主动防撞系统及控制方法
技术领域
本发明涉及主动防撞技术领域，尤其涉及一种主动防撞系统及控制方法。
背景技术
随着交通运输技术的发展，越来越多的城市开始进行地铁的建设，以方便市民的交通出行。目前地铁项目大部分是采用盾构法施工，其掘进过程中产生的渣土需使用轨道电机车运送到井口，再通过龙门吊吊装到地面渣土池倒掉。在盾构掘进过程中，电机车可谓是十分重要的一环。每一列电机车编组由以下几部分组成：一个牵引车头，四到五个渣土装载车，一台砂浆车，两台管片运输车，整个编组长度大概有50m。机车倒退进入隧道，在盾构区域进行砂浆管片卸载及渣土装载作业，装载完成后驶出隧道。目前采用盾构法施工的所有隧道，其电机车编组的运行控制，均是由司机在车载驾驶室中独立完成，无任何智能控制，在没有任何智能辅助的情况下，完全由司机控制电机车的运行，就可能由于司机的疲劳驾驶而产生安全问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提出一种主动防撞系统及控制方法，本发明目的是利用智能控制方法，从而达到辅助电机车安全运行的目的。
一种主动防撞系统，所述系统包括：盾构机及车载装置；
所述盾构机上设置有定位信标；
所述车载装置包括定位标签、控制器、显示模块、4G模块和语音模块，所述定位信标与所述定位标签超宽带无线连接，用于实时测量所述定位信标和所述定位标签之间的距离信息；
所述定位标签与所述控制器电连接，所述定位标签通过串行通信协议将所述定位信标和所述定位标签之间的距离信息传输给所述控制器；
所述控制器分别与所述显示模块、所述4G模块和所述语音模块电连接，所述控制器将接收到的所述定位信标和所述定位标签之间的距离信息分别传输给所述显示模块、所述4G模块和所述语音模块。
可选的，所述盾构机包含与所述定位信标连接的第一电源模块，所述第一电源模块用于为所述定位信标提供电能。
可选的，所述车载装置还包含与所述定位标签连接的第二电源模块，所述第二电源模块用于为所述定位标签提供电能。
可选的，所述定位信标包括：第一芯片、第一微控制单元、第二芯片、第一功率放大器和第一超宽带天线，其中，
所述第一电源模块分别与所述第一芯片、所述第一微控制单元、所述第二芯片和所述第一功率放大器电连接，用于提供电能；
所述第一微控制单元分别与所述第一芯片和所述第二芯片电连接；
所述第二芯片与所述第一功率放大器电连接；
所述第一功率放大器与所述第一超宽带天线电连接。
可选的，所述定位标签包括：第三芯片、第二微控制单元、第四芯片、第二功率放大器和第二超宽带天线，其中，
所述第二电源模块分别与所述第三芯片、所述第二微控制单元、所述第四芯片和所述第二功率放大器电连接，用于提供电能；
所述第二微控制单元分别与所述第三芯片和所述第四芯片电连接；
所述第三芯片与所述控制器电连接；
所述第四芯片与所述第二功率放大器电连接；
所述第二功率放大器与所述第二超宽带天线电连接。
可选的，所述第一芯片为串行通信协议芯片，所述第二芯片为DW1000芯片。
可选的，所述第三芯片为串行通信协议芯片，所述第四芯片为DW1000芯片。
可选的，所述车载装置还包括：气刹、电机控制器和牵引电机，其中，
所述控制器分别与所述气刹和所述电机控制器电连接；
所述电机控制器与所述牵引电机电连接。
一种主动防撞控制方法，其特征在于，所述方法用于一种主动防撞系统，所述方法包括：
所述控制器获取所述定位信标和所述定位标签之间的距离；
当所述定位信标和所述定位标签之间的距离为第一距离时，所述控制器控制所述语音模块每隔预设距离间隔播报所述定位信标和所述定位标签之间的距离；
当所述定位信标和所述定位标签之间的距离为第二距离时，所述控制器控制所述电机控制器，对所述车载装置进行限速，所述车载装置速度下降，并且所述控制器记录并存储所述第二距离内所述车载装置的操作过程；
当所述定位信标和所述定位标签之间的距离为第三距离时，所述控制器控制所述气刹，使得所述车载装置停止，若所述车载装置执行复位操作，则所述车载装置继续驶入所述盾构机；
所述第三距离小于所述第二距离，所述第二距离小于所述第一距离。
可选的，当所述车载装置行驶至有4G信号的地方时，所述控制器控制所述4G模块将所述车载装置的操作过程发送到远程服务器。
采用本发明实施例，具有如下有益效果：
