基于车辆限重检测的多功能路障装置及其检测方法.pdf

本发明公开一种基于车辆限重检测的多功能路障装置及其检测方法，包括底板，横梁，所述横梁将底板分为检测区和通行区，位于检测区的底板上并排设有数个检测单元，所述通行区的底板上设有2个电机，电机的主轴上各安装有一挡板，所述挡板的另一侧均通过转轴与横梁相连，通过电机主轴的转动带动挡板随着横梁上的转轴转动；所述智能路障装置进一步包括一控制单元，控制单元包括单片机，以及与单片机相连的A/D转换器、电机驱动模块、报警模块和显示模块，本发明通过检测单元、控制单元和挡板的配合，自动完成车辆重量的检测、阻拦和放行，整个过程无需人工干预，具有功能多样、操作方便，效率高、具有定位精确、电机使用寿命长等特点。

权利要求书
1.  基于车辆限重检测的多功能路障装置，其特征在于：包括底板，设置在底板中间部位的横梁，所述横梁将底板分为检测区和通行区，其中位于检测区的底板上并排设有数个检测单元，所述检测单元包括固定安装在底板上的传感器固定座，压力传感器一端安装在传感器固定座上，另一端悬空设置，形成悬空端，压力传感器的悬空端上表面上设有垫块，压板通过固定螺钉安装在各个检测单元的垫块上方，压力传感器的检测头上设有感应片，用于检测悬空端因为垫块压力作用产生的形变，进而检测到车辆的重量；所述通行区的底板上设有2个电机，电机的主轴上各安装有一挡板，所述挡板的另一侧均通过转轴与横梁相连，通过电机主轴的转动带动挡板随着横梁上的转轴转动；所述电机通过电机支座固定安装在底板上，盖板固定安装在电机上方；所述智能路障装置进一步包括一控制单元，所述控制单元包括单片机，以及与单片机相连的A/D转换器、电机驱动模块、报警模块和显示模块，压力传感器通过A/D转换器与单片机相连，电机通过电机驱动模块与单片机相连。

2.  如权利要求1所述的基于车辆限重检测的多功能路障装置，其特征在于：所述挡板包括与横梁转轴相连的连接端，以及与连接端垂直设置的挡板主体，所述挡板主体包括用于阻挡车辆通过的阻挡端，以及用于防止挡板过度旋转的限位端。

3.  如权利要求2所述的基于车辆限重检测的多功能路障装置，其特征在于：所述横梁上设有水平挡条，所述水平挡条位于横梁中间；所述横梁上进一步设有垂直挡条。

4.  如权利要求1所述的基于车辆限重检测的多功能路障装置，其特征在于：相邻2个检测单元的间距为0.8～1.8米。

5.  如权利要求1所述的基于车辆限重检测的多功能路障装置，其特征在于：所述压板、横梁，盖板、挡板的上表面均位于同一水平面上。

6.  如权利要求1所述的基于车辆限重检测的多功能路障装置，其特征在于：所述压板和盖板上设有太阳能电池组件，为检测单元、电机和控制单元供电。

7.  如权利要求1所述的基于车辆限重检测的多功能路障装置，其特征在于：所述单片机采用型号为STC12C5A60S2的单片机。

8.  如权利要求1所述的基于车辆限重检测的多功能路障装置，其特征在于：所述A/D转换器采用型号为HX711的A/D转换器芯片；所述电机驱动模块采用型号为ULN2803的驱动芯片。

9.  如权利要求1所述的基于车辆限重检测的多功能路障装置，其特征在于： 所述报警模块包括扬声器和声光报警器，所述显示模块采用LED显示器。

10.  基于车辆限重检测的多功能路障装置检测方法，其特征在于包括如下步骤：
1）当车辆行驶到检测区的压板上时，由于汽车的自重，压板会往下移动，垫块也随之往下移动，在垫块往下的作用下，压力传感器悬空端产生变形，感应片将变形量发送给A/D转换器，转化成电信号，然后发送给单片机；
2）单片机将接收到的数据与预设值比较，当车辆重量超过设定值，单片机通过电机驱动模块驱动两个电机分别转动，使得2个挡板分别转动90度，竖立在道路中央，使超重车辆无法通过，同时报警模块读出车辆重量，并发出报警信号，显示模块显示出车辆重量；反之，当单片机接收的传感器信号在该路障设定的容许范围之内时，单片机不驱动电机即挡板不转动，车辆经过横梁和盖板后顺利通过，此时，报警模块只读出车辆重量，不发出报警信号，显示模块显示出车辆重量； 
3）当超重车辆被挡板挡住而自行退出压板后，压板上升回复到原始状态，压力传感器将此时的感应信号再次发送给控制单元，单片机通过电机驱动模块驱动两个电机反正，进而将2个挡板恢复到初始位置。

