基于自感应导电沥青路面的道路信息采集系统及方法

1.本发明属于材料与道路技术领域，涉及一种基于自感应导电沥青路面的道路信息采集系统及方法。


背景技术：

2.经济的发展使得汽车的数量呈现急速的上涨趋势并且引发了一系列的交通问题。道路智能化有助于解决道路拥堵等这一系列交通问题，道路信息采集在道路智能化中扮演着重要的角色。
3.目前道路信息的采集多采用埋设传感器的方法进行。如应力应变传感器、压电传感器、磁感线圈等都是较为常用的。传感器的使用可以及时的传递车辆及路面状态信息，并且其廉价的价格使得它可以被大量埋设，这为道路的智能化发挥了重大的作用。但是传感器存在耐久性不佳的问题，传感器在路面结构中易失效。基于目前传感器存在的问题，亟需一种能够克服传感器耐久性不佳的方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种基于自感应导电沥青路面的道路信息采集系统及方法，解决了传感器耐久性差和难以更换的问题。
5.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
6.基于自感应导电沥青路面的道路信息采集系统，包括：自感应导电沥青路面、电阻采集电路、数据处理单元和显示屏；
7.自感应导电沥青路面包括第一电极片和第二电极片；
8.第一电极片和第二电极片铺设在自感应导电沥青路面内部；
9.第一电极片和第二电极片同时外接电阻采集电路；
10.电阻采集电路连接数据处理单元，数据处理单元连接显示屏；显示屏用于显示电阻值的变化。
11.本发明的进一步改进在于：
12.电阻采集电路包括电阻测试电路、单片机和电路板；
13.第一电极片和第二电极片同时外接电阻测试电路；电阻测试电路连接单片机；单片机连接数据处理单元；电阻测试电路和单片机布设在电路板上；
14.单片机同时接地和接vcc。
15.电阻测试电路包括：电阻r0、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电容c1和二极管d；
16.电阻r1的一端分别连接vcc、电阻r0的一端和单片机的p1.0引脚；
17.电阻r1的另一端连接二极管d的负极；二极管d的正极接地，同时连接引线1-b和单片机的p1.3引脚；
18.电阻r0的另一端接电阻r2的一端和单片机的p1.1引脚，电阻r2的另一端连接引线1-a和单片机的p1.2引脚；
19.电阻r3一端连接单片机和电容c1，电容c1的另一端接vcc；电阻r3的另一端接地；
20.电阻测试电路的引线1-a和1-b布设在电路板上。
21.自感应导电沥青路面还包括第一沥青混合料、导电沥青混合料和第二沥青混合料；
22.第一沥青混合料、第一电极片、导电沥青混合料、第二电极片和第二沥青混合料按照从上到下的顺序布设在道路上。
23.导电沥青混合料包括：集料、沥青、矿粉和导电相材料；
24.导电沥青混合料的制备方法为：将集料、沥青、矿粉和导电相材料按照顺序依次置于拌锅中，每加入一种材料便进行搅拌，得到导电沥青混合料；
25.第一沥青混合料和第二沥青混合料包括：集料、沥青、矿粉；
26.第一沥青混合料的制备方法为：将集料、沥青、矿粉按照顺序依次置于拌锅中，每加入一种材料便搅拌90s，得到第一沥青混合料；
27.第一沥青混合料和第二沥青混合料的制备方法相同；
28.集料为粒径大于0.075mm的矿料；矿粉为粒径小于0.075mm的矿料；导电相材料包括：石墨、碳纤维、碳纳米管和钢纤维。
29.还包括线管；线管埋设在道路两侧；第一电极片和第二电极片通过线管与电阻测试电路相连接。
30.还包括电源供给区；电源供给区位电阻采集电路和实时显示屏提供电量；电源供给区包括变压器、第一整流二极管d1、第二整流二极管d2和滤波电容；
31.变压器一端接220v交流电，变压器另一端的上下两端分别接第一整流二极管d1的正极和第二整流二极管d2的正极，第一整流二极管d1的负极与滤波电容c的正极相连接，第二整流二极管d1的负极与与滤波电容c的负极相连接；第一整流二极管d1的负极和第二整流二极管d1的负极相连接，第一整流二极管d1的负极和第二整流二极管d1的负极的连接导线连接变压器另一端中间位置；滤波电容c的正负极导出30v直流电。
32.第一电极片和第二电极片铺设在自感应导电沥青路面内部，具体为：
33.自感应导电沥青路面均分为上面层、中面层和下面层；
34.第一电极片和第二电极片位于上层面时，中面层和下面层均为第二沥青混合料；
35.第一电极片和第二电极片位于中层面时，上面层为第一沥青混合料，下面层为第二沥青混合料；
36.第一电极片和第二电极片位于下层面时，上面层和中面层均为第一沥青混合料。
37.基于自感应导电沥青路面的道路信息采集方法，包括：
38.制备导电沥青混合料，并将第一沥青混合料、第一电极片、导电沥青混合料、第二电极片和第二沥青混合料按照从上到下的顺序进行铺设形成自感应导电沥青路面；第一电极片和第二电极片同时外接电阻测试电路；电阻测试电路连接单片机；单片机连接数据处理单元；数据处理单元连接显示屏；显示屏用于显示电阻值的变化；
