一种多传感器融合的隧道施工倒车预警系统
阅读说明：本技术 一种多传感器融合的隧道施工倒车预警系统 (Tunnel construction early warning system that backs a car that multisensor fuses ) 是由 王思长 吕天乐 张苗苗 姜涵 刘益铄 彭国钊 刘亿文 于 2021-09-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种多传感器融合的隧道施工倒车预警系统；包括单片机,所述单片机上电性连接有处理模块,所述处理模块上电性连接有检测模块,所述单片机上电性连接有警示模块,所述单片机上电性连接有定速模块,所述定速模块上电性连接有动力模块,所述单片机上电性连接有驱动模块,所述驱动模块上电性连接有制动模块；本发明采用的多传感器融合的隧道施工倒车预警系统,同时警示驾驶员和施工人员,采用的倒车雷达及红外热感应传感器弥补了通过视觉传递信息系统的缺陷,采用声波及红外的方式检测自卸汽车周围情况,其检测效果及反应灵敏度均有所提高,进行自动制动,提高安全性能。(The invention discloses a multi-sensor fusion tunnel construction reversing early warning system; the system comprises a single chip microcomputer, wherein a processing module is electrically connected to the single chip microcomputer, a detection module is electrically connected to the processing module, a warning module is electrically connected to the single chip microcomputer, a constant speed module is electrically connected to the single chip microcomputer, a power module is electrically connected to the constant speed module, a driving module is electrically connected to the single chip microcomputer, and a braking module is electrically connected to the driving module; the tunnel construction reversing early warning system with the multi-sensor fusion warns drivers and constructors simultaneously, the reversing radar and the infrared thermal sensor make up for the defects of a visual information transmission system, the conditions around the dump truck are detected in a sound wave and infrared mode, the detection effect and the response sensitivity are improved, automatic braking is carried out, and the safety performance is improved.)
技术领域
本发明属于倒车预警技术领域，具体涉及一种多传感器融合的隧道施工倒车预警系统。
