[发明专利]一种压电自发电的车速与车距智能监测系统及方法

权利要求书

1.一种压电自发电的车速与车距智能监测系统，其特征在于：包括车速与车距智能监测单元和为车速与车距智能监测单元供电的压电自发电单元，所述车速与车距智能监测单元包括横向间隔排列铺设在道路（8）路面下且用于将行车荷载转化为电信号的前压电带（1）和后压电带（2），以及用于对前压电带（1）和后压电带（2）输出的电信号进行分析处理得出前车与后车之间的车距的智能控制器（4），所述前压电带（1）由多个排列成带状的前压力传感器（1-1）构成，所述后压电带（2）由多个排列成带状的后压力传感器（2-1）构成，所述智能控制器（4）由依次相接的放大电路模块（4-1）、滤波电路模块（4-2）、迟滞比较器电路模块（4-3）和微处理器模块（4-4）构成，所述微处理器模块（4-4）的输出端接有设置在道路（8）旁侧且用于显示车速和车距的数显警示牌（5），多个所述前压力传感器（1-1）和多个所述后压力传感器（2-1）均与所述放大电路模块（4-1）相接；所述压电自发电单元包括铺设在道路（8）两侧车轮轨迹带处的道路（8）路面下且用于将汽车（9）行驶过程中产生的机械振动转换成交流电信号的多个压电换能器（3），用于将压电换能器（3）输出的交流电信号转换成平滑的直流电信号的整流滤波电路（7）和与整流滤波电路（7）相接且用于存储电能并为车速与车距智能监测单元中各用电模块供电的蓄电池（6），多个所述压电换能器（3）相互并联后与整流滤波电路（7）相接。

2.按照权利要求1所述的一种压电自发电的车速与车距智能监测系统，其特征在于：所述前压力传感器（1-1）和后压力传感器（2-1）均为压电式压力传感器。

3.按照权利要求1所述的一种压电自发电的车速与车距智能监测系统，其特征在于：所述前压电带（1）和后压电带（2）之间的间距为8m～12m。

4.按照权利要求1所述的一种压电自发电的车速与车距智能监测系统，其特征在于：所述微处理器模块（4-4）为单片机。

5.按照权利要求1所述的一种压电自发电的车速与车距智能监测系统，其特征在于：所述数显警示牌（5）为LED显示屏或LCD显示屏。

6.按照权利要求1或5所述的一种压电自发电的车速与车距智能监测系统，其特征在于：所述数显警示牌（5）悬挂设置在与所述后压电带（2）的距离为40m～60m的位置处。

7.按照权利要求1所述的一种压电自发电的车速与车距智能监测系统，其特征在于：所述压电换能器（3）包括间隔设置的上钢片（3-1）和下钢片（3-2），以及通过导电胶均匀粘结在上钢片（3-1）与下钢片（3-2）之间的多片压电陶瓷片（3-3），多片所述压电陶瓷片（3-3）之间留有一定空隙且所述空隙里填装有环氧树脂（3-4），所述上钢片（3-1）上连接有第一导线（3-5），所述下钢片（3-2）上连接有第二导线（3-6）。

8.按照权利要求5所述的一种压电自发电的车速与车距智能监测系统，其特征在于：所述压电陶瓷片（3-3）的形状为圆饼状。

9.按照权利要求1所述的一种压电自发电的车速与车距智能监测系统，其特征在于：所述整流滤波电路（7）由电源稳压芯片7805，第一两脚接插件J1，第二两脚接插件J2，整流二极管D1、D2、D3和D4，发光二极管D5，电阻R1，极性电容C1和C2，以及无极性电容C3组成；所述电源稳压芯片7805的引脚1与整流二极管D1的正极、整流二极管D2的正极和极性电容C1的正极相接，所述整流二极管D1的负极与第一两脚接插件J1的引脚1和整流二极管D3的正极相接，所述整流二极管D2的负极与第一两脚接插件J1的引脚2和整流二极管D4的正极相接，所述电源稳压芯片7805的引脚3与极性电容C2的正极、无极性电容C3的一端、发光二极管D5的正极和第二两脚接插件J2的引脚2相接，所述发光二极管D5的负极与电阻R1的一端相接，所述整流二极管D3的负极、整流二极管D4的负极、极性电容C1的负极、电源稳压芯片7805的引脚2、极性电容C2的负极、无极性电容C3的另一端、电阻R1的另一端和第二两脚接插件J2的引脚1均接地；所述第一两脚接插件J1的引脚1和引脚2分别与多个相互并联后的压电换能器（3）的两个信号输出端相接，所述第二两脚接插件J2的引脚1和引脚2分别与蓄电池（6）的负极和正极相接。