39.当车辆在道路上行驶，碾压到自感应导电沥青路面，第一电极板和第二电极板发生形变，电阻测试电路中的电阻变化被电阻测试电路实时测量；电阻测试电路获得的电阻值会经单片机传输至数据处理单元，最终数据处理单元会将电阻值和压力值随时间变化的数值进行记录，绘制成压力-电阻曲线显示在显示屏上。
40.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
41.本发明通过将第一电极片和第二电极片铺设在自感应导电沥青路面上，同时第一电极片和第二电极片外接电阻采集电路，电阻采集电路连接数据处理单元，数据处理单元连接显示屏；当有车辆经过自感应导电沥青路面时，电阻测试电路实时测量电阻变化，并显示到显示屏上。本发明能够通过第一电极片和第二电极片对自感应导电沥青路面的电阻进行监测，传递车辆的经过的信息，本发明使得路面结构能够发挥传感器感采集路面信息的功能。并且这种方法有效的克服了传感器耐久性和难以更换的问题。
附图说明
42.为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
43.图1为道路结构截面图；
44.图2为道路信息采集结构示意图；(a)为第一电极片和第二电极片位于上层面的示意图，(b)为第一电极片和第二电极片位于中层面的示意图，(c)为第一电极片和第二电极片位于下层面的示意图；
45.图3为镀锌电极片示意图；
46.图4为道路信息采集结构布设示意图；
47.图5为电阻信息采集设备示意图；
48.图6为电阻采集电路图；
49.图7为电路板示意图；
50.图8为电源供给电路图；
51.图9为压力和时间关系曲线图；
52.图10为电阻变化值和时间关系曲线图。
53.其中，1-自感应导电沥青路面；2-电阻信息采集系统；3-第一沥青混合料；4-导电沥青混合料；5-第二沥青混合料；6-电阻测试电路；7-实时显示屏、8-电源供给区；9-线管；12-第一电极片；13-第二电极片；14-导线；15-单片机；16-电路板，17-上层面，18-中层面，19-下层面。
具体实施方式
54.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
55.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
56.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
57.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
58.此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
59.在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
60.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
61.参见图1～图10，本发明公布了一种基于自感应导电沥青路面的道路信息采集系统，包括：自感应导电沥青路面1、电阻采集电路、数据处理单元和显示屏7；
62.自感应导电沥青路面1包括第一电极片12和第二电极片13；
63.第一电极片12和第二电极片13铺设在自感应导电沥青路面1内部；
64.第一电极片12和第二电极片13同时外接电阻采集电路；
65.电阻采集电路连接数据处理单元，数据处理单元连接显示屏7；显示屏7用于显示电阻值的变化。
66.电阻采集电路包括电阻测试电路6、单片机15和电路板16；
67.第一电极片12和第二电极片13同时外接电阻测试电路6；电阻测试电路6连接单片机15；单片机15连接数据处理单元；电阻测试电路6和单片机15布设在电路板16上；单片机15同时接地和接vcc。
68.电阻测试电路6包括：电阻r0、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电容c1和二极管d；
69.所述电阻r1的一端分别连接vcc、电阻r0的一端和单片机的p1.0引脚；
70.所述电阻r1的另一端连接二极管d的负极；二极管d的正极接地，同时连接引线1-b和单片机的p1.3引脚；
71.电阻r0的另一端接电阻r2的一端和单片机的p1.1引脚，电阻r2的另一端连接引线1-a和单片机的p1.2引脚；
72.电阻r3一端连接单片机和电容c1，电容c1的另一端接vcc；电阻r3的另一端接地；
73.电阻测试电路6的引线1-a和1-b布设在电路板16上。电路板16上布设同样的多组电阻测试电路6和单片机15。自感应导电沥青路面1有若干个，电阻测试电路6上的引线1-a和1-b分别连接第一电极片12和第二电极片13；每组电阻测试电路6和单片机15对应一个自感应导电沥青路面1。
