專利名稱：一種用于檢測高速公路路面結冰的裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種用于檢測高速公路路面結冰的裝置及方法，特別是對高速公路路 面是否結冰進行判斷并預警，屬于自動檢測裝置及方法技術領域。
背景技術：
冬天公路地面結冰會經常發生嚴重交通事故。如2008年的南方雪災給國家和人 民的生命財產安全造成了重大損失，現在判斷高速公路的路面是否結冰仍然依靠人的視覺 去判斷，由于地面結冰情況隨時間、位置不同，消冰狀況存在很大差異，車輪經過的地方首 先消冰、兩車道間隔的中間路面最后消冰，高架和橋梁特別難消冰，中間路面消冰時產生的 冰水仍會到車輪經過的地方，因此依靠視覺確定行駛速度只能在明顯的結冰狀態下引起注 意，而發生的上述暗冰和局部冰層仍會導致意想不到的事故發生。中國專利公開了幾種路面結冰檢測的方法，其中一種是《路面結冰點監測系統和 方法》，其申請號是02827284. 6，該專利通過“采用主動式冷卻器、溫度傳感器、采樣井構成。 并根據采樣井中液體的溫度跟傳導性的變化來判斷液體的結冰點。”該方法主要通過判斷 路面的溫度和傳導性兩個條件來決定是否結冰，仍存在一定的誤判。另外一種是《路面結冰 檢測傳感器及其設備方法、和路面結冰檢測方法》，其申請號是200510055117. 0，該專利通 過“具有接觸路面的感溫部、和從該感溫部豎立設置的鰭部，呈T字形，由熱傳導性高的金 屬構成；光纖，具有光反射峰值波長隨變形而變化的光纖布拉格光柵(FBG)，并將該FBG粘 接在上述感溫部件的鰭部上面；殼體，具有包圍上述感溫部件的鰭部和光纖的隔熱部件。用 光纜對在路面上設置規定數量的各路面結冰檢測傳感器間進行連接，從光纜的一端射入脈 沖光，接收從各路面結冰檢測傳感器來的反射波長，來測量路面溫度。”該方法主要通過判 斷路面的溫度和光反射兩個條件來決定是否結冰，雖然光學判斷法誤判率低，在飛機機翼 結冰檢測中獲得廣泛應用，但在路面這種特殊條件下使用，污水和塵土等贓物將嚴重干擾 其光學器件的工作，誤檢測率升高，實際推廣應用受限。
發明內容
發明目的本發明的目的是提供一種用于檢測高速公路路面結冰的裝置及方法，以便及時的 給交出道路路面的結冰情況。技術方案本發明為實現上述發明目的采用如下技術方案一種用于檢測高速公路路面結冰的裝置，包括與路面相配合的目標體，目標體包 括路面阻值檢測電路、振動檢測電路、溫度檢測電路、微控制器和通信電路；其中路面阻值 檢測電路、振動檢測電路和溫度檢測電路的信號輸出端分別與微控制器連接，微控制器與 通信電路相連接。進一步地，上述用于檢測高速公路路面結冰的裝置的路面阻值檢測電路中包括路面電導率探頭。進一步地，上述用于檢測高速公路路面結冰的裝置的振動檢測電路中包括振動傳 感元件。進一步地，上述用于檢測高速公路路面結冰的裝置的溫度檢測電路中包括溫度傳 感元件，所述溫度傳感元件采用鉬電阻。一種基于上述用于檢測高速公路路面結冰的裝置的檢測方法，包括如下步驟步驟A，在微控制器里分別設置路面阻值檢測、振動檢測和溫度檢測的判斷閾值；步驟B，采用振動檢測電路的振動傳感元件采集高速公路路面的振動數據信息； 采用路面阻值檢測電路的路面電導率探頭采集檢測路面的阻值數據信息；步驟C，將步驟B采集到的路面振動數據信息、路面阻值數據信息發送至微控制 器，微控制器分別判斷所述路面振動數據信息、路面阻值數據信息是否超過步驟A設置的 閾值，當判斷結果均超過步驟A設置的閾值，進入下一步；否則返回步驟B繼續執行操作；步驟D，采用溫度檢測電路的溫度傳感元件采集路面的溫度值數據，將溫度值數據 發送至微控制器，微控制器判斷所述溫度值數據是否為零度以下，當溫度值數據為零度以 下，通過通信電路給出結冰信號；當溫度值信息為零度以上時，返回B步驟。