采用本发明的一种主动防撞系统及控制方法，该系统包括：盾构机及车载装置，盾构机上设置有定位信标，车载装置包括定位标签、控制器、显示模块、4G模块和语音模块，定位信标与定位标签超宽带无线连接，用于实时测量定位信标和定位标签之间的距离信息，定位标签与控制器电连接，定位标签通过串行通信协议将定位信标和定位标签之间的距离信息传输给控制器，控制器分别与显示模块、4G模块和语音模块电连接，控制器将接收到的定位信标和定位标签之间的距离信息分别传输给显示模块、4G模块和语音模块。通过在盾构机设置定位信标和在车载装置设置定位标签，以及通过定位信标和定位标签之间的超宽带无线连接来实现实时测量盾构机和车载装置之间的距离，根据这个距离对车载装置的运行状态进行实时的智能控制，实现辅助驾驶的作用，避免了因司机的疲劳驾驶而产生安全问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
其中：
图1为一个实施例中主动防撞系统的结构框图；
图2为一个实施例中盾构机的定位信标的结构框图；
图3为一个实施例中车载装置的定位标签的结构框图；
图4为一个实施例中主动防撞系统的另一结构框图；
图5为一个实施例中主动防撞控制方法的流程示意图。
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。
如图1所示，为一个实施例中主动防撞系统的结构框图，该系统包括：盾构机101及车载装置102，盾构机101上设置有定位信标103，车载装置102包括定位标签104、控制器107、显示模块106、4G模块108和语音模块105，定位信标103与定位标签104超宽带无线连接，用于实时测量定位信标103和定位标签104之间的距离信息，定位标签104与控制器107电连接，定位标签104通过串行通信协议将定位信标103和定位标签104之间的距离信息传输给控制器107，控制器107分别与显示模块106、4G模块108和语音模块105电连接，控制器107将接收到的定位信标103和定位标签104之间的距离信息分别传输给显示模块106、4G模块108和语音模块105。
其中，串行通信协议CAN是Controller Area Network的缩写，CAN具有很高的可靠性和良好的错误检测能力，广泛应用于汽车计算机控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强及振动大的工业环境。CAN的特点包括：多主控制，总线空闲时，所有单元都可发送消息，而两个以上的单元同时发送消息时，根据标识符决定优先级。两个以上的单元同时开始发送消息时，对各消息的标识符的每个位进行逐个仲裁比较，优先级最高的单元可继续发送消息，仲裁失利的单元则立即停止发送而进行接收工作；系统柔软性，连接总线的单元，没有类似地址的信息，因此，在总线上添加单元时，已连接的其他单元的软硬件和应用层都不需要做改变；速度快，距离远，最高1Mbps(距离<40m)，最远可达10KM(速率<5Kbps)，CAN物理层的形式主要分为闭环总线和开环总线，一个适合于高速通讯，一个适合于远距离通讯(速度慢)，闭环通讯网络是一种高速、短距离网络，它的总线最大长度为40m，通信速度最高1Mbps，总线的两端各要求有一个120欧的电阻，开环总线网络是低速、远距离网络，它的最大传输距离1km，最高通讯速率为125kbps，两根总线是独立的、不形成闭环，要求每根总线上各串联有一个2.2千欧的电阻；具有错误检测、错误通知和错误恢复功能，所有单元都可以检测错误(错误检测功能)，检测出错误的单元会立即同时通知其他所有单元(错误通知功能)，正在发送消息的单元一旦检测出错误，会强制结束当前的发送，强制结束发送的单元会不断反复地重新发送此消息直到成功发送位置(错误恢复功能)；故障封闭功能，CAN可以判断出错误的类型是总线上数据错误(如外部噪声等)还是持续的数据错误(如单元内部故障、驱动器故障、断线等)，由此功能，当总线上发生次序数据错误时，可将引起此故障的单元从总线上隔离出去；连接节点多，CAN总线可同时连接多个单元，可连接的单元总数理论上是没有限制的，但实际上可连接的单元受总线上的时间延迟及电气负载的限制，若降低通信速度，则可连接的单元数增加，若提高通信速度，则可连接的单元数减少。正是因为CAN协议的这些特点，使得CAN特别适合工业过程监控设备的互连，因此，越来越受到工业界的重视，并已公认为最有前途的现场总线之一。
