一種具有照明功能自行車安全監測報警系統及控制方法與流程
2024-04-03 20:14:05
技術領域
本發明涉及測速技術領域，具體地，涉及一種具有照明功能自行車安全監測報警系統及控制方法。
背景技術：
隨著人們生活水平的逐漸提高，人們對於生活質量的要求也日益增加，目前，自行車越來越受人們喜歡，不僅因為它環保節能，在交通擁擠的現今，使其更加方便，同時也是健身鍛鍊的好方法，將單片機應用到自行車上，使其更加智能化，也成為研究的一種方向。當人們利用自行車作為交通工具的時候，就需要知道自己的行駛速度，報警裝置來提醒自己注意安全，同時在夜間的時候自動開啟警示燈來提醒周圍車輛，減少事故發生；當利用自行車作為運動工具的時候，就更需要測速裝置來顯示其速度，需要時間來顯示自己運動了多久，行駛了多遠，利用溫度檢測了解周圍環境溫度怎麼樣，適不適合運動。 測速技術在國內外應用非常廣泛，也相當成熟，方法也很多，比如超聲波測速，紅外測速，雷射測速等等高科技的測速技術，同時應用到了各個領域，其中交通領域更為廣泛，可是對於自行車這種非機動車輛來說，也由於它本身速度不是很快的原因，將測速應用到自行車上還不夠廣泛，而作為環保節能鍛鍊於一身的交通工具來說，在人們日常生活中佔據著很重要的作用，這也就增加了它危險性，更需要讓其更智能化，在這方面不管是國內外來說都還不夠重視。 因此，自行車不管是作為交通工具或者健身運動，都需要對其進一步的完善，讓它更智能化，作為交通工具使其更加安全，作為健身運動使其多功能化，方便人們的生活。
近年來屢屢出現公路自行車飆車現象，導致連環撞的車禍事件屢屢發生，然而卻沒有提出相應的自行車車速監督措施，存在著相當大的安全隱患。
在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術中至少存在缺乏自行車的監督手段，導致自行車違法交通規則，車禍發生機率明顯增大的缺陷。
技術實現要素：
本發明的目的在於，針對上述問題，提出一種具有照明功能自行車安全監測系統及控制方法，以完善交通中對自行車的車速監控，並根據自行車超速的集中時段和地點，制定相應的計劃，降低交通中的安全隱患。
為實現上述目的，本發明採用的技術方案是：一種具有照明功能自行車安全監測報警系統及方法，主要包括：控制單元、測速單元、照明單元、重量感應單元、物聯網通訊模塊、GPS定位模塊、GSM模塊、能量轉換模塊、伺服器和客戶端，所述測速單元、GSM模塊、重量感應單元、物聯網通訊模塊和GPS定位模塊分別與控制單元連接，所述重量感應單元感應重量信號、所述照明單元包括光線採集電路和照明LED，光線採集電路採集周圍環境光線，控制器根據光線強弱控制照明LED的亮滅，所述測速單元包括至少一個永久磁鐵、開關型霍爾元件傳感器電路，所述永久磁鐵安裝於輪圈上，開關型霍爾元件傳感器電路採集脈衝信號，控制器根據脈衝信號進行計數，並計算出相應的速度，所述物聯網通訊模塊與伺服器進行通訊，所述伺服器與客戶端進行通訊，所述GPS模塊用於定位自行車位置信息， GSM模塊將以簡訊的方式將實時速度發送至具有GSM收發模塊的手機，所述能量轉換模塊包括整流濾波電路和儲能電池，能量轉換模塊將機械能轉換到電能後，通過整流濾波電路將交流電變為直流電，向儲能電池供電，儲能電池分別向控制單元、測速單元、照明單元、重量感應單元、物聯網通訊模塊、GPS定位模塊和GSM模塊供電。
進一步地，還包括液晶顯示模塊，用於顯示車輛速度。
進一步地，基於自行車監測系統的的控制方法，包括以下步驟：
A．重量感應單元感應車載重量，並將重量信號發送至控制器；
B.控制器根據預先設置的重量-速度對應表，查找車載重量對應的最大車速值；
C. 測速單元測量自行車車速，並通過控制器將車速值和定位信息經物聯網通訊模塊發送至伺服器，伺服器對車速值進行數據處理，同時判斷自行車車速是否超過車載重量對應的最大速度值，如果超過，則通過GSM模塊發送至具有GSM收發模塊的手機，否則不發送；
D.客戶端從伺服器獲取處理後的數據。
進一步地，步驟C中，伺服器對車速值的進行數據處理包括，按照同時段和同一地理位置信息對自行車輛信息進行分類，對分類後的自行車輛的車速值按從大到小進行排序，並統計超出設定速度大小的車輛數目。
進一步地，步驟C還包括，客戶端獲取處理後的數據後，根據不同的交通位置和超速的範圍，通過網際網路查找相應的自行車管理措施和建議，並進行下載，提示相關工作人員採取相應的限速措施。
