本實用新型涉及自動檢測報警設備，尤其是涉及一種公路隧道口冰雪檢測與報警裝置。

背景技術(shù)：

公路隧道口結(jié)冰給交通帶來了極大的安全隱患，造成不必要的經(jīng)濟損失和人員傷亡。

我國是個多山的國家，許多公路都存在有隧道，而隧道口因為與大地熱量相連，其溫度冬暖夏涼，當外界的冷空氣與洞口的熱空氣對流時，熱空氣會凝結(jié)成水，在寒冷的天氣情況下容易結(jié)冰；其次，由于我國近幾年氣候多變，即使是相隔一座山，山的兩邊的天氣也有所差異，即：在同一座山的一個公路隧道，隧道的入口路況很好，但是在隧道的出口處早已結(jié)冰。當司機在未知隧道口已結(jié)冰的情況下將車輛駛?cè)胨淼篮婉偝鏊淼罆r，極易造成建通事故。

現(xiàn)有技術(shù)中，司機在進出隧道口時都會采取減速的方式進出隧道口，以預防交通安全事故的發(fā)生，但是一些司機麻痹大意，即使減速也仍然以很高的速度通過隧道，而且司機很難發(fā)現(xiàn)隧道口已經(jīng)結(jié)冰，當發(fā)現(xiàn)隧道口已經(jīng)結(jié)冰時，為時已晚，再加上隧道口的黑洞效應，更容易造成車輛追尾、側(cè)翻等交通事故。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種公路隧道口冰雪檢測與報警裝置，采用電容式結(jié)冰傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器復合而成的冰雪傳感器來檢測隧道口結(jié)冰情況；采用ZigBee無線通信將隧道口結(jié)冰信息發(fā)送給即將駛?cè)胨淼篮婉偝鏊淼赖乃緳C；當隧道口存在冰雪時，語音報警器能實時為司機提供隧道口結(jié)冰的信息。能讓司機在進入隧道和出隧道之前就知道隧道口結(jié)冰情況，讓司機提前做好防范措施，安全通過隧道口，降低交通安全事故。

本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的：

一種公路隧道口冰雪檢測與報警裝置，特征是：包括第一ZigBee檢測節(jié)點、第二ZigBee檢測節(jié)點、第三ZigBee檢測節(jié)點、第四ZigBee檢測節(jié)點、第五ZigBee檢測節(jié)點、第六ZigBee檢測節(jié)點、ZigBee協(xié)調(diào)器、語音報警器；

第一ZigBee檢測節(jié)點安裝在進隧道口左邊路緣石下方，第二ZigBee檢測節(jié)點安裝在進隧道口的縱向中心線上，第三ZigBee檢測節(jié)點安裝在進隧道口右邊路緣石下方，第一ZigBee檢測節(jié)點、第二ZigBee檢測節(jié)點、第三ZigBee檢測節(jié)點的檢測面與路面平齊，且在隧道口的橫向上水平放置，用于檢測隧道入口的路面結(jié)冰情況，并將檢測到的結(jié)冰信息發(fā)送給ZigBee協(xié)調(diào)器；第四ZigBee檢測節(jié)點安裝在出隧道口右邊路緣石下方，第五ZigBee檢測節(jié)點安裝在出隧道口的縱向中心線上，第六ZigBee檢測節(jié)點安裝在出隧道口左邊路緣石下方，第四ZigBee檢測節(jié)點、第五ZigBee檢測節(jié)點、第六ZigBee檢測節(jié)點的檢測面與路面平齊，且在隧道口的橫向上水平放置，用于檢測隧道出口的路面結(jié)冰情況，并將檢測到的結(jié)冰信息發(fā)送給ZigBee協(xié)調(diào)器；ZigBee協(xié)調(diào)器和語音報警器安裝在汽車駕駛內(nèi)儀表板上的雜物箱內(nèi)，ZigBee協(xié)調(diào)器用于接收ZigBee檢測節(jié)點發(fā)送來的數(shù)據(jù)，只要六個ZigBee檢測節(jié)點中的任何一個ZigBee檢測節(jié)點檢測到隧道口結(jié)冰，語音報警器即為司機提供隧道口結(jié)冰的信息（前方XX米隧道口已結(jié)冰，請減速慢行）。

