本實(shí)用新型涉及水自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)裝置領(lǐng)域，特別是涉及一種基于物聯(lián)網(wǎng)的交通路段水深信息共享系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來(lái)城市化是中國(guó)社會(huì)變遷的主旋律，根據(jù)現(xiàn)在的城市化速度，2030年后中國(guó)將有60%的人生活在城市里。城市化的快速推進(jìn)過(guò)程中，出現(xiàn)了一些新的問(wèn)題，其中比較嚴(yán)重的由于盲目的擴(kuò)張城市功能，一些城市已經(jīng)在挑戰(zhàn)資源環(huán)境承載能力的物理極限。在國(guó)務(wù)院新聞辦召開(kāi)的第二次全國(guó)濕地資源調(diào)查成果發(fā)布會(huì)上，國(guó)家林業(yè)局副局長(zhǎng)張永利說(shuō)，近十年來(lái)受到基建占用威脅的濕地面積增加了10倍以上。濕地的急劇減少導(dǎo)致了一些城市失去蓄水功能，在降雨后水流會(huì)集中于街道導(dǎo)致交通水深快速上升。假若遇到厄爾尼諾的年份，較大的降水會(huì)導(dǎo)致一些城市遭受水災(zāi)，往往給居民帶來(lái)的嚴(yán)重的生命財(cái)產(chǎn)損失。

一些交通道路特別是地勢(shì)復(fù)雜多變的道路，在降水后路面被水遮蓋，行人無(wú)法判定前方水深，盲目前行只會(huì)威脅生命安全。一般在降水后，交通管理部門(mén)會(huì)出動(dòng)人員進(jìn)行交通管制，在一些危險(xiǎn)的路段設(shè)立警示牌。但是這種方法耗費(fèi)大量人力，并且有效程度不高，由于誤入深水導(dǎo)致事故的事件依然層出不窮。

所以亟需一種能夠解決這一問(wèn)題的設(shè)施或方法，不但能夠監(jiān)測(cè)各路段的水深情況，并且能夠?qū)⑺钚畔?shí)施傳遞給人們，讓人們及時(shí)避免進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域，保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本實(shí)用新型為了監(jiān)測(cè)水深情況并將信息傳遞給人們，提供一種基于物聯(lián)網(wǎng)的交通路段水深信息共享系統(tǒng)，利用超聲波能夠精確的獲得所監(jiān)測(cè)位置的水深，并且依靠通訊網(wǎng)絡(luò)將水深信息傳遞到人們使用的終端設(shè)備。

本實(shí)用新型提供一種基于物聯(lián)網(wǎng)的交通路段水深信息共享系統(tǒng)，硬件包括豎桿，外殼，PCB板，GSM通訊模塊，GSM天線，MCU，高壓脈沖發(fā)生器，A/D轉(zhuǎn)換電路，網(wǎng)罩殼，引腳，絕緣固定層，壓電晶片，錐形共振盤(pán)，阻抗匹配器，螺栓，電線；

所述豎桿安裝在各交通路段的地勢(shì)低洼處，所述外殼通過(guò)螺栓安裝在豎桿頂端，所述PCB板安裝在外殼內(nèi)，所述GSM通訊模塊，GSM天線，MCU，高壓脈沖發(fā)生器，A/D轉(zhuǎn)換電路均安裝在PCB板上側(cè)，PCB板下側(cè)安裝有超聲波發(fā)射器和超聲波接收器，兩者結(jié)構(gòu)較為相似，其中超生波發(fā)射器包括一個(gè)網(wǎng)罩殼、兩個(gè)引腳、一件絕緣固定層、一個(gè)壓電晶片、一個(gè)錐形共振盤(pán)，超聲波接收器包括另外一個(gè)網(wǎng)罩殼、兩個(gè)引腳、一件絕緣固定層、一個(gè)壓電晶片、一個(gè)錐形共振盤(pán)和一件阻抗匹配器；所述高壓脈沖發(fā)生器位于超聲波發(fā)射器正上方，用于提供瞬時(shí)高壓給超聲波發(fā)射器；所述A/D轉(zhuǎn)換電路位于超聲波接收器正上方，用于將超聲波接收器的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；所述GSM通訊模塊通過(guò)結(jié)合GSM天線將獲取的水深信息傳遞到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)。

本實(shí)用新型的工作原理是：

MCU控制高壓脈沖發(fā)生器發(fā)出高壓脈沖到超聲波發(fā)射器，高壓脈沖通過(guò)引腳和電線到達(dá)壓電晶片，壓電晶片受到瞬時(shí)高壓后產(chǎn)生振動(dòng)，帶動(dòng)錐形共振盤(pán)同步振動(dòng)，產(chǎn)生一段超聲波；