進一步地，所述步驟B還包括，採集周圍環境的光線強弱，如果光照強度低於設定值，則點亮LED燈，如果光照強度大於設定值，則不點亮LED燈。
本發明各實施例的，由於主要包括：控制單元、測速單元、照明單元、重量感應單元、物聯網通訊模塊、GPS定位模塊、GSM模塊、伺服器和客戶端，所述測速單元、GSM模塊、發送簡訊確認按鍵、重量感應單元、物聯網通訊模塊和GPS定位模塊分別與控制單元連接，所述重量感應單元感應重量信號、所述照明單元包括光線採集電路和照明LED，光線採集電路採集周圍環境光線，控制器根據光線強弱控制照明LED的亮滅，所述測速單元包括至少一個永久磁鐵、開關型霍爾元件傳感器電路，所述永久磁鐵安裝於輪圈上，開關型霍爾元件傳感器電路採集脈衝信號，控制器根據脈衝信號進行計數，並計算出相應的速度，所述物聯網通訊模塊與伺服器進行通訊，所述伺服器與客戶端進行通訊，所述GPS模塊用於定位自行車位置信息， GSM模塊將以簡訊的方式將實時速度發送至具有GSM收發模塊的手機；從而可以克服現有技術中缺乏自行車的監督手段，導致自行車違法交通規則，車禍發生機率明顯增大的缺陷，完善交通中對自行車的車速監控，並根據自行車超速的集中時段和地點，制定相應的計劃，降低交通中的安全隱患，克服自行車騎行速度沒有限制或自行車車速最高限制設置不合理，導致危險事故頻繁發生的缺陷，降低了由於光線暗導致自行車車禍發生概率，同時實現了騎行者可以隨時獲取自己騎車速度，從而可以採取相應的減速措施來避免安全隱患。
本發明的其它特徵和優點將在隨後的說明書中闡述，並且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。
下面通過實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
具體實施方式
以下對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用於說明和解釋本發明，並不用於限定本發明。
具體地，一種具有照明功能自行車安全監測報警系統及控制方法，主要包括：
控制單元、測速單元、照明單元、重量感應單元、物聯網通訊模塊、GPS定位模塊、GSM模塊、伺服器和客戶端，所述測速單元、GSM模塊、重量感應單元、能量轉換模塊、物聯網通訊模塊和GPS定位模塊分別與控制單元連接，所述重量感應單元感應重量信號、所述照明單元包括光線採集電路和照明LED，光線採集電路採集周圍環境光線，控制器根據光線強弱控制照明LED的亮滅，所述測速單元包括至少一個永久磁鐵、開關型霍爾元件傳感器電路，所述永久磁鐵安裝於輪圈上，開關型霍爾元件傳感器電路採集脈衝信號，控制器根據脈衝信號進行計數，並計算出相應的速度，所述物聯網通訊模塊與伺服器進行通訊，所述伺服器與客戶端進行通訊，所述GPS模塊用於定位自行車位置信息， GSM模塊將以簡訊的方式將實時速度發送至具有GSM收發模塊的手機，所述能量轉換模塊包括整流濾波電路和儲能電池，能量轉換模塊將機械能轉換到電能後，通過整流濾波電路將交流電變為直流電，向儲能電池供電，儲能電池分別向控制單元、測速單元、照明單元、重量感應單元、物聯網通訊模塊、GPS定位模塊和GSM模塊供電。
進一步地，還包括液晶顯示模塊，用於顯示車輛速度。
進一步地，基於自行車監測系統的控制方法，包括以下步驟：
A．重量感應單元感應車載重量，並將重量信號發送至控制器；
B.控制器根據預先設置的重量-速度對應表，查找車載重量對應的最大車速值；
C. 測速單元測量自行車車速，並通過控制器將車速值和定位信息經物聯網通訊模塊發送至伺服器，伺服器對車速值進行數據處理，同時判斷自行車車速是否超過車載重量對應的最大速度值，如果超過，則通過GSM模塊發送至具有GSM收發模塊的手機，否則不發送；
D.客戶端從伺服器獲取處理後的數據。
步驟B中，伺服器對車速值的進行數據處理包括，按照同時段和同一地理位置信息對自行車輛信息進行分類，對分類後的自行車輛的車速值按從大到小進行排序，並統計超出設定速度大小的車輛數目，所述步驟B還包括，採集周圍環境的光線強弱，如果光照強度低於設定值，則點亮LED燈，如果光照強度大於設定值，則不點亮LED燈。
步驟C還包括，客戶端獲取處理後的數據後，根據不同的交通位置和超速的範圍，通過網際網路查找相應的自行車管理措施和建議，並進行下載，提示相關工作人員採取相應的限速措施。
