一種基于超聲波陣列的車廂剩余空間檢測裝置及檢測方法與流程

本發明涉及車廂剩余空間檢測裝置及方法，具體涉及一種基于超聲波陣列的車廂剩余空間檢測裝置及檢測方法。
背景技術：
：貨物進行裝載時，車廂空間利用率的高低直接影響到運輸效率和運輸成本，所以近年來車廂裝載優化已經成為了研究的熱點。因此，車廂剩余容積的有效測量對提高車廂空間利用率、優化車廂空間資源的配置具有重要的現實意義。目前對于車廂剩余空間的檢測方法公開報道的較少，但是對于車廂空間的檢測方法有如下幾種，例如吳風炎利用視頻對公交車車廂的空間利用率進行檢測和分析，但該方式占用大量的存儲空間，且對光線敏感，見文獻吳風炎.2016.基于視頻的公交車廂擁擠度分析方法及設備實現.碩士學位論文，濟南：山東大學；張超宇利用無線射頻識別技術對地鐵車廂的空間利用率進行檢測和研究，實現了人數預報功能，以減緩地鐵車廂空間資源利用不均的問題，此方法無法實現精確的空間檢測，見文獻張超宇.基于射頻識別技術的地鐵車廂人數檢測方法研究.科技風（應用技術版）.2016年6月上；邢冀川等介紹了基于激光三角法原理的貨車車廂體積測量系統，并且已通過大量實際貨車數據驗證了可行性，但此方法成本較高且在有物體遮擋時有測量盲點，見文獻邢冀川，羅小紅.利用激光三角法測量貨車車廂體積.紅外與激光工程.第41卷11期，2012年11月。以上檢測方法雖然在給定條件下可實現對車廂剩余空間的檢測，但成本較高，且使用環境受限制。技術實現要素：為了解決
背景技術：
中存在的問題，本發明的目的在于提供一種基于超聲波陣列的車廂剩余空間檢測裝置及檢測方法，可實現車廂剩余容積的靈活測量。本發明采用的技術方案是：一、一種基于超聲波陣列的車廂剩余空間檢測裝置包括主控模塊、多個結構相同的超聲波測距模塊和連接總線。所述主控模塊：包括供電電路、控制電路、無線模塊、電源接口和通信接口；供電電路與主控模塊中的電源接口和控制電路相連，主控模塊中的通信接口依次與控制電路和與無線模塊相連。所述多個結構相同的超聲波測距模塊，均包括磁鐵、超聲波信號處理電路、超聲波發射器、超聲波接收器、通信接口和電源接口；每個超聲波測距模塊中的電源接口與主控模塊中的電源接口相連，每個超聲波測距模塊中的通信接口與主控模塊中的通信接口相連，每個超聲波信號處理電路與各自超聲波測距模塊中的通信接口相連，每個超聲波發射器（2.3）和超聲波接收器均與各自超聲波信號處理電路相連，磁鐵固定在車廂內頂面；多個結構相同的超聲波測距模塊通過連接總線串聯后和主控模塊連接。二、一種基于超聲波陣列的車廂剩余空間檢測裝置的檢測方法，該方法的步驟如下：步驟1）多個超聲波測距模塊通過連接總線串聯后和主控模塊連接，并按照設計要求將多個超聲波測距模塊間隔安裝在車廂內頂面，同時通過各自磁鐵固定在車廂內頂面，主控模塊也固定在車廂內頂面；步驟2）每個超聲波測距模塊由各自超聲波信號處理電路控制，通過各自超聲波發射器和各自超聲波接收器測量出各自對應超聲波測距模塊正下方剩余空間的高度，然后再將測得的距離信息通過各自通信接口發送給主控模塊；步驟3）主控模塊為超聲波測距模塊提供電源接口和通信接口，每個超聲波發射器向正下方垂直發射超聲波，碰到物體后的回波由各自超聲波接收器接收并測量出該位置剩余空間的高度；主控模塊發送信號逐個選擇超聲波測距模塊逐一工作，并接收選中的超聲波測距模塊發送回的距離信息，再將距離信息通過無線模塊發射出去；步驟4）最后無線模塊將獲得的車廂上方所有探測點的高度測量信息，傳送給駕駛室或控制中心，同時考慮超聲波測距模塊的間隔，就能計算得到車廂上方剩余空間的大小，達到車廂剩余空間實時監測。所述多個超聲波測距模塊間隔安裝在車廂內頂面為等間隔安裝或不等間隔安裝，需要增加超聲波測距模塊的密度時，則能在任意兩個超聲波測距模塊中通過連接總線再增加超聲波測距模塊。所述連接總線包含電源總線和i2c串行總線。本發明具有的有益效果是：本發明實現了一定精度的車廂剩余容積測量，覆蓋適應性好，測量范圍根據載貨的特點和情況經過節點數目的優化可以調節。并且成本低、精度高、穩定性好、不受外界光線和電磁干擾的影響。附圖說明圖1是主控模塊的連接結構框圖。圖2是超聲波測距模塊的連接結構框圖。