ZigBee檢測節(jié)點由冰雪傳感器、控制電路板、ZigBee網(wǎng)絡終端節(jié)點組成，冰雪傳感器檢測隧道出入口是否存在冰雪；控制電路板采用單片機（STC89C52RC）作為主控芯片，用于處理冰雪傳感器檢測到的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)發(fā)送給ZigBee網(wǎng)絡終端節(jié)點，再由ZigBee網(wǎng)絡終端節(jié)點將單片機傳送過來的數(shù)據(jù)發(fā)送給ZigBee協(xié)調(diào)器。

冰雪傳感器由電容式結(jié)冰傳感器、金屬防護網(wǎng)、溫度傳感器、塑料盒、光纜線、濕度傳感器組成，電容式結(jié)冰傳感器由第一不銹鋼圓角矩形金屬環(huán)、第二不銹鋼圓角矩形金屬環(huán)、第三不銹鋼圓角矩形金屬環(huán)、第四不銹鋼圓角矩形金屬環(huán)、第五不銹鋼圓角矩形金屬環(huán)、文氏橋振蕩電路板組成，其中第一不銹鋼圓角矩形金屬環(huán)、第三不銹鋼圓角矩形金屬環(huán)、第五不銹鋼圓角矩形金屬環(huán)構(gòu)成電容式結(jié)冰傳感器的檢測部位的正極，第二不銹鋼圓角矩形金屬環(huán)和第四不銹鋼圓角矩形金屬環(huán)構(gòu)成電容式結(jié)冰傳感器的檢測部位的負極，由于空氣、蒸餾水、冰、雪的相對介電常數(shù)不同（空氣：1.0006，蒸餾水：81，冰：3-4，雪：1-2），根據(jù)電容式結(jié)冰傳感器的檢測部位的正負極之間落入的物質(zhì)的電介質(zhì)不同，來判斷電容式結(jié)冰傳感器是否檢測到了冰雪，通過文氏橋振蕩電路板上的電路自激振蕩產(chǎn)生正弦波輸出電壓，來計算電容式結(jié)冰傳感器的電容值，以確定是否檢測到冰雪；金屬防護網(wǎng)覆蓋在塑料盒上，用以防止其他雜物落入電容式結(jié)冰傳感器的電極之間；溫度傳感器采用電阻溫度檢測器，用于檢測隧道出入口的溫度并判斷是否達到結(jié)冰的溫度，濕度傳感器采用電容式濕度傳感器，用于檢測隧道出入口的濕度，并判斷結(jié)冰的外界濕度條件；光纜線用來將電容式結(jié)冰傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器采集到的信息傳輸給控制電路板；將電容式結(jié)冰傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器裝入塑料盒里，且檢測面與塑料盒頂部平齊；只有當電容式結(jié)冰傳感器檢測到了冰雪、溫度傳感器檢測到的隧道出入口的溫度達到結(jié)冰的臨界狀態(tài)、濕度傳感器檢測到的隧道出入口的濕度達到預設值時，單片機才判斷隧道出入口結(jié)冰。

本實用新型由包括第一ZigBee檢測節(jié)點、第二ZigBee檢測節(jié)點、第三ZigBee檢測節(jié)點、第四ZigBee檢測節(jié)點、第五ZigBee檢測節(jié)點、第六ZigBee檢測節(jié)點、ZigBee協(xié)調(diào)器、語音報警器組成。ZigBee檢測節(jié)點將隧道口結(jié)冰情況發(fā)送給即將駛?cè)胨淼篮婉偝鏊淼赖乃緳C；當隧道口存在冰雪時，語音報警器能實時為司機提供隧道口結(jié)冰的信息。能讓司機在進入隧道和出隧道之前就知道隧道口結(jié)冰情況，讓司機提前做好防范措施，安全通過隧道口，降低交通安全事故。