背景技术
自卸货车在隧道施工中占据了举足轻重的地位。隧道爆破开挖产生的岩石碎屑等杂物均由自卸货车运输，由于隧道断面尺寸较小造成工作面狭窄、光线昏暗，在进行碎石等材料运输时，自卸货车多采用倒车进入隧道至工作面，装车后运出隧道。
但是自卸货车在进入到隧道后，受到各种因素的影响，不够安全：
环境方面：由于隧道内光线昏暗、环境复杂，且爆破产生的粉尘使得能见度降低，同时机械施工产生的噪音分贝数极高。
货车方面：巨大的车身带来了远大于普通车辆的视觉盲区，驾驶员难以掌握车辆周围环境情况，且进入隧道后，复杂的工作环境使货车驾驶员后视能力变得更弱，最终导致施工隧道中的自卸货车在运输过程中的事故频发。
现有技术解决自卸车倒车安全的方案如下：
后视镜：
后视镜按安装位置可分为：
①内后视镜：不用太大的变换驾驶中向前的实视线即可确认后方情景的镜子；
②外后视镜：安装在车门上，可达到观察车身两侧情况的效果；
③下视镜：可以使司机在驾驶座上正前方的镜子内看到车辆前后轮以外的地方，可以使司机在倒车和启动前进时看到它前后轮及车身旁是否有人或障碍物，以免伤人、物或损害车辆。
可视化智能倒车影像系统
在汽车倒车过程中，司机的视野受到严重限制，安装在车尾的摄像头可以帮助司机消除倒车盲区视野的限制，因此，摄像头和计算机视觉技术被广泛用于汽车安全技术领域。可视化智能倒车影像系统采用摄像头获取车辆周围环境的画面，倒车时屏幕上显示车辆周围的实时画面并添加引导线，可以辅助驾驶员倒车时更好地掌握车后环境。
双目立体视觉图像系统
在计算机视觉研究中，立体视觉由于其精确的测量功能一直是车辆安全技术应用研究的热点。立体视觉通过计算安装在车身左右两个摄像机的视察来获得物体的三维特征，研究人员利用双目立体视觉技术来检测车辆距离，跟踪障碍物，控制倒车速度，甚至是应用在车辆巡航或导航方面。
超声波雷达系统
雷达由于能够很容易检测到障碍物而被广泛应用于车辆安全系统中。利用超声波传感器测量障碍物距离，并将雷达信号转换成含噪声的图像信号来处理，借鉴图像处理技术提高预警能力，有效避免发生倒车碰撞事故。
但是，现有的技术仍然存在有较大的问题：
(1)后视镜、可视化智能倒车影像系统、双目立体视觉图像系统
后视镜是现代车辆最常用的装置之一，但由于隧道内光线较昏暗,且由于爆破或开挖施工等隧道施工步骤产生大量粉尘，造成隧道内能见度低，可视距离的减小使后视镜、可视化智能倒车影像系统、双目立体视觉图像系统的作用无法得到有效的发挥，系统检测距离的降低使驾驶员可能没有足够的反应时间，具有一定的危险性。
(2)超声波雷达系统
超声波雷达系统通过超声波检测车辆与周围物体的距离，能够弥补隧道内光线昏暗造成的能见度的问题，但隧道施工采用多种机械联合作业的方式，这些大型机械产生的噪音远比正常环境下要大，过大的噪音极易影响超声波雷达的检测率，因检测的不准确同样会提高事故的发生率，为此我们提出一种多传感器融合的隧道施工倒车预警系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多传感器融合的隧道施工倒车预警系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种多传感器融合的隧道施工倒车预警系统，包括单片机，所述单片机上电性连接有处理模块，所述处理模块上电性连接有检测模块，所述单片机上电性连接有警示模块，所述单片机上电性连接有定速模块，所述定速模块上电性连接有动力模块，所述单片机上电性连接有驱动模块，所述驱动模块上电性连接有制动模块；
所述检测模块中包括有倒车雷达控制器、倒车影像模块和红外热感应传感器，所述倒车雷达控制器用于实现对车辆四周的障碍物进行有效的检测，并且能够实现对障碍物的距离进行检测，保证安全行进距离，所述倒车影像模块用于实现对车辆四周的环境进行有效的成像，并且将成像画面传输到驾驶室内部，便于驾驶员进行观看，便于进行倒车行进，所述红外热感应传感器用于实现对车辆四周的施工人员进行检测，通过热成像实现对人体的检测，并且将检测的画面传输到驾驶室内，便于驾驶员进行观看，且倒车雷达控制器采用的是超声波传感器，超声波在空气中的传播速度相对电磁波是非常慢的，所以在同等距离的情况下，超声波的传播时间远大于红外，往返时间更易测量，从而提高了测量的精度和可靠度；
