本发明公开了一种检测汽车浸水程度并实现预警的装置及浸水程度测量方法，该装置包括蓄电池和与控制单元相连的雨量传感器、位移传感器、液体密度传感器、顶杆升程传感器、手动开关、执行单元；蓄电池为控制单元供电；雨量传感器安装在汽车雨刮上，用于检测降雨量的大小；位移传感器安装在支架上，用于检测金属线缆的位移量；顶杆升程传感器安装在检测瓶上，用于测量顶杆在检测瓶上的位移量；液体密度传感器安装在检测瓶下部外壁上，用于检测水的密度；本发明安装方便、运行安全可靠，同时不降低车辆离地间隙，不影响汽车的通过性，可实时显示汽车浸水程度。
1.一种检测汽车浸水程度并实现预警的装置，其特征在于，包括雨量传感器(12)、位移传感器(3)、液体密度传感器(4)、顶杆(10)、顶杆升程传感器(5)、控制单元(6)、执行单元、蓄电池(1)、防护筐(16)、手动开关(2)；其中，所述雨量传感器(12)、手动开关(2)、位移传感器(3)、液体密度传感器(4)、顶杆升程传感器(5)和执行单元均与控制单元(6)相连；所述蓄电池(1)与控制单元(6)相连，手动开关(2)安装在汽车驾驶室仪表板上；所述执行单元包括支架(13)、直流电机(7)、辊子(15)、金属线缆(8)、导轨(17)、检测瓶(9)、检测浮子(11)；其中，所述支架(13)水平安装在汽车发动机舱右前围处；所述直流电机(7)安装在支架(13)上，所述辊子(15)通过轴承(14)支承在支架(13)上，所述直流电机(7)的输出轴与辊子(15)相连；所述金属线缆(8)缠绕在辊子(15)上，其一端与辊子(15)固定连接，另一端与检测瓶(9)的上端相连；所述导轨(17)安装在支架(13)上，所述金属线缆(8)滑动设置在导轨(17)上；所述检测瓶(9)顶部开有通孔，所述检测浮子(11)套在检测瓶(9)内，检测浮子(11)上部具有顶杆(10)，所述顶杆(10)穿过检测瓶(9)顶部的通孔；所述雨量传感器(12)安装在汽车雨刮上，用于检测降雨量的大小；所述位移传感器(3)安装在支架(13)上，用于检测金属线缆的位移量；所述顶杆升程传感器(5)安装在检测瓶(9)上，用于测量顶杆(10)在检测瓶(9)上的位移量；所述液体密度传感器(4)安装在检测瓶(9)下部外壁上，用于检测水的密度；所述防护筐(16)安装在汽车发动机舱右前围处，装置不工作时，检测瓶(9)位于防护筐(16)中，防止其左右晃动；所述控制单元(6)根据接收的位移传感器(3)、液体密度传感器(4)、顶杆升程传感器(5)的信号计算出积水高度，当积水高度超过阈值时报警。
2.根据权利要求1所述的检测汽车浸水程度并实现预警的装置，其特征在于，所述检测瓶(9)的形状为长方体，由金属网线制成，其底部具有配重。
3.根据权利要求1所述的检测汽车浸水程度并实现预警的装置，其特征在于，所述控制单元(6)包括电源模块、单片机模块、密度传感器模块、电机驱动模块、接口模块；
所述电源模块包括电源接口J1、二极管D1、极性电容E1-E16、非极性电容C1-C14、非极性电容C30、电阻R1-R3、电感L1、肖特基二极管D2、稳压芯片U1；其中，所述电源接口J1与蓄电池(1)相连，其一端与二极管D1的正极相连，另一端接地；二极管D1的负极、极性电容E1的正极、极性电容E2的正极、非极性电容C1的一端均与稳压芯片U1的输入端口相连；稳压芯片U1的引导输入端口与非极性电容C30的一端相连，稳压芯片U1的开关节点端口、非极性电容C30的另一端、电感L1的一端、肖特基二极管D2的负极相交于一点；电感L1的另一端、电阻R1的一端、极性电容E3的正极、极性电容E4的正极、非极性电容C2的一端相连后作为第一输出电源端口，电阻R1的另一端与电阻R2的一端相连；稳压芯片U1的反馈端口和电阻R2的另一端相连后接电阻R3的一端；极性电容E5-E16的正极、非极性电容C3-C14的一端均与第一输出电源端口相连；极性电容E5-E16的负极、非极性电容C1-C14的另一端、稳压芯片U1的接地端口、电阻R3的另一端和肖特基二极管2的正极均接地；
所述单片机模块包括单片机U4、JTAG接口J25、晶振Y1、电阻R22、非极性电容C17-C19、非极性电容C29、非极性电容C24、电感L2；其中，晶振Y1的一端和非极性电容C18的一端相连后接单片机U4的第一外部时钟输入端口，晶振Y1的另一端和非极性电容C19的一端相连后接单片机U4的第二外部时钟输入端口，非极性电容C18的另一端和非极性电容C19的另一端均接地；单片机U4的电源端口接电源模块的第一输出电源端口；电阻R22的一端与电源模块的第一输出电源端口相连，另一端和单片机U4的复位端口相连后接非极性电容C17的一端，非极性电容C17的另一端接地；非极性电容C24的一端接单片机U4的基准电压外部输入端口，另一端接地；电感L2的一端与电源模块的第一输出电源端口相连，另一端和非极性电容C29的一端相连后接单片机U4的模拟电源端口，非极性电容C29的另一端接地；JTAG接口J25的时钟端口、数据输出端口、模式选择端口、数据输入端口分别与单片机U4的四个I/O端口相连；JTAG接口J25的复位端口与单片机U4的复位端口相连，JTAG接口J25的电源端口与电源模块的第一输出电源端口相连，JTAG接口J25的接地端口接地；