圖3是超聲波測距模塊結構框圖。圖4是本發明裝置的實施例安裝示意圖。圖中：1、主控模塊，1.1、供電電路，1.2、控制電路，1.3、無線模塊，1.4、電源接口，1.5、通信接口，2、超聲波測距模塊，2.1、磁鐵，2.2、超聲波信號處理電路，2.3、超聲波發射器，2.4、超聲波接收器，2.5、通信接口，2.6、電源接口，3、連接總線。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。本發明包括主控模塊1、多個結構相同的超聲波測距模塊2和連接總線3。如圖1所示，所述主控模塊1，包括供電電路1.1、由32位單片機組成的控制電路1.2(型號為stm32f103zet6)、無線模塊1.3、電源接口1.4和通信接口1.5；供電電路1.1與主控模塊1中的電源接口1.4相連，主控模塊1中的通信接口1.5依次與控制電路1.2和與無線模塊1.3相連；目的是為超聲波測距模塊2提供電源接口2.6和通信接口2.5，因此主控模塊1可發送信號逐個選擇超聲波測距模塊2逐一工作，并接收超聲波測距模塊2發送回的距離信息；控制電路1.2與無線模塊1.3的輸入端相連，無線模塊1.3通過產生高頻交變磁場將數據發射出去。如圖2所示，所述多個結構相同的超聲波測距模塊2：均包括磁鐵2.1、超聲波信號處理電路2.2(型號為stm8s105k4)、超聲波發射器2.3、超聲波接收器2.4、通信接口2.5和電源接口2.6；每個超聲波測距模塊2中的電源接口2.6與主控模塊1中的電源接口1.4相連，每個超聲波測距模塊2中的通信接口2.5與主控模塊1中的通信接口1.5相連，實現了主控模塊和多個超聲波測距模塊之間信號的收發；每個超聲波信號處理電路2.2與各自超聲波測距模塊2中的通信接口2.5相連，實現了主控模塊1和多個超聲波測距模塊2之間信號的收發；每個超聲波發射器2.3和超聲波接收器2.4均與各自超聲波信號處理電路2.2相連，磁鐵2.1固定在車廂內頂面；多個結構相同的超聲波測距模塊2通過連接總線3串聯后和主控模塊1連接。如圖3所示，磁鐵2.1為圓柱形，用螺絲固定在超聲波信號處理電路2.2的底座表面的中心位置。超聲波測距模塊2在探測距離方向的精度為毫米級別，橫向覆蓋范圍為15°范圍，通過超聲波發射器2.3向正下方垂直發射超聲波，在發射時刻的同時由超聲波信號處理電路2.2開始計時，途中碰到貨物頂端立刻返回，再由超聲波接收器2.4接收，在同一時刻超聲波信號處理電路2.2立即停止計時，則可以得到超聲波在空氣中傳播的時間，再結合超聲波在空氣中的傳播速度（340m/s）就可以得到對應超聲波測距模塊正下方剩余空間的高度（即傳播時間和傳播速度的乘積，再除以2）。超聲波發射器2.3的技術指標如表1所示。表1使用電壓vdc5靜態電流ma﹤2電平輸出v﹥5感應角度≦15探測距離cm2-450精度mm可達3如圖4所示，超聲波測距模塊2根據車廂實際情況、載貨的特點按照一定距離靈活地通過連接總線3級聯成矩陣并和主控模塊1相連，通過磁鐵2.1安裝在車廂的內頂面，當車廂不為磁性材料時，則可在車廂頂部嵌入鋼梁。如果需要增加節點密度，則可任意在兩個超聲波測距模塊2中通過連接總線3串聯上另一個超聲波測距模塊2,這種總線、接口的模式可輕松地實現模塊的掛載與刪除。其中主控模塊1靠近駕駛室，由車輛本身的電瓶對主控模塊1中的供電電路1.1供電。i2c串行總線通過串行數據（sda）線和串行時鐘（scl）線在連接到i2c串行總線的器件間傳遞信息，且每個器件即主控模塊1與每個超聲波測距模塊2均有唯一地址，因此主控模塊1與每個超聲波測距模塊2可以處理對應地址的數據包，即主控模塊1可以發送信號逐個選擇超聲波測距模塊2逐一工作，被選擇的超聲波測距模塊2也可將探測到的距離信息發送給主控模塊1。主控模塊1中的無線模塊1.3再將距離信息通過無線wifi或者3g/4g的方式發射出去，所發射信號可以被駕駛室或車輛控制中心接收，駕駛室或車輛控制中心在獲得所有探測點的距離信息后，同時考慮超聲波測距模塊的間隔就可以計算得到車廂的上方剩余空間的大小，可實時監測本車或同時監測多個車輛的車廂剩余空間。當前第1頁12