其中，控制器107与4G模块108和显示模块106之间通过RS485标准的数字通信网络进行信号传递，RS485是一个定义平衡数字多点系统中的驱动器和接收器的电气特性的标准，该标准由电信行业协会和电子工业联盟定义，使用该标准的数字通信网络能在远距离条件下以及电子噪声大的环境下有效传输信号，RS485使得连接本地网络以及多支路通信链路的配置成为可能。
在本申请实施例中，一种主动防撞系统，该系统包括：盾构机101及车载装置102，盾构机101上设置有定位信标103，车载装置102包括定位标签104、控制器107、显示模块106、4G模块108和语音模块105，定位信标103与定位标签104超宽带无线连接，用于实时测量定位信标103和定位标签104之间的距离信息，定位标签104与控制器107电连接，定位标签104通过串行通信协议将定位信标103和定位标签104之间的距离信息传输给控制器107，控制器107分别与显示模块106、4G模块108和语音模块105电连接，控制器107将接收到的定位信标103和定位标签104之间的距离信息分别传输给显示模块106、4G模块108和语音模块105。通过在盾构机101设置定位信标103和在车载装置102设置定位标签104，以及通过定位信标103和定位标签104之间的超宽带无线连接来实现实时测量盾构机101和车载装置102之间的距离，根据这个距离对车载装置102的运行状态进行实时的智能控制，实现辅助驾驶的作用，避免了因司机的疲劳驾驶而产生安全问题。
如图2所示，为一个实施例中盾构机的定位信标的结构框图，在本申请实施例中，盾构机101包含与定位信标103连接的第一电源模块201，第一电源模块201用于为定位信标103提供电能。其中，定位信标103包括：第一芯片206、第一微控制单元205、第二芯片204、第一功率放大器203和第一超宽带天线202，其中，第一电源模块201分别与第一芯片206、第一微控制单元205、第二芯片204和第一功率放大器203电连接，用于提供电能，第一微控制单元205分别与第一芯片206和第二芯片204电连接，第二芯片204与第一功率放大器203电连接，第一功率放大器203与第一超宽带天线202电连接。在本申请实施例中，第一芯片206为串行通信协议芯片，第二芯片204为DW1000芯片。
在本申请实施例中，在盾构机101上使用的是220V的电源进行供电，整个定位信标103需增加220V/24V电源模块。整个定位方案采用UWB超宽带无线定位技术，UWB(UltraWide Band，超宽带)是一种以极低功率在短距离内高速传输数据的无线通信技术，UWB具有抗干扰性能强、传输速率高、带宽极宽、消耗电能小、发送功率小等诸多优势，主要应用于室内通信、家庭网络、位置测定、雷达检测等领域，UWB系统容量大发送功率非常小，其电磁波辐射对人体的影响也会很小，应用更加广泛。
进一步地，在该UWB超宽带无线定位技术中采用的第一芯片206为CAN串行通信协议芯片，第二芯片204为DW1000芯片，人在隧道工作时都需要准确的精确度确定精准的位置，DecaWave公司的DW1000芯片对定位上的精确度符合此需求。DW1000芯片的最远传输距离为450米(直视距离，非直视距离为45米)，DW1000芯片功耗低，可双向测距和定位，可作为室内定位。
在本申请实施例中，一种主动防撞系统，该系统包括：盾构机101及车载装置102，盾构机101上设置有定位信标103以及与定位信标103连接的第一电源模块201，定位信标103包括：第一芯片206、第一微控制单元205、第二芯片204、第一功率放大器203和第一超宽带天线202，车载装置102包括定位标签104、控制器107、显示模块106、4G模块108和语音模块105，定位信标103与定位标签104超宽带无线连接，用于实时测量定位信标103和定位标签104之间的距离信息，定位标签104与控制器107电连接，定位标签104通过串行通信协议将定位信标103和定位标签104之间的距离信息传输给控制器107，控制器107分别与显示模块106、4G模块108和语音模块105电连接，控制器107将接收到的定位信标103和定位标签104之间的距离信息分别传输给显示模块106、4G模块108和语音模块105。通过在盾构机101设置定位信标103和在车载装置102设置定位标签104，以及通过定位信标103和定位标签104之间的超宽带无线连接来实现实时测量盾构机101和车载装置102之间的距离，同时第一芯片206和第二芯片204具体芯片类型的选取也提高了定位的精确程度，根据这个距离对车载装置102的运行状态进行实时的智能控制，实现辅助驾驶的作用，避免了因司机的疲劳驾驶而产生安全问题。