所述密度传感器检测模块包括密度传感器接口J3、电感L3-L4、电阻R14-R21、非极性电容C15-C16、非极性电容C20-C23、非极性电容C32、二极管D5-D7、反向二极管D8、晶振Y2、模数转换芯片U2、调制解调芯片U3；其中，密度传感器接口J3的第一端口分别与二极管D5的正极和电感L3的一端相连，密度传感器接口J3的第二端口分别与二极管D5的负极和电感L4的一端相连，电感L3的另一端与二极管D7的负极相连，电感L4的另一端与二极管D6的正极相连；二极管D7的正极、非极性电容C15的一端、电阻R18的一端以及反向二极管D8的正极相连于一点，反向二极管D8的负极接地；二极管D6的负极和非极性电容C15的另一端相连后接模数转换芯片U2的基准电压输入端口；电阻R18的另一端接模数转换芯片U2的环路电流回路端口；电阻R20的一端接地，另一端和电阻R19的一端相连后接模数转换芯片U2的电压输入端口；电阻R19的另一端、二极管D6的负极、电阻R14的一端相连，电阻R14的另一端、非极性电容C21的一端以及非极性电容C22的一端相交于一点，非极性电容C21的另一端、电阻R15的一端以及电阻R16的一端相连后接调制解调芯片U3的ADC输入端口；非极性电容C22的另一端和电阻R15的另一端均接地；电阻R16的另一端和非极性电容C23的一端相连后接调制解调芯片U3的基准电压输入输出端口，非极性电容C23的另一端接地；电阻R21的两端与模数转换芯片U2的两个电流设置电阻端口相连；非极性电容C16的一端和非极性电容C32的一端相连后接模数转换芯片U2的外部电容输入端口，非极性电容C32的另一端接地，非极性电容C16的另一端与调制解调芯片U3的HART信号输出端口相连；电阻R17的一端与电源模块的第一输出电源端口相连，电阻R17的另一端与和非极性电容C20的一端相连后接调制解调芯片U3的电源输入端口，非极性电容C20的另一端接地；晶振Y2的一端接调制解调芯片U3的第一外部时钟输入端口，晶振Y2的另一端接调制解调芯片U3的第二外部时钟输入端口；模数转换芯片U2的数字接口电源端口和数字电源输出端口均与电源模块的第一输出电源端口相连；模数转换芯片U2的串行数据输出端口、串行时钟输入端口、帧同步输入端口、串行数据输入端口、加载DAC输入端口以及故障报警输出端口均与单片机U4的I/O端口相连；调制解调芯片U3的数据发射端口与单片机U4的第一数据接收端口相连，调制解调芯片U3的数据接收端口与单片机U4的第一数据发射端口相连，调制解调芯片U3的请求发射数据端口与单片机U4的I/O端口相连；调制解调芯片U3的载波检测端口与单片机U4的I/O端口相连；
所述电机驱动模块包括直流电机控制输出接口J10、三极管Q1-Q4、电阻R26-R29；其中，三极管Q1的发射极和三极管Q3的发射极均与电源模块的第一输出电源端口相连，三极管Q1的基极和电阻R26的一端相连，三极管Q3的基极和电阻R28的一端相连，三极管Q1的集电极和三极管Q2的集电极相连后接直流电机控制输出接口J10的一端口；三极管Q2的集电极和三极管Q4的集电极相连后接直流电机控制输出接口J10的另一端口；三极管Q2的基极和电阻R27的一端相连，三极管Q4的基极和电阻R29的一端相连，三极管Q2的发射极和三极管Q4的发射极均接地；电阻R26的另一端、电阻R27的另一端、电阻R28的另一端、电阻R29的另一端分别与单片机U4的四个I/O端口相连；所述直流电机(7)与直流电机控制输出接口J10相连；
所述接口模块包括手动使能接口J2、位移传感器接口J4、顶杆升程传感器接口J5、雨量传感器接口J6、电阻R4-R11；电阻R4的一端、电阻R6的一端、电阻R8的一端和电阻R10的一端均与电源模块的第一输出电源端口相连；电阻R4的另一端和电阻R5的一端相连后接手动使能接口J2的一端口，手动使能接口J2的另一端口接地，电阻R5的另一端与单片机U4的I/O端口相连；电阻R6的另一端和位移传感器接口J4的第一端口相连，电阻R7的一端和位移传感器接口J4的第二端口相连，电阻R7的另一端与单片机U4的I/O端口相连，位移传感器接口J4的第三端口接地；电阻R8的另一端和顶杆升程传感器接口J5的第一端口相连，电阻R9的一端和顶杆升程传感器接口J5的第二端口相连，电阻R9的另一端与单片机U4的I/O端口相连，顶杆升程传感器接口J5的第三端口接地；电阻R10的另一端和雨量传感器接口J6的第一端口相连，电阻R11的一端和雨量传感器接口J6的第二端口相连，电阻R11的另一端与单片机U4的I/O端口相连，雨量传感器接口J6的第三端口接地；所述手动开关(2)与手动使能接口J2相连；所述位移传感器(3)与位移传感器接口J4相连；所述顶杆升程传感器(5)与顶杆升程传感器接口J5相连；所述雨量传感器(12)与雨量传感器接口J6相连。
4.根据权利要求3所述的检测汽车浸水程度并实现预警的装置，其特征在于，所述控制单元(6)还包括状态检测模块；所述状态检测模块包括状态检测接口J11、电阻R30-R33、光电耦合器OP2；其中，电阻R32的一端与电源模块的第一输出电源端口相连，电阻R32的另一端和电阻R33的一端相连后与光电耦合器OP2的光敏三极管的集电极相连，光电耦合器OP2的光敏三极管的发射极接地；状态检测接口J11的第一端口与电阻R30的一端相连，电阻R30的另一端和电阻R31的一端相连后与光电耦合器OP2的发光二极管的正极相连，状态检测接口J11的第二端口和电阻R31的另一端相连后与光电耦合器OP2的发光二极管的负极相连；