说明书基于车辆限重检测的多功能路障装置及其检测方法
技术领域
本发明涉及一种基于车辆限重检测的多功能路障装置及其检测方法。
背景技术
目前，国内关于道路通行的限制主要为限高或者限宽两种基本方式，而影响道路使用寿命的真正原因在于道路所承受重量的多少，而重量还是影响其他交通事故的主要原因之一。公开号为102061672A的发明专利公开了一种基于车辆自重的限重智能路障装置，其主要存在以下不足：1、纯机械式结构一旦结构确定，安装到位后，不能再根据道路的实际情况再来对限重车辆的重量值进行修改；2、纯机械式结构存在误差大，灵敏度不够；3、纯机械式结构压板下方结构每通过一辆车辆都会往复运动一次，容易产生磨损而影响其实用寿命和精度。
此外，公开号为 102587306A的发明专利也公开了一种用于车辆限重的智能路障装置，其主要存在以下不足：1、测重装置采用压缩弹簧使其产生形变，再通过限位开关来判断其通电情况，安装到位后，不能再根据道路的实际情况再来对限重车辆的重量值进行修改；2、整个机构采用单电机提供动力源，再有一套连杆机构使两个挡板同时升起或下降，对连杆机构的尺寸要求比较严格，很难做到同时升降。由于精度要求高，故在机构运行过程中存在磨损等现象，势必会影响整个机构的可靠性和实用寿命。
有鉴于此，本发明人对此进行研究，专门开发出一种基于车辆限重检测的多功能路障装置及其检测方法，本案由此产生。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于车辆限重检测的多功能路障装置及其检测方法，具有车辆自重检测精确、操作方便、检测效率高、使用寿命长、功能齐全等特点。
为了实现上述目的，本发明的解决方案是：
基于车辆限重检测的多功能路障装置，包括底板，设置在底板中间部位的横梁，所述横梁将底板分为检测区和通行区，其中位于检测区的底板上并排设有数个检测单元，所述检测单元包括固定安装在底板上的传感器固定座，压力传感器一端安装在传感器固定座上，另一端悬空设置，形成悬空端，压力传感器的悬空端上表面上设有垫块，压板通过固定螺钉安装在各个检测单元的垫块上方，压力传感器的检测头上设有感应片，用于检测悬空端因为垫块压力作用产生的形变，进而检测到车辆的重量；所述通行区的底板上设有2个电机，电机的主轴上各安装有一挡板，所述挡板的另一侧均通过转轴与横梁相连，通过电机主轴的转动带动挡板随着横梁上的转轴转动；所述电机通过电机支座固定安装在底板上，盖板固定安装在电机上方；所述智能路障装置进一步包括一控制单元，所述控制单元包括单片机，以及与单片机相连的A/D转换器、电机驱动模块、报警模块和显示模块，所述压力传感器通过A/D转换器与单片机相连，所述电机通过电机驱动模块与单片机相连。
作为优选，所述挡板包括与横梁转轴相连的连接端，以及与连接端垂直设置的挡板主体，所述挡板主体包括用于阻挡车辆通过的阻挡端，以及用于防止挡板过度旋转的限位端。
作为优选，所述横梁上进一步设有水平挡条，所述水平挡条位于横梁中间，当挡板水平放置时，用于承受挡板传递的压力，防止损坏电机主轴。
作为优选，所述横梁上进一步设有垂直挡条，防止挡板垂直向升起时转动超过90度。
作为优选，相邻2个检测单元的间距为0.8～1.8米。
作为优选，所述压板、横梁，盖板、挡板的上表面均位于同一水平面上。
作为优选，所述压板和盖板上设有太阳能电池组件，为检测单元、电机和控制单元供电。
作为优选，所述单片机采用型号为STC12C5A60S2的单片机。
作为优选，所述A/D转换器采用型号为HX711的A/D转换器芯片。
作为优选，所述电机驱动模块采用型号为ULN2803的驱动芯片。
作为优选，所述报警模块包括扬声器和声光报警器，通过扬声器读出车辆的重量，当超重时，同时通过声光报警器发出报警信号，提示工作人员和司机。