附圖說明

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實用新型的檢測節(jié)點結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本實用新型的冰雪傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本實用新型的電容式結(jié)冰傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本實用新型的電容式結(jié)冰傳感器的文氏橋振蕩電路圖。

圖6為本實用新型的電容式結(jié)冰傳感器的放大、濾波電路圖。

圖7為本實用新型的冰雪傳感器的溫度傳感器的放大電路圖。

圖8為本實用新型的冰雪傳感器的濕度傳感器的放大電路圖。

圖9為本實用新型的冰雪傳感器的模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理電路圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例并對照附圖對本實用新型作進一步詳細說明。

一種公路隧道口冰雪檢測與報警裝置，包括第一ZigBee檢測節(jié)點1、第二ZigBee檢測節(jié)點2、第三ZigBee檢測節(jié)點3、第四ZigBee檢測節(jié)點4、第五ZigBee檢測節(jié)點5、第六ZigBee檢測節(jié)點6、ZigBee協(xié)調(diào)器7、語音報警器8；

第一ZigBee檢測節(jié)點1安裝在進隧道口左邊路緣石下方，第二ZigBee檢測節(jié)點2安裝在進隧道口的縱向中心線上，第三ZigBee檢測節(jié)點3安裝在進隧道口右邊路緣石下方，第一ZigBee檢測節(jié)點1、第二ZigBee檢測節(jié)點2、第三ZigBee檢測節(jié)點3的檢測面與路面平齊，且在隧道口的橫向上水平放置，用于檢測隧道入口的路面結(jié)冰情況，并將檢測到的結(jié)冰信息發(fā)送給ZigBee協(xié)調(diào)器7；第四ZigBee檢測節(jié)點4安裝在出隧道口右邊路緣石下方，第五ZigBee檢測節(jié)點5安裝在出隧道口的縱向中心線上，第六ZigBee檢測節(jié)點6安裝在出隧道口左邊路緣石下方，第四ZigBee檢測節(jié)點4、第五ZigBee檢測節(jié)點5、第六ZigBee檢測節(jié)點6的檢測面與路面平齊，且在隧道口的橫向上水平放置，用于檢測隧道出口的路面結(jié)冰情況，并將檢測到的結(jié)冰信息發(fā)送給ZigBee協(xié)調(diào)器7；ZigBee協(xié)調(diào)器7和語音報警器8安裝在汽車駕駛內(nèi)儀表板上的雜物箱內(nèi)，ZigBee協(xié)調(diào)器7用于接收ZigBee檢測節(jié)點發(fā)送來的數(shù)據(jù)，只要六個ZigBee檢測節(jié)點中的任何一個ZigBee檢測節(jié)點檢測到隧道口結(jié)冰，語音報警器8即為司機提供隧道口結(jié)冰的信息（前方XX米隧道口已結(jié)冰，請減速慢行）。

ZigBee檢測節(jié)點由冰雪傳感器15、控制電路板16、ZigBee網(wǎng)絡終端節(jié)點17組成，冰雪傳感器15檢測隧道出入口是否存在冰雪；控制電路板16采用單片機（STC89C52RC）作為主控芯片，用于處理冰雪傳感器檢測到的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)發(fā)送給ZigBee網(wǎng)絡終端節(jié)點17，再由ZigBee網(wǎng)絡終端節(jié)點17將單片機傳送過來的數(shù)據(jù)發(fā)送給ZigBee協(xié)調(diào)器7。