所述警示模块中包括有声音警示模块和灯光警示模块，所述声音警示模块采用的是防尘蜂鸣器，所述灯光警示模块中包括有一字示宽灯和高强警示灯，通过所述倒车影像模块和所述红外热感应传感器检测和识别车辆四周是否存在有施工人员，并且通过所述倒车雷达控制器实现对施工人员的安全距离进行检测，当在检测到车辆四周存在有施工人员，并且所述倒车雷达控制器实现对施工人员的安全距离进行测定计算，然后将测定计算的数值和设定的阀值进行比较，当小于设定阀值的时候，所述声音警示模块发生警示鸣笛声，实现对施工人员进行警报，并且通过所述灯光警示模块中的所述高强警示灯进行闪烁警示，且当施工人员的距离在设定阀值之内的时候，通过所述灯光警示模块中的一字示宽灯提醒施工人员车辆的位置，并且通过所述高强警示灯进行预警；
所述处理模块中包括有数据信息处理子模块和图像数据信息处理子模块，所述数据信息子模块用于实现对所述倒车雷达控制器和所述红外热感应传感器的数据信息进行处理，提高数据信息的精准度，并且实现对障碍物的距离进行有效的计算检测，所述图像数据信息处理子模块用于实现对所述倒车影像模块和所述红外传感器的图像信息进行处理，有效的降低图像的噪声，使得图像成像更加的清晰，便于进行观看。
优选的，所述单片机上电性连接有调压模块，所述调压模块上电性连接有电池模块，所述调压模块用于实现对单片机进行供电运行，所述调压模块中包括有稳压电路、滤波电路、负反馈电路和电流电压检测电路。
优选的，所述稳压电路与所述电池模块电性连接，所述稳压电路通过所述滤波电路与所述单片机电性连接，所述电流电压检测电路与所述单片机电性连接，所述电流电压检测电路通过所述负反馈电路与所述稳压电路电性连接，所述稳压电路用于实现对供电电压进行稳定调节控制，所述滤波电路用于实现对稳压电路输出的直流电压进行滤除其中的交流电压，所述电流电压检测电路用于检测输出供给所述单片机的电压大小，所述负反馈电路用于根据所述电流电压检测电路检测到的电压数值大小实现对所述稳压电路进行控制调节，使得输出的电压大小稳定。
优选的，所述单片机上电性连接有辅助模块，所述辅助模块包括有显示屏、控制按键、存储模块和驾驶室蜂鸣器，所述显示屏用于实现对检测的数据信息和影像信息进行显示，所述控制按键用于进行控制调节，便于进行选择，所述驾驶室蜂鸣器用于实现在检测到异常情况后对驾驶员进行警示提醒。
优选的，所述存储模块中包括有若干组，其中包括有用于存储系统运行程序体的ROM存储模块，包括有用于存储系统运行日志的RAM存储模块，还包括有用于所述检测模块进行缓存计算处理的缓冲存储模块。
优选的，所述驱动模块上电性连接有电子刹车按键，所述制动模块用于在所述检测模块检测到障碍物或者施工人员的距离小于阀值的时候，进行自动制动处理，使得车辆自动停止，防止车辆继续行驶，造成碰撞或者是对施工人员造成伤害。
优选的，所述定速模块用于在所述检测模块检测到障碍物或者施工人员的时候进行减速行驶，防止车速过快无法进行制动，并且所述定速模块设有三级速度，第一级速度是障碍物或者施工人员处于检测范围之外时，车辆速度控制在20km/h以下，第二级速度是障碍物或者施工人员处于检测范围和警示范围之间时，车速控制在10km/h以下，第三级速度是障碍物或者施工人员处于警示范围内时，车速控制在5km/h以下。
优选的，所述一字示宽灯设有三组，三组所述一字示宽灯分别设置在所述车辆的尾端和车辆驾驶室的两侧，所述高强警示灯固定安装在所述车辆的尾端，所述防尘蜂鸣器固定安装在车辆的尾端，所述倒车雷达控制器、所述倒车影像模块和所述红外热感应传感器设有若干组，并且分别固定安装在车辆的四周。