作为优选，所述显示模块采用LED显示器，用于显示车辆重量、超重、通过等指令信息。
上述基于车辆限重检测的多功能路障装置检测方法，包括如下步骤：
1）  当车辆行驶到检测区的压板上时，由于汽车的自重，压板会往下移动，垫块也随之往下移动，在垫块往下的作用下，压力传感器悬空端产生变形，感应片将变形量发送给A/D转换器，转化成电信号，然后发送给单片机；
2）  单片机将接收到的数据与预设值比较，当车辆重量超过设定值（即压板产生较大的垂直向位移时），单片机通过电机驱动模块驱动两个电机分别转动，使得2个挡板分别转动90度，竖立在道路中央，使超重车辆无法通过，同时报警模块读出车辆重量，并发出报警信号，显示模块显示出车辆重量；反之，当单片机接收的传感器信号在该路障设定的容许范围之内时，单片机不驱动电机即挡板不转动，车辆经过横梁和盖板后顺利通过，此时，报警模块只读出车辆重量，不发出报警信号，显示模块显示出车辆重量；
3） 当超重车辆被挡板挡住而自行退出压板后，压板上升回复到原始状态，压力传感器将此时的感应信号再次发送给控制单元，单片机通过电机驱动模块驱动两个电机反正，进而将2个挡板恢复到初始位置（与地面齐平状态）。
通过在某些有限重要求的公路上设置上述结构的智能路障装置，使满足限重要求的车辆能通过，而超重的车里被阻挡在该限重路段之外，从而达到延长公路使用寿命和防止道路事故的发生的目的，本发明所述的基于车辆限重检测的多功能路障装置通过多个压力传感器的感应，可以精确测量到位于检测区车辆的重量；挡块通过水平挡条和垂直挡条的保护和限位，具有定位精确、电机使用寿命长等特点；通过报警模块和显示模块可以更加直观的显示出车辆是否超重，超重时能发出报警信号。所述的智能路障装置的检测方法通过检测单元、控制单元和挡板的配合，自动完成车辆重量的检测、阻拦和放行，整个过程无需人工干预，操作方便，效率高。
以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细描述。
附图说明
图1为本实施例的多功能路障装置立体结构图（档块未升起时）；
图2为图1的侧视图；
图3为本实施例的多功能路障装置立体结构图（档块升起时）；
图4为本实施例的横梁结构示意图；
图5为本实施例控制单元单片机电路原理图；
图6为本实施例控制单元A/D转换器原理图；
图7为本实施例控制单元电机驱动模块原理图。
具体实施方式
如图1-3所示，基于车辆限重检测的多功能路障装置，包括底板1，设置在底板1中间部位的横梁2，所述横梁2将底板分为检测区I和通行区II，其中位于检测区I的底板1上并排设有3个检测单元3，在本实施例中，相邻2个检测单元3的间距为1.5米，检测单元3的个数可以根据道路的宽度而定，道路越宽，需要的检测单元越多。所述检测单元3包括固定安装在底板1上的传感器固定座31，压力传感器32一端安装在传感器固定座31上，另一端悬空设置，形成悬空端，压力传感器32的悬空端上表面上设有垫块33，压板4通过固定螺钉5安装在各个检测单元3的垫块33上方，压力传感器32的检测头上设有感应片34，用于检测悬空端因为垫块33压力作用产生的形变，进而检测到车辆的重量；所述通行区I的底板1上设有2个电机6，电机6的主轴分别连接第一挡板7和第二挡板8，第一挡板7和第二挡板8的另一侧均与设置在横梁上的转轴12相连，通过电机6主轴的转动带动2个挡板随着转轴转动；所述电机6通过电机支座11固定安装在底板1上，盖板10固定安装在电机6上方；所述智能路障装置进一步包括一控制单元9，所述控制单元9包括单片机，以及与单片机相连的A/D转换器、电机驱动模块、报警模块和显示模块，压力传感器32通过A/D转换器与单片机相连，电机6通过电机驱动模块与单片机相连。本实施例的智能路障装置由外部供电，分别为检测单元3、电机6和控制单元9提供相应的电压，也可以在压板4和盖板10上设置太阳能电池组件，提供装置所述的电压。
