一种多功能道路施工警示牌

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【摘 要】 道路施工警示牌为经过施工区的车辆提供减速，绕行，限时通行等警示标识，加强车辆安全意识，减少交通事故，本文针对当前常用警示牌的标语单一，功能有限等缺点，提出一种智能化的多功能警示牌，以提供给司机综合系统性的信息，最大程度减少因道路维护引起的事故。

【关键词】 警示牌 LED 爆闪灯 分贝 单片机 传感器

1 前言

现有警示牌，标注单一的限速等信息，不能适合所有公路情况的需要。例如，遇到下坡路段，而施工区正好在坡段下方的拐弯处，目前警示牌采取提前2公里提示限速，而大部分司机，并不遵循指示，而是快到施工区100米左右开始减速，下坡路段减速距离相对过长，易出事故，车辆一般会径直冲入施工区，造成人身和财产损失。针对上述缺陷，本文设计一种新的道路警示牌，采取主动实时监测车速，声光报警等方式强烈提醒司机。

2 多功能警示牌的实现

放置在最前端的警示牌，采用微波加激光测速的方式，首先监测出前方200米处的行驶的车辆，如果车辆速度超过限速上限，就启动顶部的LED远距离可视红色爆闪灯，按照一秒6次的频率急闪，同时面板上的LED指示牌，显示限速的上限，系统性的给司机一个前方需要尽快限速的意识。

然后下一个50米处，继续放置一个测速警示牌，限制更低速度（一般选择上一步限制速度的的80%），超过则LED爆闪警示，同时显示当前实时速度，如果车速在限制速度以内，则速度显示为绿色；如果超速则显示红色，并慢闪提示。

这样逐级限速下去，直到当前限制速度为第一步的20%以下时，则加强报警提示，增加声音提示，发生装置，采用高分贝扬声器，一般在80分贝以上。如果超速，则显示牌显示：“已进入施工路段，强制减速”。

3 测速部分设计及特点

目前专业微波测速仪最远距离能测到500米，也就是说在500米以内就能探测到车辆的速度。但是，警示牌只是作为一种辅助工具，不是用于专业测速的装备，一方面对测速的精度要求不高，因为不是用于交通执法。测试距离要根据实际的成本，选择最具有性价比的测速设备。

微波测速仪是基于多普勒频移原理，通过发射微波来测量运动物体的速度，通过发射微波到一个移动的物体时，将会反射回一个与目标速度成比例的雷达信号，内部的线圈将该信号进行处理后得到一个频率的变化，来代表速度的变化。本文采用几百元左右的低成本雷达测速芯片加激光补偿的处理技术，解决低成本雷达的散射角度较大，引起的远距离测速时，容易误测到公路以外的移动物体，影响判断准确性。微波雷达测距传感器采用铝合金微波波导腔体振荡器，双头收发，工作电压DC12V。微波腔体振荡器频率为10.525G，输出信号为速度相对应的TTL输出，精度不受雾、雨、粉尘等的影响。微波测速设备使用蓄电池供电。

4 爆闪灯部分设计及特点

爆闪灯使用DC12V供电，采用3w大功率灯柱组成，高亮度：10000-12000MCD。发光源使用寿命5-10万小时。16颗高亮LED；颜色有：红，白，黄，超亮，超警示。爆闪灯直接使用蓄电池供电，控制闪烁的接口连接控制电路板，由电路板上的单片机根据监测的速度信号，判断是否闪烁，以及控制闪烁的频率，闪烁的亮度等。爆闪灯的亮度很高，全功率发光时，不能直射司机的眼睛，会影响司机对前方路面的观察。因此，闪烁的亮度要根据当前实时光照，控制爆闪灯发光功率的大小。当遇见大雾天气时，要控制爆闪灯发全功率黄色光，使灯光尽可能穿透足够远的距离。

5 LED显示牌部分设计及特点

显示牌，用于显示文字信息，直观，明确的提醒司机前方的路面情况，以及需要将车速控制到多少公里每小时。LED显示牌在车辆未超速时，显示绿色的实时速度；超速时，闪烁显示红色的实时速度，以及其他文字性的告警信息，直观提醒司机注意当前的速度过快，需要尽快减速。显示牌控制板内部集成汉字库和字母库，显示牌几乎能显示所有的文字表达信息。使用极其灵活，方便。

6 声音报警部分设计及特点

使用类似警用高分贝广播扬声器，分贝数要求在80分贝以上，才能起到强烈提醒作用。

声音报警作为最后一道提示装置，一定要瞬间引起司机的注意力，告知前方已经是施工区域，必须马上减速的合适速度。声音报警的判断由主控制电路板的单片机根据实时测得的车速和限速范围确定。

7 信号处理和控制部分设计及特点

信号处理和控制部分，采用低功耗，低成本的意法半导体的STM8S系列8位单片机作为主控芯片，负责采集微波测速设备的TTL速度信号，现场光照信号等，控制LED显示牌，LED爆闪灯，声音报警器的工作。STM8平台基于一个高性能的8位内核和一套最先进的外设，在24MHz频率下，最高处理效能高达20MIPS。内核的16MB线性存储位址空间可简化64KB以上的页操作，STM8S系列比ST7系列产品速度快10倍，代码效率高30%。

8 供电部分设计及特点

供电部分主电路采用DC12V的蓄电池供电，外加50W太阳能板，实现环保节能控制，降低成本。部分芯片供电，选用低成本的FR9888降压DC/DC。FR9888集成功率MOSFET。

输入电压范围：4.5Vto23V；具内部补偿功能；输出电压范围：0.925Vto20V；最大输出电流3.5A；操作频率340KHz；过电压（OVP）及过温度（OTP）保护。

参考文献：

[1]赵春晖，杨莘元编著.微波测量与实验教程.哈尔滨工程大学出版社.

[2]魏建明主编.公路施工技术与管理（第二版）.人民交通出版社.

[3]刘海成.等编著.STM8单片机原理与实践.北京航空航天大学出版社.

[4]杨恒编著.LED照明驱动器设计步骤详解.中国电力出版社.