一種新型防沖闖系統設計

楊潔 宋艷生 王超

摘要：阻車釘是當前大規模應用于武警部隊執勤的裝備，是官兵在執行武裝設卡任務時有效攔截違法沖闖車輛的利器。但當前裝備的阻車器材比較笨重，操作靈活性差，拆裝不方便[1]。本文設計的是一種新型防沖闖系統，利用多普勒效應對汽車的速度進行測算，當車輛超速時，將啟動聲光報警裝置，同時自動彈起阻車釘，阻止車輛繼續行駛。該設備具有自動識別，有效控制，可靠性高等優點。

關鍵詞：多普勒效應；單片機；速度傳感器；阻車釘

處在執勤一線的武警官兵以及反恐一線的特戰分隊迫切需要一種高效、可靠、攜帶方便的車輛攔截裝置，用以安裝在通往金庫、監獄、核電站、軍事基地、政府要害部門等營門和道路檢查站上。該阻車裝置通過對車輛有效攔截，從而防止違法犯罪分子駕車逃竄，強行沖卡、沖撞等行為的發生。將危害源阻擋在遠離重要設施的位置。降低執勤官兵的困難和風險，為圓滿完成執勤任務提供了堅實保障。因此研究設計一個自動化、輕便化的智能新型防沖闖系統將為執勤官兵在執行設卡任務和營區防沖闖中有十分重要的作用。

1＼系統整體結構設計

本設計將利用模擬電路和數字電路以及C語言知識，以單片機作為主控制器，利用超聲波模塊計算通行車輛的行駛速度，當行駛車輛超過設定速度時，立即判斷車輛處于闖卡狀態，此時立即啟動聲光報警裝置并彈起減速帶中的阻車釘，對通過的車輛輪胎進行物理穿刺，使其失去繼續前進的動力，達到阻停目的。當使用者按下復位鍵時停止報警，同時自動回收阻車釘。系統設計如圖1所示：

2、測速模塊構建

防沖闖系統用于監測運動的車輛是否超速對應的模塊即為測速模塊，本文采用多普勒效應原理進行測速。

2.1測速方案設計

測速模塊用于監測營門外和車道上的車輛是否超速，設計方案有如下幾種：一：采用對射式光電傳感器測量運動物體的速度。當不透光的物體擋住發射與接收之間的間隙時，開關斷開，反之打開，當有車輛通過時，光電開關將會產生負脈沖信號。通過前后兩組對射式的光電模塊，就可以由時間差來計算車輛的運動速度。由于遮光式傳感器對物體十分敏感，如果不是車輛通過而是其他物體進入時也會報警，這就容易造成誤報的情況且氣象條件等等都會對識別采集有很大的影響。二：采用超聲波傳感器，是一種實現聲、電轉換的裝置。這種裝置可以發射超聲波和接收超聲波回波，并轉換成相應的電信號。系統采用分體式單晶直探頭。

綜合比較，本設計采用超聲波傳感器來進行測速從而判斷是否超速并攔截。

2.2運動車輛測速模型

車輛在運動時超聲波發向某一方向發射超聲波，發射同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。具體使用時差法測速。圖2為時差法測速示意圖。

時差法測速適用于低速運動物體，設第一次從超聲波發射到接收的時間為 ，收到回波信號后再發一次超聲波信號，第二次的收發間隔時間為 。則第一次超聲波信號到達物體時發射探頭與物體之間距離為 ，第二次超聲波信號到達物體時發射探頭與物體之間距離為 ，則物體的運動速度 可由下式得到[5]

3、車輛攔阻結構設計

系統識別車輛處于超速狀態后，聲光報警的同時，道路中減速帶內置的阻車釘彈起，通過針刺將汽車輪胎迅速刺穿，使其迅速泄氣失去繼續前進的動力，達到阻停目的。備勤人員和友鄰分隊可以聽到報警聲迅速增援現場處置情況。