超聲波向下傳播到水面后，發(fā)生反射和折射，其中反射光先傳播到超聲波接收器，另外的折射光在水底反射后，再次在水面發(fā)生折射，最后才被超聲波接收器接收，因此超聲波接收器會(huì)接收到兩次超聲波，兩次的接收時(shí)間差，即為超聲波在水下傳播所用時(shí)間。因?yàn)槌暡▊鞑シ较蜇Q直向下，所以超聲波從水面到水底的時(shí)間即為兩次超聲波接收時(shí)間差的一半。從而可以計(jì)算出水深。

交通管理部門(mén)建立交通路段水深數(shù)據(jù)庫(kù)，GSM通訊模塊通過(guò)GSM天線將水深數(shù)據(jù)傳遞到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)民眾是開(kāi)放查詢的，所有民眾可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)交通路段的水深情況進(jìn)行查詢，避免出行中發(fā)生意外。

本實(shí)用新型具有的有益效果是：

（1）充分利用交通路段的立桿或其它建筑物，形成監(jiān)測(cè)點(diǎn)；（2）多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，形成水深監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)；（3）超聲波具有集中度高，無(wú)噪音污染的優(yōu)勢(shì)；（4）利用GSM網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)傳播媒介，形成完整的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。

所以，這種基于物聯(lián)網(wǎng)的交通水深信息共享系統(tǒng)，能夠有效的監(jiān)測(cè)交通路段的水深狀況，對(duì)于維護(hù)交通安全穩(wěn)定和保障人們生命財(cái)產(chǎn)安全有重大意義。

本實(shí)用新型的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書(shū)中闡述，或者通過(guò)實(shí)施本實(shí)用新型而了解。

附圖說(shuō)明

附圖僅用于示出具體實(shí)施例的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本實(shí)用新型的限制。

圖1是本實(shí)用新型的整體裝配外觀圖。

圖2是本實(shí)用新型的俯視角度的局部裝配圖。

圖3是本實(shí)用新型的俯視角度的局部拆解圖。

圖4是本實(shí)用新型的仰視角度的局部裝配圖。

圖5是本實(shí)用新型中PCB板與其它零件的裝配示意圖。

圖6是本實(shí)用新型的超聲波發(fā)射器和接收器的外觀圖。

圖7是本實(shí)用新型的超聲波發(fā)射器和接收器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。

圖8是本實(shí)用新型的超聲波發(fā)射器的軸線剖面圖。

圖9是本實(shí)用新型的超聲波接收器的軸線剖面圖。

圖中標(biāo)號(hào)：1-豎桿，2-外殼，3-PCB板，4-GSM通訊模塊，5-GSM天線，6-MCU，7-高壓脈沖發(fā)生器，8-A/D轉(zhuǎn)換電路，9-網(wǎng)罩殼，10-引腳，11-絕緣固定層，12-壓電晶片，13-錐形共振盤(pán)，14-阻抗匹配器，15-螺栓，16-電線，17-超聲波束。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型基于物聯(lián)網(wǎng)的交通水深信息共享系統(tǒng)作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

如圖1-7所示，一種基于物聯(lián)網(wǎng)的交通水深信息共享系統(tǒng)，其硬件主要包括：硬件包括豎桿1，外殼2，PCB板3，GSM通訊模塊4，GSM天線5，MCU6，高壓脈沖發(fā)生器7，A/D轉(zhuǎn)換電路8，網(wǎng)罩殼9，引腳10，絕緣固定層11，壓電晶片12，錐形共振盤(pán)13，阻抗匹配器14，螺栓15，電線16；

所述豎桿1安裝在各交通路段的地勢(shì)低洼處，所述外殼2通過(guò)螺栓15安裝在豎桿1頂端，也可以安裝在其它可利用的建筑物上；所述PCB板3安裝在外殼2內(nèi)，所述GSM通訊模塊4，GSM天線5，MCU6，高壓脈沖發(fā)生器7，A/D轉(zhuǎn)換電路8均安裝在PCB板3上側(cè)，PCB板3下側(cè)安裝有超聲波發(fā)射器和超聲波接收器，兩者結(jié)構(gòu)較為相似，其中超生波發(fā)射器包括一個(gè)網(wǎng)罩殼9、兩個(gè)引腳10、一件絕緣固定層11、一個(gè)壓電晶片12、一個(gè)錐形共振盤(pán)13，超聲波接收器包括另外一個(gè)網(wǎng)罩殼9、兩個(gè)引腳10、一件絕緣固定層11、一個(gè)壓電晶片12、一個(gè)錐形共振盤(pán)13和一件阻抗匹配器14；所述高壓脈沖發(fā)生器7位于超聲波發(fā)射器正上方，用于提供瞬時(shí)高壓給超聲波發(fā)射器；所述A/D轉(zhuǎn)換電路8位于超聲波接收器正上方，用于將超聲波接收器的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；所述GSM通訊模塊4通過(guò)結(jié)合GSM天線5將獲取的水深信息傳遞到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)。