假定輪圈的周長為L，在輪圈上安裝m個永久磁鐵，則測得的裡程值最大誤差為L/m。經綜合分析，本設計中取m=2。當輪子每轉一圈，通過開關型霍爾元件傳感器採集到一個脈衝信號，並從引腳P3.2中斷0端輸入，傳感器每獲取一個脈衝信號即對系統提供一次計數中斷。每次中斷代表車輪轉動半圈，中斷數n和輪圈的周長L的乘積再乘以m為裡程值。定時器T0定時1s就可以計算出即時速度v。當霍爾器件具有許多優點，它們的結構牢固、體積小、重量輕、壽命長、安裝方便、功耗小、頻率高（可達1MHz）、耐震動、不怕灰塵、油汙、水汽及煙霧等的汙染或腐蝕。霍爾線性器件的精度高、線性度好；霍爾開關器件無觸點、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回跳、位置重複精度高。取用各種補償和保護措施的霍爾器件工作溫度範圍寬，可達－55℃～150℃。按照霍爾器件的功能可將它們分為：霍爾線性器件和霍爾開關器件，前者輸出模擬量，後者輸出數字量。 按被檢測對象的性質可將它們的應用分為：直接應用和間接應用。前者是直接檢測出受檢測對象本身的磁場或磁特性，後者是檢測受檢對象上人為設置的磁場，用這個磁場來作被檢測的信息的載體。通過它，將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉數、轉速以及工作狀態發生變化的時間等，轉變成電量來進行檢測和控制。
A44E集成霍爾開關由穩壓器A、霍爾電勢發生器(即矽霍爾片)B、差分放大器 C、密特觸發器D和OC門輸出E五個基本部分組成，在電源端加電壓Vcc，經穩壓器穩壓後加在霍爾電勢發生器的兩端，根據霍爾效應原理，當霍爾片處在磁場中時，在垂直於磁場的方向通以電流，則與這二者相垂直的方向上將會產生霍爾電勢差VH輸出，VH信號經放大器放大後送至施密特觸發器整形，使其成為方波輸送到OC門輸出。施加的磁場達到工作點時，觸發器輸出高電壓(相對於地電位)，使三極體導通，此時OC門輸出端輸出低電壓，通常稱這種狀態為開。當施加的磁場達到釋放點時，觸發器輸出低電壓，三極體截止，使OC門輸出高電壓，這種狀態為關。這樣兩次電壓變換，使霍爾開關完成了一次開關動作。工作點與釋放點的差值一定，此差值稱為磁滯，在此差值內，V0保持不變，因而使開關輸出穩定可靠，這也就是集電成霍爾開關傳
感器優良特性之一。傳感器主要特性是它的輸出特性，即輸入磁感應強度B與輸出電壓V0之間的關係。
經研究統計發現，自行車車禍事故，經常是在周圍光線很暗的情況下發生的，因此設置自動照明模塊，使得光線變暗的情況下，為騎行者提供強有力的照明，避免危險事故的發生。
設置能量轉換電路，節約資源。
設置GSM模塊，當超過最大車速時，將自行車車速發送至騎行者的手機存儲，提示騎行者減速，同時方便騎行者隨時想要了解自己的騎行速度，判斷自己是否超速，採取相應的減速措施，同時手機存儲接收的速度數據作為自己體力指數的判斷依據，其次，使用GSM模塊，客戶端可以準確實時的接收提示簡訊，基本不會受到像其他通訊方式導致的由於信號弱而接收不到信息的缺陷。
設置重量感應模塊，並對控制器（單片機）預置重量-最高車速對應表，（所述重量-最高車速對應表是根據無數次實驗得出合理的對應），排除了由於車載重量的不同，慣性不同，設置同樣的最高速度，歸一化的方式增加危險事故的發生的概率。
通過利用物聯網通訊模塊將自行車車輛行駛信息發送至當地伺服器，並對信息進行處理，當地車輛管控人員根據違章地址和違章車輛超速的範圍進行相應的管制，從而克服交通中存在的安全隱患。
設置定位模塊為了統計自行車集中超速的地點，能夠使得工作人員快速高效的對集中超速的地理位置採取相應的措施。
客戶端還可以根據自行車車速信息，通過網際網路搜索解決建議，減輕了工作人員的工作負擔。
至少可以達到以下有益效果：克服現有技術中缺乏自行車的監督手段，導致自行車違法交通規則，車禍發生機率明顯增大的缺陷，完善交通中對自行車的車速監控，並根據自行車超速的集中時段和地點，制定相應的計劃，降低交通中的安全隱患，克服自行車騎行速度沒有限制或自行車車速最高限制設置不合理，導致危險事故頻繁發生的缺陷，降低了由於光線暗導致自行車車禍發生概率，同時實現了騎行者可以隨時獲取自己騎車速度，從而可以採取相應的減速措施來避免安全隱患。
最後應說明的是：以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，對於本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。