如图3所示，为一个实施例中车载装置的定位标签的结构框图，在本申请实施例中，车载装置102还包含与定位标签104连接的第二电源模块301，第二电源模块301用于为定位标签104提供电能。其中，定位标签104包括：第三芯片306、第二微控制单元305、第四芯片304、第二功率放大器303和第二超宽带天线302，其中，第二电源模块301分别与第三芯片306、第二微控制单元305、第四芯片304和第二功率放大器303电连接，用于提供电能，第二微控制单元305分别与第三芯片306和第四芯片304电连接，第三芯片306与控制器107电连接，第四芯片304与第二功率放大器303电连接，第二功率放大器303与第二超宽带天线302电连接。在本申请实施例中，第三芯片306为串行通信协议芯片，第四芯片304为DW1000芯片。
在本申请实施例中，一种主动防撞系统，该系统包括：盾构机101及车载装置102，盾构机101上设置有定位信标103以及与定位信标103连接的第一电源模块201，定位信标103包括：第一芯片206、第一微控制单元205、第二芯片204、第一功率放大器203和第一超宽带天线202，车载装置102包括定位标签104、控制器107、显示模块106、4G模块108和语音模块105，车载装置102还包含与定位标签104连接的第二电源模块301，定位标签104包括：第三芯片306、第二微控制单元305、第四芯片304、第二功率放大器303和第二超宽带天线302，定位信标103与定位标签104超宽带无线连接，用于实时测量定位信标103和定位标签104之间的距离信息，定位标签104与控制器107电连接，定位标签104通过串行通信协议将定位信标103和定位标签104之间的距离信息传输给控制器107，控制器107分别与显示模块106、4G模块108和语音模块105电连接，控制器107将接收到的定位信标103和定位标签104之间的距离信息分别传输给显示模块106、4G模块108和语音模块105。通过在盾构机101设置定位信标103和在车载装置102设置定位标签104，以及通过定位信标103和定位标签104之间的超宽带无线连接来实现实时测量盾构机101和车载装置102之间的距离，同时第一芯片206、第二芯片204、第三芯片306和第四芯片304具体芯片类型的选取也提高了定位的精确程度，根据这个距离对车载装置102的运行状态进行实时的智能控制，实现辅助驾驶的作用，避免了因司机的疲劳驾驶而产生安全问题。
如图4所示，为一个实施例中主动防撞系统的另一结构框图，在本申请实施例中，该车载装置102还包括：气刹401、电机控制器402和牵引电机403，其中，控制器107分别与气刹401和电机控制器402电连接，电机控制器402与牵引电机403电连接。
在本申请实施例中，一种主动防撞系统，该系统包括：盾构机101及车载装置102，盾构机101上设置有定位信标103，车载装置102包括定位标签104、控制器107、显示模块106、4G模块108、语音模块105、气刹401、电机控制器402和牵引电机403，定位信标103与定位标签104超宽带无线连接，用于实时测量定位信标103和定位标签104之间的距离信息，定位标签104与控制器107电连接，定位标签104通过串行通信协议将定位信标103和定位标签104之间的距离信息传输给控制器107，控制器107分别与显示模块106、4G模块108、语音模块105、气刹401、电机控制器402和牵引电机403电连接，电机控制器402与牵引电机403电连接，控制器107将接收到的定位信标103和定位标签104之间的距离信息分别传输给显示模块106、4G模块108和语音模块105。通过在盾构机101设置定位信标103和在车载装置102设置定位标签104，以及通过定位信标103和定位标签104之间的超宽带无线连接来实现实时测量盾构机101和车载装置102之间的距离，根据这个距离通过控制器107、气刹401、电机控制器402和牵引电机403的配合对车载装置102的运行状态进行实时的智能控制，实现辅助驾驶的作用，避免了因司机的疲劳驾驶而产生安全问题。