5.根据权利要求4所述的检测汽车浸水程度并实现预警的装置，其特征在于，还包括报警指示灯，所述控制单元(6)还包括报警模块；所述报警模块包括报警指示灯接口J9、电阻R23-R25、光电耦合器OP1；其中，报警指示灯接口J9的第一端口与电源模块中的二极管D1负极相连，报警指示灯接口J9的第二端口与电阻R25的一端相连，电阻R25的另一端与光电耦合器OP1的光敏三极管的集电极相连，光电耦合器OP1的光敏三极管的发射极接地；电阻R23的一端与电源模块的第一输出电源端口相连，电阻R23的另一端和电阻R24的一端相连后接光电耦合器OP1的发光二极管的正极相连，电阻R24的另一端和光电耦合器OP1的发光二极管的负极相连后与单片机U4的I/O端口相连；所述报警指示灯与报警指示灯接口J9相连。
6.根据权利要求5所述的检测汽车浸水程度并实现预警的装置，其特征在于，所述控制单元(6)还包括通讯模块；所述通讯模块包括串口转换芯片U5、非极性电容C25-C28、RS232接口J8、瞬态抑制二极管D3、瞬态抑制二极管D4；其中，串口转换芯片U5的正向电荷泵正端口与电容C26的一端相连，串口转换芯片U5的正向电荷泵负端口与电容C26的另一端相连；
串口转换芯片U5的电荷泵正向输出端口与非极性电容C25的一端相连，非极性电容C25的另一端与电源模块的第一输出电源端口相连；串口转换芯片U5的反向电荷泵正端口与电容C27的一端相连，串口转换芯片U5的反向电荷泵负端口与电容C27的另一端相连；串口转换芯片U5的电荷泵负向输出端口与非极性电容C28的一端相连，非极性电容C28的另一端接地；串口转换芯片U5的供电端口和电源模块的第一输出电源端口相连；串口转换芯片U5的接地端口接地；串口转换芯片U5的驱动器输出端口和瞬态抑制二极管D3的负极相连后接RS232接口J8的第二端口，串口转换芯片U5的第一接收器输入端口和瞬态抑制二极管D4的负极相连后接与RS232接口J8的第三端口；串口转换芯片U5的接收器输出端口与单片机U4的第二数据接收端口相连，串口转换芯片U5的第一驱动器输入端口与单片机U4的第二数据发射端口相连；串口转换芯片U5的第二接收器输入端口、串口转换芯片U5的第二驱动器输入端口、瞬态抑制二极管D3的正极、瞬态抑制二极管D4的正极和RS232接口J8的第九端口均接地。
7.利用权利要求1所述的装置的浸水程度测量及报警方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)初始化检测瓶(9)底部距离地面的初始距离H0；设定雨量传感器(12)的阈值，设定检测瓶(9)下放的距离；在控制单元中设定积水高度H的阈值；
(2)雨量传感器(12)将雨量信号反馈给控制单元(6)，若降雨量超过设定的阈值或手动闭合手动开关(2)时，则直流电机(7)开始工作，检测瓶(9)随金属线缆(8)下移，检测浮子(11)接触到水面后其上的顶杆(10)与检测瓶(9)开始发生相对运动，控制单元收到位移传感器信号后，确认检测瓶(9)下放到设定距离时，使直流电机(7)停止工作，顶杆升程传感器(5)记录检测浮子(11)稳定后的上移量；
其中，检测瓶(9)底部到地面的距离H1＝H0-h，h为位移传感器(3)测得的金属线缆下移量；H2为顶杆升程传感器(5)记录检测浮子(11)稳定后的上移量；H排＝G/ρ液gS；G为检测浮子(11)的重量，ρ液为液体密度传感器(4)检测到水的密度，g为重力加速度，S为检测浮子(11)的下部的底面积；
(3)根据步骤(2)计算得到的积水高度H，如果求得的积水高度H大于设定积水高度H的阈值，则单片机接通报警模块中的报警指示灯，使报警指示灯闪烁。
检测汽车浸水程度并实现预警的装置及浸水程度测量方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种检测及预警装置，尤其涉及一种检测汽车浸水程度并实现预警的装置及浸水程度测量方法。
背景技术
[0002] 现在大多数家用轿车的进气口离地距离为70cm以上，排气口离地距离为20cm以上。汽车经过涉水路面其积水深度超过一定时，对三元催化装置和消声器造成损害。积水严重时排气管、进气管进水，造成发动机熄火，出现人员被困的现象。目前只有极少数高级车辆配置涉水辅助系统，其利用声呐级数评估水深，由于成本高，很难普及。在国内申报的相关专利中，大多在汽车底部加装液面高度传感器来检测积水深度，但如此会较大减小汽车的离地间隙，严重影响汽车的通过性，也不利于液面高度传感器使用安全性。
[0003] 申请号为201210039594.8的汽车涉水警示装置，它主要包括滚轴、驱动模块及积水报警器等，其中滚轴上并行绕设正负极导线，所述正负极导线的末端挂有一重物。当正负极导线的末端浸没于积水时，正负极导线的末端短路，积水报警器发出涉水报警信号，并由此计算出积水深度。但是该专利中重物底部设有正负极导线，若正负极导线其中一导线因磨损、拉伸、撞击而受损，都将影响装置的正常功能。
发明内容
[0004] 本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种检测汽车浸水程度并实现预警的装置及浸水程度测量方法。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种检测汽车浸水程度并实现预警的装置，包括雨量传感器、位移传感器、液体密度传感器、顶杆、顶杆升程传感器、控制单元、执行单元、蓄电池、防护筐、手动开关；其中，所述雨量传感器、手动开关、位移传感器、液体密度传感器、顶杆升程传感器和执行单元均与控制单元相连；所述蓄电池与控制单元相连，手动开关安装在汽车驾驶室仪表板上；所述执行单元包括支架、直流电机、辊子、金属线缆、导轨、检测瓶、检测浮子；其中，所述支架平行安装在汽车发动机舱右前围处；所述直流电机安装在支架上，所述辊子通过轴承支承在支架上，所述直流电机的输出轴与辊子相连；所述金属线缆缠绕在辊子上，其一端与辊子固定连接，另一端与检测瓶的上端相连；所述导轨安装在支架上，所述金属线缆滑动设置在导轨上；所述检测瓶顶部开有通孔，所述检测浮子套在检测瓶内，检测浮子上部具有顶杆，所述顶杆穿过检测瓶顶部的通孔；所述雨量传感器安装在汽车雨刮上，用于检测降雨量的大小；所述位移传感器安装在支架上，用于检测金属线缆的位移量；所述顶杆升程传感器安装在检测瓶上，用于测量顶杆在检测瓶上的位移量；所述液体密度传感器安装在检测瓶下部外壁上，用于检测水的密度；所述防护筐安装在汽车发动机舱右前围处，装置不工作时，检测瓶位于防护筐中，防止其左右晃动；所述控制单元根据接收的位移传感器、液体密度传感器、顶杆升程传感器的信号计算出积水高度，当积水高度超过阈值时报警。