冰雪傳感器15由電容式結(jié)冰傳感器9、金屬防護網(wǎng)10、溫度傳感器11、塑料盒12、光纜線13、濕度傳感器14組成，電容式結(jié)冰傳感器9由第一不銹鋼圓角矩形金屬環(huán)19、第二不銹鋼圓角矩形金屬環(huán)20、第三不銹鋼圓角矩形金屬環(huán)21、第四不銹鋼圓角矩形金屬環(huán)22、第五不銹鋼圓角矩形金屬環(huán)23、文氏橋振蕩電路板18組成，其中第一不銹鋼圓角矩形金屬環(huán)19、第三不銹鋼圓角矩形金屬環(huán)21、第五不銹鋼圓角矩形金屬環(huán)23構(gòu)成電容式結(jié)冰傳感器9的檢測部位的正極，第二不銹鋼圓角矩形金屬環(huán)20和第四不銹鋼圓角矩形金屬環(huán)22構(gòu)成電容式結(jié)冰傳感器9的檢測部位的負極，由于空氣、蒸餾水、冰、雪的相對介電常數(shù)不同（空氣：1.0006，蒸餾水：81，冰：3-4，雪：1-2），根據(jù)電容式結(jié)冰傳感器9的檢測部位的正負極之間落入的物質(zhì)的電介質(zhì)不同，來判斷電容式結(jié)冰傳感器9是否檢測到了冰雪，通過文氏橋振蕩電路板18上的文氏橋振蕩電路自激振蕩產(chǎn)生正弦波輸出電壓，來計算電容式結(jié)冰傳感器9的電容值，以確定是否檢測到冰雪；金屬防護網(wǎng)10覆蓋在塑料盒12上，用以防止其他雜物落入電容式結(jié)冰傳感器9的電極之間；溫度傳感器11采用電阻溫度檢測器，用于檢測隧道出入口的溫度并判斷是否達到結(jié)冰的溫度，濕度傳感器14采用電容式濕度傳感器，用于檢測隧道出入口的濕度，并判斷結(jié)冰的外界濕度條件；光纜線13用來將電容式結(jié)冰傳感器9、溫度傳感器11、濕度傳感器14采集到的信息傳輸給控制電路板16；將電容式結(jié)冰傳感器9、溫度傳感器11、濕度傳感器14裝入塑料盒12里，且檢測面與塑料盒12頂部平齊；只有當電容式結(jié)冰傳感器9檢測到了冰雪、溫度傳感器11檢測到的隧道出入口的溫度達到結(jié)冰的臨界狀態(tài)、濕度傳感器14檢測到的隧道出入口的濕度達到預設值時，單片機才判斷隧道出入口結(jié)冰。

文氏橋振蕩電路板18上設有雙運算放大器U1（LM358）、第一二極管D1、第二二極管D2、第一可變電阻Rw1、第1-5電阻：R1-R5，第1-4電容：C1-C4，電容式結(jié)冰傳感器CX組成，第一可變電阻Rw1與第一電阻R1串聯(lián)后串聯(lián)在雙運算放大器U1的反向輸入端2腳與5V穩(wěn)壓電源的GND之間，第五電阻R5串聯(lián)在雙運算放大器U1的正電源端8和5V穩(wěn)壓電源的VCC之間，第一二極管D1與第二二極管D2反向并聯(lián)后與第二電阻R2串聯(lián)后再串聯(lián)在雙運算放大器U1的信號輸出端1腳和反相輸入端2腳之間，第一電容C1與第四電阻R4串聯(lián)后串聯(lián)在雙運算放大器U1的信號輸出端1腳和同相輸入端3腳之間，第三電阻C3與電容式結(jié)冰傳感器CX并聯(lián)后再串聯(lián)在雙運算放大器U1的同相輸入端3腳和5V穩(wěn)壓電源的GND之間，雙運算放大器U1的負電源端4與5V穩(wěn)壓電源的GND相連，第二電容C2與第三電容C3、第四電容C4并聯(lián)后再串聯(lián)在5V穩(wěn)壓電源的VCC和GND之間；

控制電路板16上設有第一放大電路、第二放大電路、第三放大電路、濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、數(shù)據(jù)處理電路，第一放大電路對電容式結(jié)冰傳感器9發(fā)送來的信號進行放大再傳輸給濾波電路，濾波電路將第一放大電路發(fā)送過來的電信號進行濾波處理，濾去雜波后將電信號送到A/D轉(zhuǎn)換電路進行模數(shù)轉(zhuǎn)換；第二放大電路對溫度傳感器11采集到的信號進行放大處理后送到A/D轉(zhuǎn)換電路進行模數(shù)轉(zhuǎn)換；第三放大電路對濕度傳感器14采集到的信號進行放大處理后送到A/D轉(zhuǎn)換電路進行模數(shù)轉(zhuǎn)換；經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號送到數(shù)據(jù)處理電路進行數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)處理電路處理好數(shù)據(jù)后通過ZigBee網(wǎng)絡終端節(jié)點17將數(shù)據(jù)發(fā)送給ZigBee協(xié)調(diào)器7。