有益效果由于路面結冰情況很復雜不易判斷，本發明根據振動體的振動信號、路面電導率， 并結合溫度檢測的附加條件和多目標同時檢測來綜合給出路面結冰情況，可以防止誤檢 測。特別需要提及的是，通過多點檢測，只有多個檢測點給出路面結冰信號時，才有路面結 冰提示信息給出，可以及時發出結冰預警信號。
圖1是本發明一個實施例的安裝實例結構示意圖。圖2是圖1實施例的檢測控制電路框圖。
圖3是圖2中路面阻值檢測電路的電路圖.圖4是圖2中振動檢測電路的電路圖。圖5是圖2中溫度檢測電路的電路圖。圖6是圖2中微處理器的電路圖。圖7是圖1實施例中多個獨立配合目的布置示意圖。
具體實施例方式實施例一下面結合附圖對技術方案的實施例作進一步的詳細描述如圖1所示，包括與路面1為一體的目標體2，振動傳感元件3、路面電導率探頭4 和溫度傳感元件6與檢測控制電路5相連。振動傳感元件3本實施例中選用全向微型振動 傳感器。路面電導率探頭4選用耐壓防水材料。溫度傳感元件6選用鉬電阻。檢測控制電路的具體組成如圖2所示，主要由路面阻值檢測電路、振動檢測電路、 溫度檢測電路、微控制器和通信電路構成。路面阻值檢測電路具體組成如圖3所示，主要由電阻R1、輸入端子JPl和高輸入阻抗運放Al組成。輸入端子JPl直接與路面電導率探頭(即圖1中的件4)相連，運放Al輸 出的信號Sl直接送微控制器，作為路面阻值信息。 溫度檢測電路具體組成如圖4所示，主要由電阻R2、輸入端子JP2和電阻R3組成。 輸入端子JP2直接與鉬電阻(即圖1中的件6)相連，電阻R3輸出的信號S2直接送到微處 理器，作為溫度信息。振動檢測電路具體組成如圖5所示，主要由電阻R4、輸入端子JP3和高輸入阻抗運 放A2組成。輸入端子JP3直接與振動傳感元件(即圖1中的件3)相連，運放A2輸出的信 號S3直接送微控制器，作為路面振動信息。作為檢測控制電路5的核心的微控制器如圖6所示，由單片機ICl構成。本實施 例中選用CC2430，當然可以選用類似功能的任何一款單片機，路面阻值檢測電路輸出的Sl 信號線、溫度檢測電路輸出的S2信號線和振動檢測電路輸出的S3信號線分別接至作為信 號輸入端的單片機ICl內部AD轉換的3個獨立I/O輸入口。單片機ICl每隔一個階段的 時間啟動各傳感器檢測路面結冰情況，當路面有積水但還沒有結冰時，路面的電阻值比較 小，在1ΜΩ以下；當路面有結冰時，路面的電阻值急劇上升，通常在數ΜΩ到數百ΜΩ之間 變化。所以，由于道路交通狀況比較復雜，比如泥土、沙石以及各種地面的污染混合物等影 響因素，路面阻值檢測的閾值隨路面狀況不同而不一樣，狀況越差，設置的閾值通常要略大 一些，閾值設置在50ΜΩ至100ΜΩ之間，道路狀況稍好的情況下，設置的閾值則要小一些， 閾值設置在5ΜΩ至50ΜΩ之間，本發明在通常在道路狀況良好的情況下，設定路面電阻的 閾值為IOM Ω。當無結冰時，振動檢測電路輸出振幅比較高，如供電電壓在3ν時，S3信號電壓幅 值達到1.5ν以上；當有結冰時，振動檢測電路輸出的振幅呈現出急劇的下降，S3信號電壓 幅值將低于150mv以下。所以，振動檢測的閾值與供電電壓的大小有關，當供電電壓在3V 時，閾值設定在150mv左右；當供電電壓在5V時，閾值設定為250mv左右。當溫度在零度以下時才可能結冰時，溫度在零度以上不會結冰。