[0006] 进一步地，所述检测瓶的形状为长方体，由金属网线制成，其底部具有配重。
[0007] 进一步地，所述控制单元包括电源模块、单片机模块、密度传感器模块、电机驱动模块、接口模块；
[0008] 所述电源模块包括电源接口J1、二极管D1、极性电容E1-E16、非极性电容C1-C14、非极性电容C30、电阻R1-R3、电感L1、肖特基二极管D2、稳压芯片U1；其中，所述电源接口J1与蓄电池1相连，其一端与二极管D1的正极相连，另一端接地；二极管D1的负极、极性电容E1的正极、极性电容E2的正极、非极性电容C1的一端均与稳压芯片U1的输入端口相连；稳压芯片U1的引导输入端口与非极性电容C30的一端相连，稳压芯片U1的开关节点端口、非极性电容C30的另一端、电感L1的一端、肖特基二极管D2的负极相交于一点；电感L1的另一端、电阻R1的一端、极性电容E3的正极、极性电容E4的正极、非极性电容C2的一端相连后作为第一输出电源端口，电阻R1的另一端与电阻R2的一端相连；稳压芯片U1的反馈端口和电阻R2的另一端相连后接电阻R3的一端；极性电容E5-E16的正极、非极性电容C3-C14的一端均与第一输出电源端口相连；极性电容E5-E16的负极、非极性电容C1-C14的另一端、稳压芯片U1的接地端口、电阻R3的另一端和肖特基二极管2的正极均接地；
[0009] 所述单片机模块包括单片机U4、JTAG接口J25、晶振Y1、电阻R22、非极性电容C17-C19、非极性电容C29、非极性电容C24、电感L2；其中，晶振Y1的一端和非极性电容C18的一端相连后接单片机U4的第一外部时钟输入端口，晶振Y1的另一端和非极性电容C19的一端相连后接单片机U4的第二外部时钟输入端口，非极性电容C18的另一端和非极性电容C19的另一端均接地；单片机U4的电源端口接电源模块的第一输出电源端口；电阻R22的一端与电源模块的第一输出电源端口相连，另一端和单片机U4的复位端口相连后接非极性电容C17的一端，非极性电容C17的另一端接地；非极性电容C24的一端接单片机U4的基准电压外部输入端口，另一端接地；电感L2的一端与电源模块的第一输出电源端口相连，另一端和非极性电容C29的一端相连后接单片机U4的模拟电源端口，非极性电容C29的另一端接地；JTAG接口J25的时钟端口、数据输出端口、模式选择端口、数据输入端口分别与单片机U4的四个I/O端口相连；JTAG接口J25的复位端口与单片机U4的复位端口相连，JTAG接口J25的电源端口与电源模块的第一输出电源端口相连，JTAG接口J25的接地端口接地；
[0010] 所述密度传感器检测模块包括密度传感器接口J3、电感L3-L4、电阻R14-R21、非极性电容C15-C16、非极性电容C20-C23、非极性电容C32、二极管D5-D7、反向二极管D8、晶振Y2、模数转换芯片U2、调制解调芯片U3；其中，密度传感器接口J3的第一端口分别与二极管D5的正极和电感L3的一端相连，密度传感器接口J3的第二端口分别与二极管D5的负极和电感L4的一端相连，电感L3的另一端与二极管D7的负极相连，电感L4的另一端与二极管D6的正极相连；二极管D7的正极、非极性电容C15的一端、电阻R18的一端以及反向二极管D8的正极相连于一点，反向二极管D8的负极接地；二极管D6的负极和非极性电容C15的另一端相连后接模数转换芯片U2的基准电压输入端口；电阻R18的另一端接模数转换芯片U2的环路电流回路端口；电阻R20的一端接地，另一端和电阻R19的一端相连后接模数转换芯片U2的电压输入端口；电阻R19的另一端、二极管D6的负极、电阻R14的一端相连，电阻R14的另一端、非极性电容C21的一端以及非极性电容C22的一端相交于一点，非极性电容C21的另一端、电阻R15的一端以及电阻R16的一端相连后接调制解调芯片U3的ADC输入端口；非极性电容C22的另一端和电阻R15的另一端均接地；电阻R16的另一端和非极性电容C23的一端相连后接调制解调芯片U3的基准电压输入输出端口，非极性电容C23的另一端接地；电阻R21的两端与模数转换芯片U2的两个电流设置电阻端口相连；非极性电容C16的一端和非极性电容C32的一端相连后接模数转换芯片U2的外部电容输入端口，非极性电容C32的另一端接地，非极性电容C16的另一端与调制解调芯片U3的HART信号输出端口相连；电阻R17的一端与电源模块的第一输出电源端口相连，电阻R17的另一端与和非极性电容C20的一端相连后接调制解调芯片U3的电源输入端口，非极性电容C20的另一端接地；晶振Y2的一端接调制解调芯片U3的第一外部时钟输入端口，晶振Y2的另一端接调制解调芯片U3的第二外部时钟输入端口；模数转换芯片U2的数字接口电源端口和数字电源输出端口均与电源模块的第一输出电源端口相连；模数转换芯片U2的串行数据输出端口、串行时钟输入端口、帧同步输入端口、串行数据输入端口、加载DAC输入端口以及故障报警输出端口均与单片机U4的I/O端口相连；