第一放大電路和濾波電路由第一晶體三極管T1、第二晶體三極管T2、四運放集成電路U2（LM324）、第5-9電容：C5-C9，第6-15電阻：R6-R15組成，第一晶體三極管T1的基極與雙運算放大器U1的信號輸出端1腳相連，第六電阻R6串聯(lián)在第一晶體三極管T1的發(fā)射極和5V穩(wěn)壓電源的VCC之間，第一晶體三極管T1的集電極與5V穩(wěn)壓電源的VCC連接，第七電阻R7串聯(lián)在第二晶體三極管T2的基極和5V穩(wěn)壓電源的VCC之間，第五電容C5串聯(lián)在第二晶體三極管T2的基極和第一晶體三極管T1的發(fā)射極之間，第八電阻R8串聯(lián)在第二晶體三極管T2的基極和5V穩(wěn)壓電源的GND之間，第九電阻R9串聯(lián)在第二晶體三極管T2的集電極和5V穩(wěn)壓電源的VCC之間，第六電容C6和第十電阻R10并聯(lián)后再串聯(lián)在第二晶體三極管T2的發(fā)射極和5V穩(wěn)壓電源的GND之間，第十一電阻R11的一端與第二晶體三極管T2的集電極相連，第十一電阻R11的另一端與第八電容C8串聯(lián)后與四運放集成電路U2的同向輸入端3腳連接，第七電容C7串聯(lián)在第十一電阻R11的另一端和5V穩(wěn)壓電源的GND之間，第十五電阻R15串聯(lián)在第十一電阻R11的另一端和四運放集成電路U2的信號輸出端1腳之間，第十二電阻R12串聯(lián)在U2的同向輸入端3腳和5V穩(wěn)壓電源的GND之間，第九電容C9串聯(lián)在5V穩(wěn)壓電源的VCC和GND之間，第十三電阻R13串聯(lián)在四運放集成電路U2的反向輸入端2腳和5V穩(wěn)壓電源的GND之間，第十四電阻串聯(lián)在四運放集成電路U2的反向輸入端2腳和信號輸出端1腳之間，四運放集成電路U2的正電源端4與5V穩(wěn)壓電源的VCC相連，四運放集成電路U2的負電源端11與5V穩(wěn)壓電源的GND相連。

第二放大電路由第三二極管D3、第四二極管D4、第一儀表放大器U3（AD620）、第二可變電阻Rw2、第十六電阻R16、第十七電阻R17、第十電容C10、第十一電容C11組成，濕度傳感器串聯(lián)在第一儀表放大器U3的同相輸入端3腳和反相輸入端2腳之間，第三二極管D3與第四二極管D4反向并聯(lián)后串聯(lián)在第一儀表放大器U3的同相輸入端3腳和反相輸入端2腳之間，第十六電阻R16和第二可變電阻Rw2串聯(lián)后再串聯(lián)在第一儀表放大器U3的外接增益調(diào)節(jié)電阻端1腳和8腳之間，第十七電阻R17串聯(lián)在第一儀表放大器U3的同相輸入端3腳和基準電壓端5腳之間，第十電容C10串聯(lián)在+5V穩(wěn)壓電源的VCC和GND之間，第十一電容C11串聯(lián)在-5V穩(wěn)壓電源的VCC和GND之間，第一儀表放大器U3的正電源端7腳與+5V穩(wěn)壓電源的VCC相連，第一儀表放大器U3的負電源端4腳與-5V穩(wěn)壓電源的VCC相連。