設定路面電阻的 閾值為10ΜΩ，振動信號的閾值150mv，只有在路面電阻值大于10ΜΩ、振動信號S3幅度低于 150mv和溫度低于零度三個條件同時滿足時，單片機ICl才向通信電路給出結冰信息。否 則，給出沒有結冰信息。如圖7所示，它給出4個目標體2分別固定在路面不同部位的示意圖，對4個目標 體2給出的結冰信號進行處理，3個以上目標體2給出結冰信息，才判定結冰，否則判定沒有結冰。除上述實施例外，本發明還可以有其他實施方式。凡本技術領域的普通技術人員 在不脫離本發明原理的前提下，通過改進和潤飾所形成的等同替換或等效變換，均落在本 發明要求的保護范圍。
權利要求
一種用于檢測高速公路路面結冰的裝置，包括與路面(1)相配合的目標體(2)；其特征在于所述目標體(2)包括路面阻值檢測電路、振動檢測電路、溫度檢測電路、微控制器和通信電路；其中路面阻值檢測電路、振動檢測電路和溫度檢測電路的信號輸出端分別與微控制器連接，微控制器與通信電路相連接。
2.根據權利要求1所述的用于檢測高速公路路面結冰的裝置，其特征在于所述微控 制器由單片機構成。
3.根據權利要求1所述的用于檢測高速公路路面結冰的裝置，其特征在于所述路面 阻值檢測電路中包括路面電導率探頭(4)。
4.根據權利要求1所述的用于檢測高速公路路面結冰的裝置，其特征在于所述振動 檢測電路中包括振動傳感元件(3)。
5.根據權利要求1所述的用于檢測高速公路路面結冰的裝置，其特征在于所述溫度 檢測電路中包括溫度傳感元件，所述溫度傳感器采用鉬電阻(6)。
6.根據權利要求1所述的用于檢測高速公路路面結冰的裝置，其特征在于所述通信 電路采用無線或有線通信控制。
7.一種基于權利要求1至6任意所述的用于檢測高速公路路面結冰的裝置的檢測方 法，其特征在于，包括如下步驟步驟A，在微控制器里分別設置路面阻值檢測、振動檢測和溫度檢測的判斷閾值；步驟B，采用振動檢測電路的振動傳感元件(3)采集高速公路路面的振動數據信息；采 用路面阻值檢測電路的路面電導率探頭(4)采集檢測路面的阻值數據信息；步驟C，將步驟B采集到的路面振動數據信息、路面阻值數據信息發送至微控制器，微 控制器分別判斷所述路面振動數據信息、路面阻值數據信息是否超過步驟A設置的閾值， 當判斷結果均超過步驟A設置的閾值，進入下一步；否則返回步驟B繼續執行操作；步驟D，采用溫度檢測電路的溫度傳感元件采集路面的溫度值數據，將溫度值數據發送 至微控制器，微控制器判斷所述溫度值數據是否為零度以下，當溫度值數據為零度以下，通 過通信電路給出結冰信號；當溫度值信息為零度以上時，返回B步驟。
全文摘要
本發明提供一種用于檢測高速公路路面結冰的裝置及方法，尤其是對高速公路路面是否結冰進行判斷并預警，屬于自動檢測裝置及方法技術領域。本發明的裝置包括與路面(1)相配合的目標體(2)；其中目標體(2)由路面阻值檢測電路、振動檢測電路、溫度檢測電路、微控制器和通信電路構成。本發明的方法當檢測到的高速公路路面振動的信號、路面電導率達到閾值時，還需要進一步判斷溫度傳感器是否給出零攝氏度以下的溫度，才會給出結冰信號；本發明的優點是根據振動體的振動信號、路面電導率，并結合溫度檢測的附加條件和多目標同時檢測來綜合給出路面結冰情況，可以防止誤檢測。
文檔編號G01H11/06GK101915606SQ20101023764
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月27日 優先權日2010年7月27日
發明者馮金龍, 呂富勇, 唐慧強 申請人:南京信息工程大學