调制解调芯片U3的数据发射端口与单片机U4的第一数据接收端口相连，调制解调芯片U3的数据接收端口与单片机U4的第一数据发射端口相连，调制解调芯片U3的请求发射数据端口与单片机U4的I/O端口相连；调制解调芯片U3的载波检测端口与单片机U4的I/O端口相连；
[0011] 所述电机驱动模块包括直流电机控制输出接口J10、三极管Q1-Q4、电阻R26-R29；其中，三极管Q1的发射极和三极管Q3的发射极均与电源模块的第一输出电源端口相连，三极管Q1的基极和电阻R26的一端相连，三极管Q3的基极和电阻R28的一端相连，三极管Q1的集电极和三极管Q2的集电极相连后接直流电机控制输出接口J10的一端口；三极管Q2的集电极和三极管Q4的集电极相连后接直流电机控制输出接口J10的另一端口；三极管Q2的基极和电阻R27的一端相连，三极管Q4的基极和电阻R29的一端相连，三极管Q2的发射极和三极管Q4的发射极均接地；电阻R26的另一端、电阻R27的另一端、电阻R28的另一端、电阻R29的另一端分别与单片机U4的四个I/O端口相连；所述直流电机与直流电机控制输出接口J10相连；
[0012] 所述接口模块包括手动使能接口J2、位移传感器接口J4、顶杆升程传感器接口J5、雨量传感器接口J6、电阻R4-R11；电阻R4的一端、电阻R6的一端、电阻R8的一端和电阻R10的一端均与电源模块的第一输出电源端口相连；电阻R4的另一端和电阻R5的一端相连后接手动使能接口J2的一端口，手动使能接口J2的另一端口接地，电阻R5的另一端与单片机U4的I/O端口相连；电阻R6的另一端和位移传感器接口J4的第一端口相连，电阻R7的一端和位移传感器接口J4的第二端口相连，电阻R7的另一端与单片机U4的I/O端口相连，位移传感器接口J4的第三端口接地；电阻R8的另一端和顶杆升程传感器接口J5的第一端口相连，电阻R9的一端和顶杆升程传感器接口J5的第二端口相连，电阻R9的另一端与单片机U4的I/O端口相连，顶杆升程传感器接口J5的第三端口接地；电阻R10的另一端和雨量传感器接口J6的第一端口相连，电阻R11的一端和雨量传感器接口J6的第二端口相连，电阻R11的另一端与单片机U4的I/O端口相连，雨量传感器接口J6的第三端口接地；所述手动开关与手动使能接口J2相连；所述位移传感器与位移传感器接口J4相连；所述顶杆升程传感器与顶杆升程传感器接口J5相连；所述雨量传感器与雨量传感器接口J6相连。
[0013] 进一步地，所述控制单元还包括状态检测模块；所述状态检测模块包括状态检测接口J11、电阻R30-R33、光电耦合器OP2；其中，电阻R32的一端与电源模块的第一输出电源端口相连，电阻R32的另一端和电阻R33的一端相连后与光电耦合器OP2的光敏三极管的集电极相连，光电耦合器OP2的光敏三极管的发射极接地；状态检测接口J11的第一端口与电阻R30的一端相连，电阻R30的另一端和电阻R31的一端相连后与光电耦合器OP2的发光二极管的正极相连，状态检测接口J11的第二端口和电阻R31的另一端相连后与光电耦合器OP2的发光二极管的负极相连；电阻R33的另一端与单片机U4的I/O端口相连。
[0014] 进一步地，还包括报警指示灯，所述控制单元还包括报警模块；所述报警模块包括报警指示灯接口J9、电阻R23-R25、光电耦合器OP1；其中，报警指示灯接口J9的第一端口与电源模块中的二极管D1负极相连，报警指示灯接口J9的第二端口与电阻R25的一端相连，电阻R25的另一端与光电耦合器OP1的光敏三极管的集电极相连，光电耦合器OP1的光敏三极管的发射极接地；电阻R23的一端与电源模块的第一输出电源端口相连，电阻R23的另一端和电阻R24的一端相连后接光电耦合器OP1的发光二极管的正极相连，电阻R24的另一端和光电耦合器OP1的发光二极管的负极相连后与单片机U4的I/O端口相连；所述报警指示灯与报警指示灯接口J9相连。
[0015] 进一步地，所述控制单元还包括通讯模块；所述通讯模块包括串口转换芯片U5、非极性电容C25-C28、RS232接口J8、瞬态抑制二极管D3、瞬态抑制二极管D4；其中，串口转换芯片U5的正向电荷泵正端口与电容C26的一端相连，串口转换芯片U5的正向电荷泵负端口与电容C26的另一端相连；串口转换芯片U5的电荷泵正向输出端口与非极性电容C25的一端相连，非极性电容C25的另一端与电源模块的第一输出电源端口相连；串口转换芯片U5的反向电荷泵正端口与电容C27的一端相连，串口转换芯片U5的反向电荷泵负端口与电容C27的另一端相连；串口转换芯片U5的电荷泵负向输出端口与非极性电容C28的一端相连，非极性电容C28的另一端接地；串口转换芯片U5的供电端口和电源模块的第一输出电源端口相连；串口转换芯片U5的接地端口接地；串口转换芯片U5的驱动器输出端口和瞬态抑制二极管D3的负极相连后接RS232接口J8的第二端口，串口转换芯片U5的第一接收器输入端口和瞬态抑制二极管D4的负极相连后接与RS232接口J8的第三端口；串口转换芯片U5的接收器输出端口与单片机U4的第二数据接收端口相连，串口转换芯片U5的第一驱动器输入端口与单片机U4的第二数据发射端口相连；串口转换芯片U5的第二接收器输入端口、串口转换芯片U5的第二驱动器输入端口、瞬态抑制二极管D3的正极、瞬态抑制二极管D4的正极和RS232接口J8的第九端口均接地。
[0016] 利用上所述的装置的浸水程度测量及报警方法，包括如下步骤：