第三放大電路由第18-20電阻：R18-R20，第12-14電容:C12-C14,第二儀表放大器U4（AD620）組成，濕度傳感器與第十八電阻R18串聯(lián)后與第十二電容C12并聯(lián)再串聯(lián)在第二儀表放大器U4的同相輸入端3腳和反相輸入端2腳之間，第十九電阻R19串聯(lián)在第二儀表放大器U4的外接增益調(diào)節(jié)電阻端1腳和8腳之間，第二十電阻R20串聯(lián)在第二儀表放大器U4的同相輸入端3腳和基準電壓端5腳之間，第十三電容C13串聯(lián)在+5V穩(wěn)壓電源的VCC和GND之間，第十四電容C14串聯(lián)在-5V穩(wěn)壓電源的VCC和GND之間，第二儀表放大器U4的正電源端7腳與+5V穩(wěn)壓電源的VCC相連，第二儀表放大器U4的負電源端4腳與-5V穩(wěn)壓電源的VCC相連。

A/D轉(zhuǎn)換電路和數(shù)據(jù)處理電路由模數(shù)轉(zhuǎn)換器U5（ADS7825P）、單片機U4（STC89C52RC）、第15-20電容：C15-C20,第二十一電阻R21、第二十二電阻R22,晶振Y1、復位開關(guān)S1組成，第十五電容C15串聯(lián)在模數(shù)轉(zhuǎn)換器U5的內(nèi)部REF的輸出緩沖端6腳和模擬地端6腳、8腳的公共端之間，第十六電容C16串聯(lián)在外部參考電壓輸入端7腳和模擬地端6腳、8腳的公共端之間，第十七電容C17的一端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器U5的電源端27腳、28腳的公共端連接，第十七電容C17的另一端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器U5的數(shù)字地端14腳連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器U5片選輸入端23腳與5V穩(wěn)壓電源的GND連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器U5的4路模擬輸入通道2腳、3腳、4腳與四運放集成電路U2的信號輸出端1腳、第一儀表放大器U3的共地信號輸出端6腳、第二儀表放大器U4的共地信號輸出端6腳對應連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器U5的并行數(shù)據(jù)輸出端9腳-13腳、15腳-17腳與單片機U4的I/O口21腳-28腳對應連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器U5的通道選擇端18腳-19腳、并行/串行輸出選擇端20腳、并行輸出模式下高位/低位字節(jié)輸出選擇端21腳、讀取/轉(zhuǎn)換輸入端22腳、忙狀態(tài)信號輸出端24腳、連續(xù)轉(zhuǎn)換控制信號端25腳、掉電模式輸入端26腳與單片機U4的I/O口1腳-8腳對應連接，

晶振Y1并聯(lián)在單片機U4的兩個外接時鐘端18腳、19腳之間 ，第十八電容C18的一端與第十九電容C19的一端的公共端與5V穩(wěn)壓電源的GND相連，第十八電容C18的另一端與單片機U4的外接時鐘端19腳并聯(lián)，第十九電容C19的另一端與單片機U4的外接時鐘18腳并聯(lián)，第二十一電阻R21的一端、第二十電容C20的一端的公共端接5V穩(wěn)壓電源的VCC，第二十一電阻R21的另一端與復位開關(guān)S1串聯(lián)后接5V穩(wěn)壓電源的GND，第五電容C5的另一端、單片機U4的復位端9腳、單片機U4的電源端20腳的公共端與5V穩(wěn)壓電源的GND相連，單片機U4的電源端40腳與5V穩(wěn)壓電源的VCC相連，第二十二電阻R22串聯(lián)在單片機U4的I/O口37腳與ZigBee網(wǎng)絡終端節(jié)點17之間。

工作原理：

本實用新型用于公路隧道口冰雪檢測與報警裝置。本實用新型能采用電容式結(jié)冰傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器復合而成的冰雪傳感器來檢測隧道口結(jié)冰情況；采用ZigBee無線通信將隧道口結(jié)冰信息發(fā)送給即將駛?cè)胨淼篮婉偝鏊淼赖乃緳C；當隧道口存在冰雪時，語音報警器能實時為司機提供隧道口結(jié)冰的信息。能讓司機在進入隧道和出隧道之前就知道隧道口結(jié)冰情況，讓司機提前做好防范措施，安全通過隧道口，降低交通安全事故。