進(jìn)一步講，外殼2頂面開(kāi)設(shè)小孔，將GSM天線5露出，小孔和GSM天線5之間設(shè)有密封圈，避免外界降水進(jìn)入；外殼2底面開(kāi)設(shè)兩個(gè)孔，將超聲波發(fā)射器和超聲波接收器露出。

進(jìn)一步講，PCB板3是指印制電路板，上面印制有連接各元件的線路。

進(jìn)一步講，MCU6是指單片微型計(jì)算機(jī)，通過(guò)閉合相應(yīng)管腳，利用微電流控制繼電器開(kāi)關(guān)的閉合，來(lái)控制高壓脈沖發(fā)生器7的開(kāi)啟和停止。

進(jìn)一步講，網(wǎng)罩殼9的底面為網(wǎng)狀，使得超聲波能夠順利通過(guò)，減少衰減，并且保護(hù)內(nèi)部的各零件。

進(jìn)一步講，絕緣固定層11的材料為環(huán)氧樹(shù)脂，既能將引腳10和壓電晶片12固定在網(wǎng)罩殼9上，同時(shí)有不會(huì)影響電流的傳導(dǎo)。

進(jìn)一步講，壓電晶片12的材料為陶瓷，當(dāng)電壓作用于壓電晶片12時(shí)，壓電晶片12就會(huì)隨著電壓和頻率的變化產(chǎn)生機(jī)械變形；同時(shí)，當(dāng)振動(dòng)壓電晶片12時(shí)，上面會(huì)相應(yīng)產(chǎn)生電荷。

進(jìn)一步講，錐形共振盤(pán)13使得超聲波得以沿盤(pán)子軸線方向，向外傳播，同時(shí)能聚攏外界傳來(lái)的超聲波。

進(jìn)一步講，阻抗匹配器14僅安裝在超聲波接收器中，包裹在錐形共振盤(pán)13的周圍，用來(lái)吸收傳遞來(lái)的所有超聲波，使得超聲波不會(huì)再沿原路徑反射到波源，提升能源效益和精度。

進(jìn)一步講，如圖8-9所示，在超聲波發(fā)射器和超聲波接收器中，網(wǎng)罩殼9內(nèi)的元器件自上而下依次是引腳10、絕緣固定層11、壓電晶片12、錐形共振盤(pán)13，引腳10上端伸出網(wǎng)罩殼9頂部，插進(jìn)PCB板3中，引腳10中部被絕緣固定層11包裹，引腳10下端接有電線16，將引腳10和壓電晶片12相連通；壓電晶片12固定在絕緣固定層11的底部，錐形共振盤(pán)13開(kāi)口向下，固定在壓電晶片12底部；在超聲波接收器中，錐形共振盤(pán)13外部還包裹有阻抗匹配器14。

超聲波是一種頻率高于20000赫茲的聲波。它每秒的振動(dòng)次數(shù)甚高，超出了人耳聽(tīng)覺(jué)的一般上限，這種聽(tīng)不見(jiàn)的聲波叫做超聲波，它和可聞聲本質(zhì)是一樣的，都是一種機(jī)械振動(dòng)模式，通常以縱波的方式在彈性介質(zhì)內(nèi)傳播，是一種能量的傳播形式。超聲波的波長(zhǎng)短，方向性好。

首先，MCU6控制高壓脈沖發(fā)生器7發(fā)出高壓脈沖到超聲波發(fā)射器，高壓脈沖通過(guò)引腳10和電線16到達(dá)壓電晶片12，壓電晶片12受到瞬時(shí)高壓后產(chǎn)生振動(dòng)，帶動(dòng)錐形共振盤(pán)13同步振動(dòng)，產(chǎn)生一段超聲波；

超聲波向下傳播到水面后，發(fā)生反射和折射，其中反射光先傳播到超聲波接收器，另外的折射光在水底反射后，再次在水面發(fā)生折射，最后才被超聲波接收器接收，設(shè)水面直接反射的超聲波的整個(gè)路徑所用時(shí)間為T(mén)1，路過(guò)水下的超聲波的整個(gè)路徑所用時(shí)間為T(mén)2，T2-T1即為超聲波在水下傳播所用時(shí)間，(T2-T1)/2即為超聲波從水面到水底所用時(shí)間，超聲波在水里的傳播速度為v，那么水深h=v*(T2-T1)/2。

在設(shè)立每套水深監(jiān)測(cè)裝置時(shí)，都有給予唯一編碼，并且記錄位置信息；

交通管理部門(mén)建立交通路段水深數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)中包含編碼項(xiàng)、位置信息項(xiàng)、水深數(shù)據(jù)項(xiàng)，GSM通訊模塊通過(guò)GSM天線將水深數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)民眾是開(kāi)放查詢權(quán)限，所有民眾可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，使用電腦、手機(jī)等終端設(shè)備登錄數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)交通路段的水深情況進(jìn)行查詢，為民眾為出行提供更好的安全保障。

以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的具體實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。