[0017] (1)初始化检测瓶底部距离地面的初始距离H0；设定雨量传感器的阈值，设定检测瓶下放的距离；在控制单元中设定积水高度H的阈值；
[0018] (2)雨量传感器将雨量信号反馈给控制单元，若降雨量超过设定的阈值或手动闭合手动开关时，则直流电机开始工作，检测瓶随金属线缆下移，检测浮子接触到水面后其上的顶杆与检测瓶开始发生相对运动，控制单元收到位移传感器信号后，确认检测瓶下放到设定距离时，使直流电机停止工作，顶杆升程传感器记录检测浮子稳定后的上移量；
[0019] 积水高度H的计算公式如下：
[0020] H＝H1+H排+H2
[0021] 其中，检测瓶底部到地面的距离H1＝H0-h，h为位移传感器测得的金属线缆下移量；H2为顶杆升程传感器记录检测浮子稳定后的上移量；H排＝G/ρ液gS；G为检测浮子的重量，ρ液为液体密度传感器检测到水的密度，g为重力加速度，S为检测浮子的下部的底面积；
[0022] (3)根据步骤(2)计算得到的积水高度H，如果求得的积水高度H大于设定积水高度H的阈值，则单片机接通报警模块中的报警指示灯，使报警指示灯闪烁。
[0023] 本发明的有益效果：本发明装置不仅具有加装方便、装置运行安全可靠的技术特征，同时本装置在不降低车辆离地间隙，不影响汽车的通过性情况下，可实现实时显示汽车浸水程度的技术效果。在汽车浸水程度超过预定值时，可以实现向车主报警的功能，并提出了一种计算汽车涉水路面积水深度的新方法和新装置。
附图说明
[0024] 图1是本发明装置的系统连接图；
[0025] 图2是发明装置的主视图；
[0026] 图3是发明装置的俯视图；
[0027] 图4是发明装置的检测瓶和检测浮子的装配图；
[0028] 图5是发明装置的检测瓶的仰视图；
[0029] 图6是发明装置的检测瓶和检测浮子的装配剖视图；
[0030] 图7是发明装置的电源模块电路图；
[0031] 图8是发明装置的单片机模块电路图；
[0032] 图9是发明装置的密度传感器模块电路图；
[0033] 图10是发明装置的电机驱动模块电路图；
[0034] 图11是发明装置的手动使能接口电路图；
[0035] 图12是发明装置的位移传感器接口电路图；
[0036] 图13是发明装置的顶杆升程传感器接口电路图；
[0037] 图14是发明装置的雨量传感器接口电路图；
[0038] 图15是发明装置的状态检测模块电路图；
[0039] 图16是发明装置的报警模块电路图；
[0040] 图17是发明装置的通讯模块电路图；
[0041] 图18是本发明浸水深度检测的原理图；
[0042] 图19是本发明浸水深度检测及报警的流程图；
[0043] 图中，蓄电池1、手动开关2、位移传感器3、液体密度传感器4、顶杆升程传感器5、控制单元6、直流电机7、金属缆线8、检测瓶9、顶杆10、检测浮子11、雨量传感器12、支架13、轴承14、辊子15、防护筐16、导轨17。
具体实施方式
[0044] 下面根据附图详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。
[0045] 如图1-6所示，本发明检测汽车浸水程度并实现预警的装置，包括雨量传感器12、位移传感器3、液体密度传感器4、顶杆升程传感器5、控制单元6、执行单元、蓄电池1、防护筐16、手动开关2、报警指示灯(图中未示出)；其中，所述雨量传感器12、手动开关2、位移传感器3、液体密度传感器4、顶杆升程传感器5和执行单元均与控制单元6相连；所述蓄电池1与控制单元6相连，手动开关2安装在汽车驾驶室仪表板上；所述执行单元包括支架13、直流电机7、辊子15、金属线缆8、导轨17、检测瓶9、检测浮子11；其中，所述支架13平行安装在汽车发动机舱右前围处；所述直流电机7安装在支架13上，所述辊子15通过轴承14支承在支架13上，所述直流电机7的输出轴与辊子15通过联轴器相连；所述金属线缆8缠绕在辊子15上，其一端与辊子15固定连接，另一端与检测瓶9的上端相连；所述导轨17安装在支架13上，用于引导金属线缆8，所述金属线缆8滑动设置在导轨17上；所述检测瓶9顶部开有通孔，所述检测浮子11套在检测瓶9内，检测浮子11上部具有顶杆10，所述顶杆10穿过检测瓶9顶部的通孔，检测浮子11沿检测瓶9上下滑动；所述雨量传感器12安装在汽车雨刮上，用于检测降雨量的大小；所述位移传感器3安装在支架13上，用于检测金属线缆8的位移量；所述顶杆升程传感器5安装在检测瓶9上，用于测量顶杆10在检测瓶9上的位移量；所述液体密度传感器4安装在检测瓶9下部外壁上，用于检测水的密度；所述防护筐16安装在发动机舱右前围处，装置不工作时，检测瓶9位于防护筐16中，防止其左右晃动。所述检测瓶9的形状为长方体，由金属网线制成，其底部具有配重。
[0046] 所述控制单元6包括电源模块、单片机模块、密度传感器模块、电机驱动模块、接口模块、状态检测模块、报警模块、通讯模块；
[0047] 如图7所示，所述电源模块包括电源接口J1、二极管D1、极性电容E1-E16、非极性电容C1-C14、非极性电容C30、电阻R1-R3、电感L1、肖特基二极管D2、稳压芯片U1；其中，所述电源接口J1与蓄电池1相连，其一端与二极管D1的正极相连，另一端接地；二极管D1的负极、极性电容E1的正极、极性电容E2的正极、非极性电容C1的一端均与稳压芯片U1的输入端口相连；稳压芯片U1的引导输入端口与非极性电容C30的一端相连，稳压芯片U1的开关节点端口、非极性电容C30的另一端、电感L1的一端、肖特基二极管D2的负极相交于一点；电感L1的另一端、电阻R1的一端、极性电容E3的正极、极性电容E4的正极、非极性电容C2的一端相连后作为第一输出电源端口，电阻R1的另一端与电阻R2的一端相连；稳压芯片U1的反馈端口和电阻R2的另一端相连后接电阻R3的一端；极性电容E5-E16的正极、非极性电容C3-C14的一端均与第一输出电源端口相连；极性电容E5-E16的负极、非极性电容C1-C14的另一端、稳压芯片U1的接地端口、电阻R3的另一端和肖特基二极管2的正极均接地；所述稳压芯片U1可以采用型号为LM22676-ADJ的产品，但不限于此。