10.一种利用如权利要求1所述系统的压电自发电的车速与车距智能监测方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、压电自发电及电能的存储与供给：当汽车（9）行驶过铺设有压电换能器（3）的道路（8）时，所述压电换能器（3）将汽车（9）行驶过程中产生的机械振动转换成交流电信号并输出给整流滤波电路（7），所述整流滤波电路（7）对压电换能器（3）输出的交流电信号进行整流滤波处理，将交流电信号转换成平滑的直流电信号并输出给蓄电池（6）进行存储；蓄电池（6）开始给前压电带（1）中的各个前压力传感器（1-1）、后压电带（2）中的各个后压力传感器（2-1）、放大电路模块（4-1）、滤波电路模块（4-2）、迟滞比较器电路模块（4-3）、微处理器模块（4-4）和数显警示牌（5）供电，车速与车距智能监测单元开始进入工作状态；

步骤二、信号实时采集和处理：多个所述前压力传感器（1-1）实时检测经过前压电带（1）的汽车（9）对前压电带（1）的压力信号并将所检测到的信号依次经过放大电路模块（4-1）和滤波电路模块（4-2）进行放大和滤波处理后输出给迟滞比较器电路模块（4-3），迟滞比较器电路模块（4-3）将前压力传感器（1-1）检测到的压力信号与通过微处理器模块（4-4）输出给其的基准信号相比较，当前压力传感器（1-1）检测到的压力信号大于基准信号时，迟滞比较器电路模块（4-3）输出一个高电平给微处理器模块（4-4），微处理器模块（4-4）接收到迟滞比较器电路模块（4-3）输出的高电平时，就判断为有汽车（9）行驶过前压电带（1）并记录下汽车（9）后轮行驶过前压电带（1）的时刻，重复以上过程，微处理器模块（4-4）记录下多辆汽车（9）后轮分别行驶过前压电带（1）的时刻t_A1、t_A2、…t_An;

多个所述后压力传感器（2-1）实时检测经过后压电带（2）的汽车（9）对后压电带（2）的压力信号并将所检测到的信号依次经过放大电路模块（4-1）和滤波电路模块（4-2）进行放大和滤波处理后输出给迟滞比较器电路模块（4-3），迟滞比较器电路模块（4-3）将后压力传感器（2-1）检测到的压力信号与通过微处理器模块（4-4）输出给其的基准信号相比较，当后压力传感器（2-1）检测到的压力信号大于基准信号时，迟滞比较器电路模块（4-3）输出一个高电平给微处理器模块（4-4），微处理器模块（4-4）接收到迟滞比较器电路模块（4-3）输出的高电平时，就判断为有汽车（9）行驶过后压电带（2）并记录下汽车（9）后轮行驶过后压电带（2）的时刻，重复以上过程，微处理器模块（4-4）记录下多辆汽车（9）后轮分别行驶过后压电带（2）的时刻t_B1、t_B2、…t_Bn;

其中，n为行驶过前压电带（1）和后压电带（2）的汽车（9）的数量且为自然数；

步骤三、车速信息处理与显示：所述微处理器模块（4-4）根据公式Δti=tBi-tAivi=SΔti]]>计算出第i辆汽车（9）的速度v_i，并将第i辆汽车（9）的速度v_i显示在数显警示牌（5）上；其中，Δt_i为第i辆汽车（9）后轮行驶过后压电带（2）的时刻t_Bi与第i辆汽车（9）后轮行驶过前压电带（1）的时刻t_Ai之间的时间差，S为所述前压电带（1）和后压电带（2）之间的间距，i的取值为1～n；

步骤四、车距信息处理与显示：所述微处理器模块（4-4）根据公式Δti-1=tBi-1-tAi-1vi-1=SΔti-1Si-1,i=vi-1(tAi-tAi-1)]]>计算出第i辆汽车（9）与第i-1辆汽车（9）之间的车距s_i-1，i，并将第i辆汽车（9）与第i-1辆汽车（9）之间的车距s_i-1，i显示在数显警示牌（5）上；其中，Δt_i-1为第i-1辆汽车（9）后轮行驶过后压电带（2）的时刻t_Bi-1与第i-1辆汽车（9）后轮行驶过前压电带（1）的时刻t_Ai-1之间的时间差，v_i-1为第i-1辆汽车（9）的速度，t_Ai为第i辆汽车（9）后轮行驶过前压电带（1）的时刻。