优选的，所述数据信息处理子模块中包括有数据信息接收电路、数据信息转换电路、数据信息增益电路和数据信息滤波电路，所述图像数据信息处理子模块中包括有图像信息接收电路、图像信息解码电路、图像信息灰度值处理电路、图像信息白噪滤波电路、图像信息特征提取电路和图像信息增益电路。
优选的，包括有以下运行步骤：
第一步：当车辆置于倒车档时，系统激活；
第二步：安置在车辆两侧和尾部的一字示宽灯投下的红色警示线距离车体70cm；
第三步：安置在自卸车辆尾部的高强警示灯闪烁黄灯；
第四步：倒车雷达控制器启动，雷达发射器发出超声波信号，当发射波遇到障碍物后，部分信号反射，接收装置接收到反射信号后，通过控制器运算，测出倒车发射器与障碍物之间的距离；
第五步：与此同时，安装在车辆上的红外热感应传感器工作，检测汽车尾部是否存在施工人员；
第六步：当车体尾部存在障碍物时，倒车雷达控制器和倒车影像模块实时向单片机传输车体与障碍物的距离信息，当倒车雷达控制器测量值大于设定阀值时，由单片机发出紧急指令，控制驱动模块和制动模块进行制动，并且单片机通过定速模块和动力模块进行速度控制调节，在驾驶员没有踩刹车的情况下仍然完成汽车紧急刹车，有效保护驾驶员及车辆的安全；
第七步：当车体尾部存在施工人员时，红外热感应传感器和倒车影像模块将检测数据实时传输到驾驶室的屏幕上，同时，单片机对高强警示灯发出指令，高强警示灯由闪烁黄灯转变为闪烁红灯，警示周围施工人员有车辆驶入，注意避让，当与人的距离小于设定阀值时，由单片机发出紧急指令，控制驱动模块和制动模块进行制动，并且单片机通过定速模块和动力模块进行速度控制调节，在驾驶员没有踩刹车的情况下仍然完成汽车紧急刹车，防止倒车伤人事件的发生。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用的多传感器融合的隧道施工倒车预警系统，一方面通过驾驶室显示屏、一字型示宽灯提示驾驶员自卸货车车尾情况，另一方面通过高强警示灯的灯光提示施工人员有大型车辆靠近，注意避让，从而有效降低事故发生率。
较后视镜、可视化智能倒车影像系统、双目立体视觉图像系统等通过视觉传递信息的系统相比，本系统所采用的倒车雷达及红外热感应传感器弥补了通过视觉传递信息系统的缺陷，采用声波及红外的方式检测自卸汽车周围情况，其检测效果及反应灵敏度均有所提高。
较超声波雷达系统相比，本系统增加了红外热感应传感器，弥补了由于隧道内噪声强烈造成的超声波雷达检测效果不好的问题，多传感器融合的方式明显的提高了障碍物和施工人员的检测效果，且均设置了距离的最大限度值，当其中一个传感器数据超过最大限度值时，单片机能够快速接通汽车刹车系统，在驾驶员没有踩刹车的情况下仍然完成汽车紧急刹车，防止倒车伤人事件的发生。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为本发明的步骤流程示意图；
图3为本发明的设备安装结构示意图之一；
图4为本发明的设备安装结构示意图之二。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图4，本发明提供一种技术方案：一种多传感器融合的隧道施工倒车预警系统，包括单片机，所述单片机上电性连接有处理模块，所述处理模块上电性连接有检测模块，所述单片机上电性连接有警示模块，所述单片机上电性连接有定速模块，所述定速模块上电性连接有动力模块，所述单片机上电性连接有驱动模块，所述驱动模块上电性连接有制动模块；
所述检测模块中包括有倒车雷达控制器、倒车影像模块和红外热感应传感器，所述倒车雷达控制器用于实现对车辆四周的障碍物进行有效的检测，并且能够实现对障碍物的距离进行检测，保证安全行进距离，所述倒车影像模块用于实现对车辆四周的环境进行有效的成像，并且将成像画面传输到驾驶室内部，便于驾驶员进行观看，便于进行倒车行进，所述红外热感应传感器用于实现对车辆四周的施工人员进行检测，通过热成像实现对人体的检测，并且将检测的画面传输到驾驶室内，便于驾驶员进行观看，且倒车雷达控制器采用的是超声波传感器，超声波在空气中的传播速度相对电磁波是非常慢的，所以在同等距离的情况下，超声波的传播时间远大于红外，往返时间更易测量，从而提高了测量的精度和可靠度；