[0048] 如图8所示，所述单片机模块包括单片机U4、JTAG接口J25、晶振Y1、电阻R22、非极性电容C17-C19、非极性电容C29、非极性电容C24、电感L2；其中，晶振Y1的一端和非极性电容C18的一端相连后接单片机U4的第一外部时钟输入端口，晶振Y1的另一端和非极性电容C19的一端相连后接单片机U4的第二外部时钟输入端口，非极性电容C18的另一端和非极性电容C19的另一端均接地；单片机U4的电源端口接电源模块的第一输出电源端口；电阻R22的一端与电源模块的第一输出电源端口相连，另一端和单片机U4的复位端口相连后接非极性电容C17的一端，非极性电容C17的另一端接地；非极性电容C24的一端接单片机U4的基准电压外部输入端口，另一端接地；电感L2的一端与电源模块的第一输出电源端口相连，另一端和非极性电容C29的一端相连后接单片机U4的模拟电源端口，非极性电容C29的另一端接地；JTAG接口J25的时钟端口、数据输出端口、模式选择端口、数据输入端口分别与单片机U4的四个I/O端口相连；JTAG接口J25的复位端口与单片机U4的复位端口相连，JTAG接口J25的电源端口与电源模块的第一输出电源端口相连，JTAG接口J25的接地端口接地；所述单片机U4可以采用型号为ATMEGA16的产品，但不限于此。
[0049] 如图9所示，所述密度传感器检测模块包括密度传感器接口J3、电感L3-L4、电阻R14-R21、非极性电容C15-C16、非极性电容C20-C23、非极性电容C32、二极管D5-D7、反向二极管D8、晶振Y2、模数转换芯片U2、调制解调芯片U3；其中，密度传感器接口J3的第一端口分别与二极管D5的正极和电感L3的一端相连，密度传感器接口J3的第二端口分别与二极管D5的负极和电感L4的一端相连，电感L3的另一端与二极管D7的负极相连，电感L4的另一端与二极管D6的正极相连；二极管D7的正极、非极性电容C15的一端、电阻R18的一端以及反向二极管D8的正极相连于一点，反向二极管D8的负极接地；二极管D6的负极和非极性电容C15的另一端相连后接模数转换芯片U2的基准电压输入端口；电阻R18的另一端接模数转换芯片U2的环路电流回路端口；电阻R20的一端接地，另一端和电阻R19的一端相连后接模数转换芯片U2的电压输入端口；电阻R19的另一端、二极管D6的负极、电阻R14的一端相连，电阻R14的另一端、非极性电容C21的一端以及非极性电容C22的一端相交于一点，非极性电容C21的另一端、电阻R15的一端以及电阻R16的一端相连后接调制解调芯片U3的ADC输入端口；非极性电容C22的另一端和电阻R15的另一端均接地；电阻R16的另一端和非极性电容C23的一端相连后接调制解调芯片U3的基准电压输入输出端口，非极性电容C23的另一端接地；电阻R21的两端与模数转换芯片U2的两个电流设置电阻端口相连；非极性电容C16的一端和非极性电容C32的一端相连后接模数转换芯片U2的外部电容输入端口，非极性电容C32的另一端接地，非极性电容C16的另一端与调制解调芯片U3的HART信号输出端口相连；电阻R17的一端与电源模块的第一输出电源端口相连，电阻R17的另一端与和非极性电容C20的一端相连后接调制解调芯片U3的电源输入端口，非极性电容C20的另一端接地；晶振Y2的一端接调制解调芯片U3的第一外部时钟输入端口，晶振Y2的另一端接调制解调芯片U3的第二外部时钟输入端口；模数转换芯片U2的数字接口电源端口和数字电源输出端口均与电源模块的第一输出电源端口相连；模数转换芯片U2的串行数据输出端口、串行时钟输入端口、帧同步输入端口、串行数据输入端口、加载DAC输入端口以及故障报警输出端口均与单片机U4的I/O端口相连；调制解调芯片U3的数据发射端口与单片机U4的第一数据接收端口相连，调制解调芯片U3的数据接收端口与单片机U4的第一数据发射端口相连，调制解调芯片U3的请求发射数据端口与单片机U4的I/O端口相连；调制解调芯片U3的载波检测端口与单片机U4的I/O端口相连；所述模数转换芯片U2可以采用型号为AD5421的产品，但不限于此。所述调制解调芯片U3可以采用型号为AD5700的产品，但不限于此。
[0050] 如图10所示，所述电机驱动模块包括直流电机控制输出接口J10、三极管Q1-Q4、电阻R26-R29；其中，三极管Q1的发射极和三极管Q3的发射极均与电源模块的第一输出电源端口相连，三极管Q1的基极和电阻R26的一端相连，三极管Q3的基极和电阻R28的一端相连，三极管Q1的集电极和三极管Q2的集电极相连后接直流电机控制输出接口J10的一端口；三极管Q2的集电极和三极管Q4的集电极相连后接直流电机控制输出接口J10的另一端口；三极管Q2的基极和电阻R27的一端相连，三极管Q4的基极和电阻R29的一端相连，三极管Q2的发射极和三极管Q4的发射极均接地；电阻R26的另一端、电阻R27的另一端、电阻R28的另一端、电阻R29的另一端分别与单片机U4的四个I/O端口相连；所述直流电机7与直流电机控制输出接口J10相连。
