基于單片機(jī)的隧道積水報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：為了降低隧道積水造成安全事故的概率，設(shè)計(jì)了隧道積水報(bào)警系統(tǒng)，在隧道中發(fā)生影響人身安全的積水時(shí)，會(huì)在入口和隧道中進(jìn)行警示。該系統(tǒng)通過SCCS型超聲波液位計(jì)檢測(cè)液位，海康威視iDS-2VS325-F836攝像頭采集隧道內(nèi)停車信息，檢測(cè)到的信息接入AT89C52單片機(jī)后進(jìn)行計(jì)算，最后通過JR-SG01進(jìn)行隧道內(nèi)外的聲光報(bào)警。

關(guān)鍵詞：隧道;單片機(jī);報(bào)警

0? ? 引言

由于城市建設(shè)導(dǎo)致地面硬化、城市人口急劇膨脹等原因，夏天暴雨季節(jié)，我國(guó)部分大中型城市經(jīng)常會(huì)遭遇水浸街，不同程度地發(fā)生城市內(nèi)澇，嚴(yán)重影響人們的正常生活和工作。隧道地勢(shì)較低，空間密閉，且當(dāng)前多數(shù)隧道口沒有預(yù)警信息，經(jīng)常出現(xiàn)人與汽車?yán)в谒淼乐械默F(xiàn)象，甚至出現(xiàn)死傷案例。因此在隧道口及隧道內(nèi)部進(jìn)行必要的警示顯得非常重要。

1? ? 系統(tǒng)總體架構(gòu)

隧道積水報(bào)警系統(tǒng)可以顯示信息或語(yǔ)音報(bào)警禁止行人進(jìn)入隧道或告知其盡快離開隧道。如圖1所示，通過液位計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)液位數(shù)據(jù)發(fā)送至單片機(jī)，由單片機(jī)計(jì)算水位增加的速度及加速度，再根據(jù)攝像頭判斷隧道內(nèi)車輛的通行狀況，綜合進(jìn)行隧道能否通行的警示;并且當(dāng)隧道內(nèi)水位過高時(shí)，通過單片機(jī)播放語(yǔ)音，提醒隧道內(nèi)的司機(jī)離開車輛。

2? ? 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

2.1? ? 液位數(shù)據(jù)采集

圖2所示為數(shù)據(jù)采集及聲光報(bào)警電路，液位傳感裝置采用SCCS型超聲波液位計(jì)，將獲得的液位數(shù)據(jù)通過液位計(jì)自帶的RS485接口傳送至RS487通信芯片MAX487。MAX487與單片機(jī)的串口連接，將液位數(shù)據(jù)送入單片機(jī)。MAX487芯片A、B兩腳用于接收液位計(jì)的數(shù)據(jù);RO、DI引腳分別與單片機(jī)P30、P31引腳相連，將數(shù)據(jù)傳入單片機(jī);RE與DE引腳分別為接收與輸出信號(hào)引腳，與單片機(jī)P37引腳相連。

2.2? ? 隧道內(nèi)停車信息采集

如圖2所示，攝像頭采用海康威視違章停車取證球型攝像機(jī)iDS-2VS325-F836系列，包含開關(guān)量的報(bào)警輸出，可以檢測(cè)到隧道內(nèi)出現(xiàn)停車的情況。將隧道內(nèi)停車的信息接入單片機(jī)。

2.3? ? 聲光報(bào)警電路

如圖2所示，聲光報(bào)警器采用旋轉(zhuǎn)爆閃警報(bào)燈JR-SG01，當(dāng)發(fā)生報(bào)警的條件觸發(fā)后，在隧道口和隧道內(nèi)部進(jìn)行聲光報(bào)警。報(bào)警的語(yǔ)音信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)定制，分多條語(yǔ)音信息分別觸發(fā)。

3? ? 報(bào)警邏輯

一般而言，積水超過27 cm時(shí)會(huì)封路，也就是說(shuō)，積水超過27 cm，進(jìn)氣管負(fù)壓就容易把水吸進(jìn)進(jìn)氣口，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。但由于汽車通過隧道需要時(shí)間，在積水水位升高的情況下，可能導(dǎo)致汽車在進(jìn)隧道前水位低于27 cm，而行駛在隧道中時(shí)，水位超過27 cm;所以需要警示的水位就與汽車通過隧道的時(shí)間（隧道長(zhǎng)度與汽車速度的比值）、水位升高的速度及加速度相關(guān)。其中，加速度即水位升高速度的變化，受降水量與地形條件的影響，當(dāng)?shù)孛娣e水較多，降雨量沒有特別大的變化時(shí)，則主要受地形條件的影響，即可認(rèn)為加速度基本保持一致。

可得到需要警示的水位L1為：

式中：V1為隧道內(nèi)車輛運(yùn)行速度，由于積水時(shí)車輛運(yùn)行速度較低，為安全起見，一般可取10 km/h;V2為水位升高的速度;L2為隧道長(zhǎng)度;a為水位升高的加速度，由于加速度會(huì)影響水位升高的速度，所以此處將加速度單獨(dú)作為一個(gè)運(yùn)算部分。

當(dāng)隧道水位超過警示水位的一半，且攝像頭檢測(cè)到內(nèi)部有停止的汽車時(shí)，顯示器直接顯示禁止通行信息，防止汽車因無(wú)法前進(jìn)困在隧道內(nèi)。

當(dāng)隧道內(nèi)水位過高時(shí)，通過單片機(jī)播放語(yǔ)音，提醒隧道內(nèi)的司機(jī)離開車輛。一般而言，當(dāng)水位超過70 cm后建議棄車，因?yàn)榇藭r(shí)車輛很難正常前行，且積水繼續(xù)加深后車門將很難打開。

綜上所述，報(bào)警邏輯可總結(jié)如下：

（1）當(dāng)前水位≤1/2警示值，且攝像頭監(jiān)控到隧道內(nèi)無(wú)擁堵時(shí)不進(jìn)行警示，提醒隧道外車主通過。

（2）當(dāng)1/2警示值<當(dāng)前水位≤警示值，且攝像頭監(jiān)控到隧道內(nèi)有擁堵時(shí)，顯示器顯示隧道內(nèi)擁堵，提醒隧道外車主禁止通過。

（3）警示值<當(dāng)前水位≤70 cm時(shí)，顯示器顯示當(dāng)前水位，并提醒隧道外車主禁止通行。

（4）當(dāng)前水位≥70 cm，且攝像頭監(jiān)控到隧道內(nèi)有擁堵時(shí)，顯示器顯示當(dāng)前水位，提醒隧道外車主禁止通行，并語(yǔ)音提醒隧道內(nèi)車主下車。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

本文提出了基于51單片機(jī)的隧道積水報(bào)警系統(tǒng)，通過超聲波液位計(jì)、攝像頭檢測(cè)液位及隧道內(nèi)是否有停車的信息，將信息傳給單片機(jī)，然后通過單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，分情況進(jìn)行隧道內(nèi)外的報(bào)警。制造樣機(jī)并進(jìn)行測(cè)試，在各報(bào)警條件下系統(tǒng)均能產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警信息，可以有效減少隧道積水時(shí)的人員傷亡。

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收稿日期：2020-08-27

作者簡(jiǎn)介：高又春（1984—），男，湖北監(jiān)利人，碩士研究生，講師，從事物聯(lián)網(wǎng)研究工作。