所述警示模块中包括有声音警示模块和灯光警示模块，所述声音警示模块采用的是防尘蜂鸣器，所述灯光警示模块中包括有一字示宽灯和高强警示灯，通过所述倒车影像模块和所述红外热感应传感器检测和识别车辆四周是否存在有施工人员，并且通过所述倒车雷达控制器实现对施工人员的安全距离进行检测，当在检测到车辆四周存在有施工人员，并且所述倒车雷达控制器实现对施工人员的安全距离进行测定计算，然后将测定计算的数值和设定的阀值进行比较，当小于设定阀值的时候，所述声音警示模块发生警示鸣笛声，实现对施工人员进行警报，并且通过所述灯光警示模块中的所述高强警示灯进行闪烁警示，且当施工人员的距离在设定阀值之内的时候，通过所述灯光警示模块中的一字示宽灯提醒施工人员车辆的位置，并且通过所述高强警示灯进行预警；
所述处理模块中包括有数据信息处理子模块和图像数据信息处理子模块，所述数据信息子模块用于实现对所述倒车雷达控制器和所述红外热感应传感器的数据信息进行处理，提高数据信息的精准度，并且实现对障碍物的距离进行有效的计算检测，所述图像数据信息处理子模块用于实现对所述倒车影像模块和所述红外传感器的图像信息进行处理，有效的降低图像的噪声，使得图像成像更加的清晰，便于进行观看。
为了实现对系统进行稳定的供电运行，本实施例中，优选的，所述单片机上电性连接有调压模块，所述调压模块上电性连接有电池模块，所述调压模块用于实现对单片机进行供电运行，所述调压模块中包括有稳压电路、滤波电路、负反馈电路和电流电压检测电路。
为了实现对系统进行有效的供电运行，并且实现对反馈调节，保持电压的稳定性，本实施例中，优选的，所述稳压电路与所述电池模块电性连接，所述稳压电路通过所述滤波电路与所述单片机电性连接，所述电流电压检测电路与所述单片机电性连接，所述电流电压检测电路通过所述负反馈电路与所述稳压电路电性连接，所述稳压电路用于实现对供电电压进行稳定调节控制，所述滤波电路用于实现对稳压电路输出的直流电压进行滤除其中的交流电压，所述电流电压检测电路用于检测输出供给所述单片机的电压大小，所述负反馈电路用于根据所述电流电压检测电路检测到的电压数值大小实现对所述稳压电路进行控制调节，使得输出的电压大小稳定。
为了提高系统的使用提高，便于进行操作，本实施例中，优选的，所述单片机上电性连接有辅助模块，所述辅助模块包括有显示屏、控制按键、存储模块和驾驶室蜂鸣器，所述显示屏用于实现对检测的数据信息和影像信息进行显示，所述控制按键用于进行控制调节，便于进行选择，所述驾驶室蜂鸣器用于实现在检测到异常情况后对驾驶员进行警示提醒。
为了实现分别存储，防止存储发生混乱，造成数据的查询和存储缓慢，本实施例中，优选的，所述存储模块中包括有若干组，其中包括有用于存储系统运行程序体的ROM存储模块，包括有用于存储系统运行日志的RAM存储模块，还包括有用于所述检测模块进行缓存计算处理的缓冲存储模块。
为了实现在车辆出现紧急情况下，驾驶员无法进行及时的制动时，进行自动制动刹车，提高安全性能，本实施例中，优选的，所述驱动模块上电性连接有电子刹车按键，所述制动模块用于在所述检测模块检测到障碍物或者施工人员的距离小于阀值的时候，进行自动制动处理，使得车辆自动停止，防止车辆继续行驶，造成碰撞或者是对施工人员造成伤害。
为了实现不同的速度限速，保证能够及时有效的进行刹车制动，提高安全性能，本实施例中，优选的，所述定速模块用于在所述检测模块检测到障碍物或者施工人员的时候进行减速行驶，防止车速过快无法进行制动，并且所述定速模块设有三级速度，第一级速度是障碍物或者施工人员处于检测范围之外时，车辆速度控制在20km/h以下，第二级速度是障碍物或者施工人员处于检测范围和警示范围之间时，车速控制在10km/h以下，第三级速度是障碍物或者施工人员处于警示范围内时，车速控制在5km/h以下。