74.自感应导电沥青路面1还包括第一沥青混合料3、导电沥青混合料4和第二沥青混
合料5；
75.第一沥青混合料3、第一电极片12、导电沥青混合料4、第二电极片13和第二沥青混合料5按照从上到下的顺序布设在道路上。
76.导电沥青混合料4包括：集料、沥青、矿粉和导电相材料；
77.导电沥青混合料4的制备方法为：将集料、沥青、矿粉和导电相材料按照顺序依次置于拌锅中，每加入一种材料便进行搅拌，得到导电沥青混合料4；
78.第一沥青混合料3和第二沥青混合料5包括：集料、沥青、矿粉；
79.第一沥青混合料3的制备方法为：将集料、沥青、矿粉按照顺序依次置于拌锅中，每加入一种材料便搅拌90s，得到第一沥青混合料3；
80.第一沥青混合料3和第二沥青混合料5的制备方法相同；
81.集料为粒径大于0.075mm的矿料；矿粉为粒径小于0.075mm的矿料；导电相材料包括：石墨、碳纤维、碳纳米管和钢纤维。
82.线管9埋设在道路两侧；第一电极片12和第二电极片13通过线管9与电阻测试电路6相连接。
83.电源供给区8向电阻采集电路和实时显示屏7提供电量；电源供给区8包括变压器、第一整流二极管d1、第二整流二极管d2和滤波电容；
84.变压器一端接220v交流电，变压器另一端的上下两端分别接第一整流二极管d1的正极和第二整流二极管d2的正极，第一整流二极管d1的负极与滤波电容c的正极相连接，第二整流二极管d1的负极与与滤波电容c的负极相连接；所述第一整流二极管d1的负极和第二整流二极管d1的负极相连接，第一整流二极管d1的负极和第二整流二极管d1的负极的连接导线连接变压器另一端中间位置；滤波电容c的正负极导出30v直流电。
85.第一电极片12和第二电极片13铺设在自感应导电沥青路面1内部，具体为：
86.自感应导电沥青路面1均分为上面层17、中面层18和下面层19；
87.第一电极片12和第二电极片13位于上层面17时，中面层18和下面层19均为第二沥青混合料5；
88.第一电极片12和第二电极片13位于中层面18时，上面层17为第一沥青混合料3，下面层19为第二沥青混合料5；
89.第一电极片12和第二电极片13位于下层面19时，上面层17和中面层18均为第一沥青混合料3。
90.基于自感应导电沥青路面的道路信息采集方法，包括：
91.制备导电沥青混合料4，并将第一沥青混合料3、第一电极片12、导电沥青混合料4、第二电极片13和第二沥青混合料5按照从上到下的顺序进行铺设形成自感应导电沥青路面1；第一电极片12和第二电极片13同时外接电阻测试电路6；电阻测试电路6连接单片机15；单片机15连接数据处理单元；数据处理单元连接显示屏7；显示屏7用于显示电阻值的变化；
92.当车辆在道路上行驶，碾压到自感应导电沥青路面1，第一电极板12和第二电极板13发生形变，电阻测试电路6中的电阻变化被电阻测试电路6实时测量；电阻测试电路6获得的电阻值会经单片机15传输至数据处理单元，最终数据处理单元会将电阻值和压力值随时间变化的数值进行记录，绘制成压力-电阻曲线显示在显示屏7上。导电沥青混合料4制备流程如下：将集料、沥青、矿粉、导电相材料按照顺序依次置于拌锅中，每加入一种材料便搅拌
90s从而得到自感应导电沥青路面。
93.自感应导电沥青路面1的布设形式有如下三种布设方式：
94.采用上面层17布设时，当道路上有车辆行驶并且碾压到布设的道路信息采集结构上时，道路信息采集结构会产生变形，由此引发道路信息采集结构内部电阻值的突变。电阻值的变化过程会被电阻测试电路6实时测量，stc90c516rd+单片机15通过测量到的电阻值与之前的电阻值进行对比，若降低幅度大于6％则认为有车辆通过，将得到的结果进行储存。单片机15储存的结果可通过usb数据线传输到实时显示屏上进行显示；
95.所述上面层17可采用ac-13、sma-13。
96.采用中面层18布设时，当道路上有车辆行驶并且碾压到布设的道路信息采集结构上时，道路信息采集结构会产生变形，由此引发道路信息采集结构内部电阻值的突变。电阻值的变化过程会被电阻测试电路实时测量，stc90c516rd+单片机15通过测量到的电阻值与之前的电阻值进行对比，若降低幅度大于8％之间则认为有车辆通过，将得到的结果进行储存。单片机15储存的结果可通过usb数据线传输到实时显示屏上进行显示；
97.所述的中面层18可采用ac-16。
98.采用下面层19布设时，当道路上有车辆行驶并且碾压到布设的道路信息采集结构上时，道路信息采集结构会产生变形，由此引发道路信息采集结构内部电阻值的突变。电阻值的变化过程会被电阻测试电路6实时测量，stc90c516rd+单片机15通过测量到的电阻值与之前的电阻值进行对比，若降低幅度大于10％则认为有车辆通过，将得到的结果进行储存。单片机15储存的结果可通过usb数据线传输到实时显示屏上进行显示。
99.所述的下面层19可采用ac-20。
100.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。