摘要：為了降低隧道積水造成安全事故的概率，設計了隧道積水報警系統(tǒng)，在隧道中發(fā)生影響人身安全的積水時，會在入口和隧道中進行警示。該系統(tǒng)通過SCCS型超聲波液位計檢測液位，?？低昳DS-2VS325-F836攝像頭采集隧道內停車信息，檢測到的信息接入AT89C52單片機后進行計算，最后通過JR-SG01進行隧道內外的聲光報警。

關鍵詞：隧道;單片機;報警

0? ? 引言

由于城市建設導致地面硬化、城市人口急劇膨脹等原因，夏天暴雨季節(jié)，我國部分大中型城市經常會遭遇水浸街，不同程度地發(fā)生城市內澇，嚴重影響人們的正常生活和工作。隧道地勢較低，空間密閉，且當前多數(shù)隧道口沒有預警信息，經常出現(xiàn)人與汽車困于隧道中的現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)死傷案例。因此在隧道口及隧道內部進行必要的警示顯得非常重要。

1? ? 系統(tǒng)總體架構

隧道積水報警系統(tǒng)可以顯示信息或語音報警禁止行人進入隧道或告知其盡快離開隧道。如圖1所示，通過液位計實時監(jiān)測液位數(shù)據(jù)發(fā)送至單片機，由單片機計算水位增加的速度及加速度，再根據(jù)攝像頭判斷隧道內車輛的通行狀況，綜合進行隧道能否通行的警示;并且當隧道內水位過高時，通過單片機播放語音，提醒隧道內的司機離開車輛。

2? ? 系統(tǒng)電路設計

2.1? ? 液位數(shù)據(jù)采集

圖2所示為數(shù)據(jù)采集及聲光報警電路，液位傳感裝置采用SCCS型超聲波液位計，將獲得的液位數(shù)據(jù)通過液位計自帶的RS485接口傳送至RS487通信芯片MAX487。MAX487與單片機的串口連接，將液位數(shù)據(jù)送入單片機。MAX487芯片A、B兩腳用于接收液位計的數(shù)據(jù);RO、DI引腳分別與單片機P30、P31引腳相連，將數(shù)據(jù)傳入單片機;RE與DE引腳分別為接收與輸出信號引腳，與單片機P37引腳相連。

2.2? ? 隧道內停車信息采集

如圖2所示，攝像頭采用?？低曔`章停車取證球型攝像機iDS-2VS325-F836系列，包含開關量的報警輸出，可以檢測到隧道內出現(xiàn)停車的情況。將隧道內停車的信息接入單片機。

2.3? ? 聲光報警電路

如圖2所示，聲光報警器采用旋轉爆閃警報燈JR-SG01，當發(fā)生報警的條件觸發(fā)后，在隧道口和隧道內部進行聲光報警。報警的語音信號可以實現(xiàn)定制，分多條語音信息分別觸發(fā)。

3? ? 報警邏輯

一般而言，積水超過27 cm時會封路，也就是說，積水超過27 cm，進氣管負壓就容易把水吸進進氣口，導致發(fā)動機熄火。但由于汽車通過隧道需要時間，在積水水位升高的情況下，可能導致汽車在進隧道前水位低于27 cm，而行駛在隧道中時，水位超過27 cm;所以需要警示的水位就與汽車通過隧道的時間（隧道長度與汽車速度的比值）、水位升高的速度及加速度相關。其中，加速度即水位升高速度的變化，受降水量與地形條件的影響，當?shù)孛娣e水較多，降雨量沒有特別大的變化時，則主要受地形條件的影響，即可認為加速度基本保持一致。

可得到需要警示的水位L1為：

式中：V1為隧道內車輛運行速度，由于積水時車輛運行速度較低，為安全起見，一般可取10 km/h;V2為水位升高的速度;L2為隧道長度;a為水位升高的加速度，由于加速度會影響水位升高的速度，所以此處將加速度單獨作為一個運算部分。

當隧道水位超過警示水位的一半，且攝像頭檢測到內部有停止的汽車時，顯示器直接顯示禁止通行信息，防止汽車因無法前進困在隧道內。

當隧道內水位過高時，通過單片機播放語音，提醒隧道內的司機離開車輛。一般而言，當水位超過70 cm后建議棄車，因為此時車輛很難正常前行，且積水繼續(xù)加深后車門將很難打開。

綜上所述，報警邏輯可總結如下：

（1）當前水位≤1/2警示值，且攝像頭監(jiān)控到隧道內無擁堵時不進行警示，提醒隧道外車主通過。

（2）當1/2警示值<當前水位≤警示值，且攝像頭監(jiān)控到隧道內有擁堵時，顯示器顯示隧道內擁堵，提醒隧道外車主禁止通過。

（3）警示值<當前水位≤70 cm時，顯示器顯示當前水位，并提醒隧道外車主禁止通行。

（4）當前水位≥70 cm，且攝像頭監(jiān)控到隧道內有擁堵時，顯示器顯示當前水位，提醒隧道外車主禁止通行，并語音提醒隧道內車主下車。

4? ? 結語

本文提出了基于51單片機的隧道積水報警系統(tǒng)，通過超聲波液位計、攝像頭檢測液位及隧道內是否有停車的信息，將信息傳給單片機，然后通過單片機對數(shù)據(jù)進行處理，分情況進行隧道內外的報警。制造樣機并進行測試，在各報警條件下系統(tǒng)均能產生相應的報警信息，可以有效減少隧道積水時的人員傷亡。

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收稿日期：2020-08-27

作者簡介：高又春（1984—），男，湖北監(jiān)利人，碩士研究生，講師，從事物聯(lián)網研究工作。