为了实现警示设备和检测设备进行安装固定，使得警示设备和检测设备能够有效的进行检测和警示周围的施工人员，本实施例中，优选的，所述一字示宽灯设有三组，三组所述一字示宽灯分别设置在所述车辆的尾端和车辆驾驶室的两侧，所述高强警示灯固定安装在所述车辆的尾端，所述防尘蜂鸣器固定安装在车辆的尾端，所述倒车雷达控制器、所述倒车影像模块和所述红外热感应传感器设有若干组，并且分别固定安装在车辆的四周。
为了实现对数据信息和图像进行有效的处理和滤波，本实施例中，优选的，所述数据信息处理子模块中包括有数据信息接收电路、数据信息转换电路、数据信息增益电路和数据信息滤波电路，所述图像数据信息处理子模块中包括有图像信息接收电路、图像信息解码电路、图像信息灰度值处理电路、图像信息白噪滤波电路、图像信息特征提取电路和图像信息增益电路。
为了实现对车辆的预警系统进行运行使用，本实施例中，优选的，包括有以下运行步骤：
第一步：当车辆置于倒车档时，系统激活；
第二步：安置在车辆两侧和尾部的一字示宽灯投下的红色警示线距离车体70cm；
第三步：安置在自卸车辆尾部的高强警示灯闪烁黄灯；
第四步：倒车雷达控制器启动，雷达发射器发出超声波信号，当发射波遇到障碍物后，部分信号反射，接收装置接收到反射信号后，通过控制器运算，测出倒车发射器与障碍物之间的距离；
第五步：与此同时，安装在车辆上的红外热感应传感器工作，检测汽车尾部是否存在施工人员；
第六步：当车体尾部存在障碍物时，倒车雷达控制器和倒车影像模块实时向单片机传输车体与障碍物的距离信息，当倒车雷达控制器测量值大于设定阀值时，由单片机发出紧急指令，控制驱动模块和制动模块进行制动，并且单片机通过定速模块和动力模块进行速度控制调节，在驾驶员没有踩刹车的情况下仍然完成汽车紧急刹车，有效保护驾驶员及车辆的安全；
第七步：当车体尾部存在施工人员时，红外热感应传感器和倒车影像模块将检测数据实时传输到驾驶室的屏幕上，同时，单片机对高强警示灯发出指令，高强警示灯由闪烁黄灯转变为闪烁红灯，警示周围施工人员有车辆驶入，注意避让，当与人的距离小于设定阀值时，由单片机发出紧急指令，控制驱动模块和制动模块进行制动，并且单片机通过定速模块和动力模块进行速度控制调节，在驾驶员没有踩刹车的情况下仍然完成汽车紧急刹车，防止倒车伤人事件的发生。
本发明的工作原理及使用流程：
第一步：当车辆置于倒车档时，系统激活；
第二步：安置在车辆两侧和尾部的一字示宽灯投下的红色警示线距离车体70cm；
第三步：安置在自卸车辆尾部的高强警示灯闪烁黄灯；
第四步：倒车雷达控制器启动，雷达发射器发出超声波信号，当发射波遇到障碍物后，部分信号反射，接收装置接收到反射信号后，通过控制器运算，测出倒车发射器与障碍物之间的距离；
第五步：与此同时，安装在车辆上的红外热感应传感器工作，检测汽车尾部是否存在施工人员；
第六步：当车体尾部存在障碍物时，倒车雷达控制器和倒车影像模块实时向单片机传输车体与障碍物的距离信息，当倒车雷达控制器测量值大于设定阀值时，由单片机发出紧急指令，控制驱动模块和制动模块进行制动，并且单片机通过定速模块和动力模块进行速度控制调节，在驾驶员没有踩刹车的情况下仍然完成汽车紧急刹车，有效保护驾驶员及车辆的安全；
第七步：当车体尾部存在施工人员时，红外热感应传感器和倒车影像模块将检测数据实时传输到驾驶室的屏幕上，同时，单片机对高强警示灯发出指令，高强警示灯由闪烁黄灯转变为闪烁红灯，警示周围施工人员有车辆驶入，注意避让，当与人的距离小于设定阀值时，由单片机发出紧急指令，控制驱动模块和制动模块进行制动，并且单片机通过定速模块和动力模块进行速度控制调节，在驾驶员没有踩刹车的情况下仍然完成汽车紧急刹车，防止倒车伤人事件的发生。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
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