阻車裝置主要有刺釘、聯動桿、減速帶、從動輪、驅動輪組成。其側面剖視圖如圖3所示。

其中，阻車釘的單元由支架、刺釘、轉軸構成，刺釘用圓錐型針刺，對于大部分的汽車輪胎，25mm是最佳刺破長度，選型時以此長度為有效穿刺部分。通常刺釘底部有支架，在車輛往下壓的同時，會給釘子很大的壓力，容易使其彎曲變形。本設計中，釘子底部與地面直接接觸，不容易被運動的車輛損壞。釘子結構如圖4所示：

我國道路上行駛的機動車的輪胎寬度一般為185mm-215mm，為了保證攔截的有效性，在減速帶間隙中每隔180mm中就布置一列釘子，每列設3-4個釘子，其中第一枚放置在減速帶的斜面下，與斜面成45度，更易將釘子刺破車胎，其余放置在頂部水平面上，放置方式與前面保持一致。如圖5為布置道路上的減速帶內阻車釘排布示意圖。

每排釘子用一根定軸連接各排位置相同的釘子，使之牽一發而動全身，提高攔阻率，確保成功攔阻目標。同時為了方便拆裝，每段減速帶各截都可以分離，各段連接著釘子的軸用螺釘連接在內置于減速帶內的螺口處，便于統一收放，既確保了阻車帶的有效控制，又便于使用。如圖6為道路阻車帶布置模型。

4、系統硬件選擇和方案設計

當檢測到有車輛企圖超速沖闖時，或者在檢查點突然加速沖闖時，聲光提醒直接有效。本設計使用蜂鳴器報警以及LED燈作為報警裝置。為了保證報警的有效性，當用戶按下確認鍵則報警裝置停止報警。設計具體采用液晶LCD1602作為顯示設備，能同時顯示多個字符；使用有源蜂鳴器作為信息提示器件；關于阻車方案選擇，因為車道上和出入營門的車流量較大，考慮到通行方便，選用平時處于非工作狀態的阻車結構[2]，即發現緊急情況后立即升起，因此對反應時間的要求很高。系統具有以下重要功能：

1、具有定時檢測通行車速的功能；

2、具有聲光報警功能；

3、具有按鍵確認功能；

4、具有速度區間設置功能；

5、具有聯動牽引功能；

6、具有自動復位功能；

5、系統軟件設計

該系統是用單片機作為主控制電路，因此需要軟件編程來實現設計的功能，本設計將使用keil軟件作為軟件編程工具，圖7為軟件實現流程圖。

單片機程序從主程序開始執行，系統進入主程序后先進行定時器初始化，液晶初始化和超聲波傳感器初始化，然后利用超聲波傳感器測量車速，將當前車輛行駛速度顯示在液晶顯示器上。并判斷測量的速度是否超過設定值，當超出設定值則啟動蜂鳴器和LED燈報警，同時彈起阻車釘。然后對按鍵進行掃描，當檢測到確認按鍵按下時，報警停止，阻車釘復位。

6、總結

本文所設計的智能防沖闖系統采用超聲波測速傳感器來判斷車輛是否超速，若超過設定速度則啟動報警裝置并使車輛攔阻結構進入工作狀態，其中阻車模塊設計新穎，使用方便，可以降低阻車結構在使用過程中的損壞率。該系統相對已有阻車設備而言具有輕便和智能等優點。因此是官兵在執行武裝設卡任務時有效攔截違法沖闖車輛的利器，能適應任務需求且不影響道路通行效率。另外，在速度的測量精度以及容錯機制[3]方面有待完善，以減少其失誤率，從而減少警力資源的浪費。

參考文獻：

[1]李成. 阻車原理、技術分析與初步研究[J]. 國防技術基礎， 2009，8-10.

[2]張華坤，馬春生，張帆等.提高阻擋大型機動車輛路障效率的研究[J].汽車技術，2006（s1）：81-84

[3]祝敏. 超聲波測距誤差分析及修正方法[J].計量與測試計術，2009，36（2），21-24.