测传感器1、信号处理电路、中央处理器3和报警器4；船舶探测传感器1选用大功率超声波传感器，包括有发射单元11和接收单元12；信号处理电路包括有与发射单元连接的发射控制单元21、与接收单元12连接的信号提取单元22，发射控制单元21和信号提取单元22均与中央处理器3连接；中央处理器3通过检测信号输出控制单元5与报警器4连接。

见图2，大功率超声波传感器包括有依次连接的振荡器13和前置滤波器14，通过后置滤波器15与前置滤波器14连接的发射单元11，通过混频器16与前置滤波器14连接的接收单元12。

振荡器13的调制信号经前置滤波器14后，分别送入发射单元11和接收单元12，其中送入接收单元12的信号经过混频器16得出反馈振荡系统频率与谐振器参考频率之间的差频，从而将接收到的信号分离出由输出端送到信号提取单元22进行处理。

见图3，发射控制单元包括有三极管Q3、三极管Q5、三极管Q4、三极管Q8、场效应晶体管Q2、双向稳压管D3、多个电阻和电容，中央处理器发射的信号LD-CPU-TXD经过电阻R14与三极管Q3的基极连接，中央处理器发射的信号LD-CPU-TXD依次经过电阻R14、电阻17接地，中央处理器发射的信号LD-CPU-TXD经过电阻R24与三极管Q5的基极连接，中央处理器发射的信号LD-CPU-TXD依次经过电阻R24、电阻R26接地，三极管Q3的发射极、三极管Q5的发射极均接地，三极管Q3的集电极与场效应晶体管Q2的栅极连接，三极管Q3的集电极通过电阻R6与场效应晶体管Q2的源极连接，且场效应晶体管Q2的源极与供电电压输入端VCC连接，供电电压输入端VCC分别通过电容C4、电容C5接地，供电电压输入端VCC通过电阻R12与三极管Q5的集电极连接，供电电压输入端VCC依次通过电阻R12、电阻R16后分别与三极管Q4的基极、三极管Q8的基极连接，供电电压输入端VCC依次通过电阻R12、电阻R16、电阻R25后分别与三极管Q4的发射极、三极管Q8的发射极、双向稳压管D3的一端连接，三极管Q4的集电极、三极管Q8的集电极、双向稳压管D3的另一端均与供电电压输入端VCC连接。

CPU单元发射的信号信号LD-CPU-TXD控制三极管Q3和Q5；三极管Q3导通时，三极管Q5导通，场效应晶体管Q2导通，Q4和Q8截止；MOS管Q2导通时，供电电压输入端VCC通过场效应晶体管Q2给Q4、Q8供电，同时加大了功率的特殊波形就在LD-BUSV+、LD-BUSV-上体现。

见图4，信号提取单元包括有四运算放大器U1、三极管Q1、稳压管D1、稳压管D2、多个电阻和电容，加载信号LD-BUSV+输入端和加载信号LD-BUSV-输入端连接有电阻R13，加载信号LD-BUSV+输入端通过电阻R7、电阻R11接地，加载信号LD-BUSV+输入端依次通过电阻R7、电阻R8、电阻R9接地，加载信号LD-BUSV-输入端依次通过电阻R18、电阻R23接地，加载信号LD-BUSV+输入端依次通过电阻R7、电阻R8与四运算放大器U1的引脚5连接，加载信号LD-BUSV-输入端依次通过电阻R18、电阻R19与四运算放大器U1的引脚6连接，加载信号LD-BUSV-输入端依次通过电阻R18、电阻R19、并联的电容C8和电阻R21后与四运算放大器U1的引脚7连接，加载信号LD-BUSV-输入端依次通过电阻R18、电阻R19、并联的电容C8和电阻R21、电容C11、电阻R27、并联的电容C10和电阻R22后分别与四运算放大器U1的引脚8、引脚9连接，四运算放大器U1的引脚4连接供电电压输入端VCC，四运算放大器U1的引脚11接地，四运算放大器U1的引脚10和引脚12通过并联的电容C9、电阻R20后接地，四运算放大器U1的引脚10和引脚12均通过电阻R15连接供电电压输入端VCC，四运算放大器U1的引脚8通过依次通过并联的电容C10和电阻R22、电容C12、电阻R28、并联的电容C7和电阻R10、电容C6、反向并联的稳压管D1和稳压管D2后接地，四运算放大器U1的引脚13依次通过并联的电容C7和电阻R10、电容C6、反向并联的稳压管D1和稳压管D2后接地，四运算放大器U1的引脚14依次通过电容C6、反向并联的稳压管D1和稳压管D2后接地，四运算放大器U1的引脚3通过反向并联的稳压管D1和稳压管D2后接地，四运算放大器U1的引脚2通过电容C13接地，且四运算放大器U1的引脚2依次通过电阻R4、电阻R3接地，四运算放大器U1的引脚2通过电阻R5连接供电电压输入端VCC，四运算放大器U1的引脚依次通过电阻R1、电阻R2接地，且四运算放大器U1的引脚通过电阻R1与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极输出控制信号LD-CPU-RXD。

LD-BUSV+、LD-BUSV-为加载信号，经电阻R7、R8、R9和R18、R19、R23电阻网络的调整及滤波处理，信号已经成为整理过的信号，然后再经经四运算放大器U1第一次放大，进一步调整信号辐值、并滤去杂波；输出信号在经四运算放大器U1的比较，除去尖脉冲引起的误信号；最后再经过四运算放大器U1的第三、第四级的信号跟随及倒相位处理从而的到可以作为控制信号使用的输出控制信号LD-CPU-RXD。

见图5，检测信号输出控制单元包括有运算放大器IC、施密特触发器U1A、二极管VD1、三极管VT1、多个电阻和电容，检测信号输入端A依次通过电阻R32、可变电阻RT2、电阻R34与运算放大器IC的同向输入端连接，检测信号输入端A依次通过可变电阻RT1、电阻R31、电阻R33与运算放大器IC的同向输入端连接，且测信号输入端A直接与运算放大器IC的反向输入端连接，检测信号输入端B依次通过电阻R34、可变电阻RT2与运算放大器IC的同向输入端连接，检测信号输入端B通过电阻电阻R33与运算放大器IC的反向输入端连接，且检测信号输入端B直接与运算放大器IC的同向输入端连接，运算放大器IC的输出端通过施密特触发器U1A、电阻R35、电阻R36、电阻R37与三极管VT1的基极连接，检测信号输入端B依次通过电阻R34、可变电阻RT2、电容C1、二极管VD1、电阻R35、施密特触发器U1A与运算放大器IC的输出端连接，运算放大器IC的同向输入端、三极管VT1的发射极均接地，运算放大器IC的反向输入端通过电容C2接地，且运算放大器IC的反向输入端直接与供电电压输入端VCC连接。

在水位正常状态下，A、B检测输入信号阀值低于翻转值，运算放大器IC处于相对平衡状态。A电压小于B电压，运算放大器IC输出为高电平，装置处于静态守候状态。当水位突然发生变化时，超过设定的2米变化量，B电压下降到A以下，运算放大器IC的输出电平P由高变低，通过电阻R5向电容C1充电，约3S后(这个延时主要作用是抗干扰)，三极管VT1导通，C端输出信号给报警器报警；其中，水位高度差阈值的设置由R1和R4决定。

见图6，桥墩的承台面上设置有转轴式水平支架，,转轴式水平支架包括有固定于桥墩承台面6上的转轴7和水平转杆8，水平转杆8的内端与转轴7固定连接，外端上固定有船舶探测传感器1；图6中的虚线区域为船舶探测传感器1的探测区域。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。