在本实施例中，所述第一挡板7和第二挡板8结构相同，对称设置在横梁1上，以下以第一挡板7为例进行结构描述，第一挡板7包括与横梁转轴12相连的连接端71，以及与连接端71垂直设置的挡板主体，所述挡板主体包括用于阻挡车辆通过的阻挡端72，以及用于防止挡板过度旋转的限位端72。
如图4所示，所述横梁2上进一步设有水平挡条21，所述水平挡条21位于横梁2中间，所述横梁上进一步设有2个垂直挡条22；当第一挡板7和第二挡板8恢复到水平位置时，由第二挡板8先转至水平位置，第二挡板8阻挡端的下表面与水平挡条21上表面接触，然后第一挡板7转至水平放置，第一挡板7阻挡端72下表面与第二挡板8上表面相接触，当车辆通过时车辆的重量通过第一挡板7和第二挡板8传至水平挡条21上，由水平挡条21承受车辆的重力，而非作用在电机6的主轴上，防止电机6主轴被损坏。当第一挡板7和第二挡板8由水平位置向上转动90度角后，两挡板的限位端又恰好被垂直挡条22挡住，防止多转角度，超过90°。
为保证车辆平缓通过，所述压板4、横梁2，盖板10、第一挡板7上表面均位于同一水平面上。
如图5所示，所述单片机采用型号为STC12C5A60S2的单片机。STC12C5A60S2单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍，内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换，针对电机控制，适用于强干扰场合。
如图6所示，所述A/D转换器采用型号为HX711的A/D转换器芯片。感应片34设置在受力的力敏型弹性元件上, 当弹性元件受力产生变形时, 感应片34产生相应的应变, 转化成电阻变化，将应变片接成如图6所示的电桥，通过A/D转换器芯片将力引起的电阻变化转换为测量电路的电压变化,通过测量输出电压的数值, 再通过换算即可得到所测量物体的重量。
如图7所示，所述电机驱动模块采用型号为ULN2803的驱动芯片。
在本实施例中，所述报警模块包括扬声器和声光报警器，通过扬声器读出车辆的重量，当超重时，同时通过声光报警器发出报警信号，提示工作人员和司机。所述显示模块采用LED显示器，用于显示“车辆重量”、“超重”、“通过”等指令信息。
上述基于车辆限重检测的多功能路障装置检测方法，包括如下步骤：
1）当车辆行驶到检测区I的压板4上时，由于汽车的自重，会使压板4往下移动，由于压板4垫块33通过固定螺钉5联接，自然地使得垫块33也往下移动；在垫块33往下的作用下，压力传感器32悬空端产生变形，在压力传感器32中部容易变形的地方贴有感应片34，感应片34通过A/D转换器将变形量转化成电信号，再发送给单片机；
2）  单片机通过预先设定的阀值作出判断，当车辆重量超过设定值（即压板4产生较大的垂直向位移时），单片机9发出指令让两个电机6分别转动，使得第一挡板7和第二挡板8分别转动90度（第一挡板7逆时针转，第二挡板8顺时针转），竖立在道路中央，使得车辆无法通过，同时报警模块读出车辆重量，并发出报警信号，显示模块显示出车辆重量；；反之，当单片机接收的传感器信号在该路障设定的容许范围之内时，电机6不工作，即第一挡板7和第二挡板8不转动，车辆经过横梁2和盖板10后顺利通过，此时，报警模块只读出车辆重量，不发出报警信号，显示模块显示出车辆重量；
3） 当车辆被挡板挡住而无法通过退出压板4后，压板4上升恢复到原始状态，压力传感器32将此时的感应信号再次发送给控制单元9，单片机给电机发出指令，使两电机6反正，进而将2个挡板恢复到原来初始位置（第一挡板7上表面与地面齐平状态）。
上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。