如图5所示，为一个实施例中主动防撞控制方法的流程示意图，该方法用于上述的主动防撞系统，该方法包括：
步骤501、所述控制器获取所述定位信标和所述定位标签之间的距离；
步骤502、当所述定位信标和所述定位标签之间的距离为第一距离时，所述控制器控制所述语音模块每隔预设距离间隔播报所述定位信标和所述定位标签之间的距离；
步骤503、当所述定位信标和所述定位标签之间的距离为第二距离时，所述控制器控制所述电机控制器，对所述车载装置进行限速，所述车载装置速度下降，并且所述控制器记录并存储所述第二距离内所述车载装置的操作过程；
步骤504、当所述定位信标和所述定位标签之间的距离为第三距离时，所述控制器控制所述气刹，使得所述车载装置停止，若所述车载装置执行复位操作，则所述车载装置继续驶入所述盾构机；
在本申请实施例中，第三距离小于第二距离，第二距离小于第一距离。具体的，第一距离设置为200m，第二距离设置为100m并且第三距离设置为50m，在车载装置102倒退驶向盾构机101的过程中，定位信标103与定位标签104进行实时测距，并将该距离显示给司机以供参考。当车载装置102的车头行进到距离盾构机101 200m时，语音模块105开始每隔20m提醒司机当前离盾构机101入口的距离；当车载装置102的车头行进到距离盾构盾构机101100m时，通过控制器107对车载装置102进行智能限速，使其能以较慢的速度进入盾构机101；当车载装置102的车头距离盾构机101 50m时，车载装置102的尾部应该刚到达盾构机101的入口处，此时控制器107将进行自动的减速停车，需要司机进行复位操作才可继续控制车载装置102进入盾构机101，以防止由于司机打瞌睡所导致的机车撞盾构的事故。并且控制器107会将整个100m内车载装置102的操作过程记录下来，当车载装置102驶出隧道来到有4G信号的地方时，通过4G模块108将数据发送到远程服务器。
在本申请实施例中，当车载装置102行驶至有4G信号的地方时，控制器107控制4G模块108将车载装置102的操作过程发送到远程服务器。其中，4G模块108采用4G-LTE模块，下行速率最大可达150Mbps，上行速率最大可达50Mbps。4G模块108标准对外接口为RS485和USB，由于数据量较小，并且使用的是微控制单元MCU，所以选定RS485接口对4G模块108进行控制。
在本申请实施例中，一种主动防撞控制方法，该方法包括：控制器107获取定位信标103和定位标签104之间的距离，当定位信标103和定位标签104之间的距离为第一距离时，控制器107控制语音模块105每隔预设距离间隔播报定位信标103和定位标签104之间的距离，定位信标103和定位标签104之间的距离为第二距离时，控制器107控制电机控制器402，对车载装置102进行限速，车载装置102速度下降，并且控制器107记录并存储第二距离内车载装置102的操作过程，当定位信标103和定位标签104之间的距离为第三距离时，控制器107控制气刹401，使得车载装置102停止，若车载装置102执行复位操作，则车载装置102继续驶入盾构机101。通过预先设置第一距离、第二距离和第三距离，控制器107将接收到的定位信标103和定位标签104之间的距离信息分别与第一距离、第二距离和第三距离进行比较，并通过语音模块105每隔预设距离间隔播报来提醒司机车载装置102与盾构机101之间的距离情况，并且控制器107还根据车载装置102与盾构机101之间的距离信息控制气刹401、电机控制器402和牵引电机403进而对车载装置102的运行状态进行实时的智能控制，实现辅助驾驶的作用，避免了因司机的疲劳驾驶而产生安全问题。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