[0051] 如图11-14所示，所述接口模块包括手动使能接口J2、位移传感器接口J4、顶杆升程传感器接口J5、雨量传感器接口J6、电阻R4-R11；电阻R4的一端、电阻R6的一端、电阻R8的一端和电阻R10的一端均与电源模块的第一输出电源端口相连；电阻R4的另一端和电阻R5的一端相连后接手动使能接口J2的一端口，手动使能接口J2的另一端口接地，电阻R5的另一端与单片机U4的I/O端口相连；电阻R6的另一端和位移传感器接口J4的第一端口相连，电阻R7的一端和位移传感器接口J4的第二端口相连，电阻R7的另一端与单片机U4的I/O端口相连，位移传感器接口J4的第三端口接地；电阻R8的另一端和顶杆升程传感器接口J5的第一端口相连，电阻R9的一端和顶杆升程传感器接口J5的第二端口相连，电阻R9的另一端与单片机U4的I/O端口相连，顶杆升程传感器接口J5的第三端口接地；电阻R10的另一端和雨量传感器接口J6的第一端口相连，电阻R11的一端和雨量传感器接口J6的第二端口相连，电阻R11的另一端与单片机U4的I/O端口相连，雨量传感器接口J6的第三端口接地；所述手动开关2与手动使能接口J2相连；所述位移传感器3与位移传感器接口J4相连；所述顶杆升程传感器5与顶杆升程传感器接口J5相连；所述雨量传感器12与雨量传感器接口J6相连。
[0052] 如图15所示，所述状态检测模块包括状态检测接口J11、电阻R30-R33、光电耦合器OP2；其中，电阻R32的一端与电源模块的第一输出电源端口相连，电阻R32的另一端和电阻R33的一端相连后与光电耦合器OP2的光敏三极管的集电极相连，光电耦合器OP2的光敏三极管的发射极接地；状态检测接口J11的第一端口与电阻R30的一端相连，电阻R30的另一端和电阻R31的一端相连后与光电耦合器OP2的发光二极管的正极相连，状态检测接口J11的第二端口和电阻R31的另一端相连后与光电耦合器OP2的发光二极管的负极相连；电阻R33的另一端与单片机U4的I/O端口相连。
[0053] 如图16所示，所述报警模块包括报警指示灯接口J9、电阻R23-R25、光电耦合器OP1；其中，报警指示灯接口J9的第一端口与电源模块中的二极管D1负极相连，报警指示灯接口J9的第二端口与电阻R25的一端相连，电阻R25的另一端与光电耦合器OP1的光敏三极管的集电极相连，光电耦合器OP1的光敏三极管的发射极接地；电阻R23的一端与电源模块的第一输出电源端口相连，电阻R23的另一端和电阻R24的一端相连后接光电耦合器OP1的发光二极管的正极相连，电阻R24的另一端和光电耦合器OP1的发光二极管的负极相连后与单片机U4的I/O端口相连；所述报警指示灯与报警指示灯接口J9相连。
[0054] 如图17所示，所述通讯模块包括串口转换芯片U5、非极性电容C25-C28、RS232接口J8、瞬态抑制二极管D3、瞬态抑制二极管D4；其中，串口转换芯片U5的正向电荷泵正端口与电容C26的一端相连，串口转换芯片U5的正向电荷泵负端口与电容C26的另一端相连；串口转换芯片U5的电荷泵正向输出端口与非极性电容C25的一端相连，非极性电容C25的另一端与电源模块的第一输出电源端口相连；串口转换芯片U5的反向电荷泵正端口与电容C27的一端相连，串口转换芯片U5的反向电荷泵负端口与电容C27的另一端相连；串口转换芯片U5的电荷泵负向输出端口与非极性电容C28的一端相连，非极性电容C28的另一端接地；串口转换芯片U5的供电端口和电源模块的第一输出电源端口相连；串口转换芯片U5的接地端口接地；串口转换芯片U5的驱动器输出端口和瞬态抑制二极管D3的负极相连后接RS232接口J8的第二端口，串口转换芯片U5的第一接收器输入端口和瞬态抑制二极管D4的负极相连后接与RS232接口J8的第三端口；串口转换芯片U5的接收器输出端口与单片机U4的第二数据接收端口相连，串口转换芯片U5的第一驱动器输入端口与单片机U4的第二数据发射端口相连；串口转换芯片U5的第二接收器输入端口、串口转换芯片U5的第二驱动器输入端口、瞬态抑制二极管D3的正极、瞬态抑制二极管D4的正极和RS232接口J8的第九端口均接地。所述串口转换芯片U5可以采用型号为SP3232的产品，但不限于此。控制单元与通讯模块之间采用RS232通讯，控制单元把要发送的短信内容以及发送的指定手机号以专用的通讯协议方式给通讯模块，通讯模块接收后，把短信内容发送到指定手机号。
[0055] 如图18-19所示，利用本发明的装置的浸水深度的测量及报警方法，包括如下步骤：
[0056] (1)初始化检测瓶9底部距离地面的初始距离H0；设定雨量传感器12的阈值，设定检测瓶9下方的距离；在控制单元中设定积水高度H的阈值；
[0057] (2)雨量传感器12将雨量信号反馈给控制单元6，若降雨量超过设定的阈值或手动闭合手动开关2时，则直流电机7开始工作，检测瓶9随金属线缆8下移，检测浮子11接触到水面后其上的顶杆10与检测瓶9开始发生相对运动，控制单元收到位移传感器信号后，确认检测瓶9下方到设定距离时，使直流电机7停止工作，顶杆升程传感器5记录检测浮子11稳定后的上移量；
[0058] 积水高度H的计算公式如下：
[0059] H＝H1+H排+H2
[0060] 其中，检测瓶9底部到地面的距离H1＝H0-h，h为位移传感器3测得的金属线缆下移量；H2为顶杆升程传感器5记录检测浮子11稳定后的上移量；H排＝G/ρ液gS；G为检测浮子11的重量，ρ液为液体密度传感器4检测到水的密度，g为重力加速度，S为检测浮子11的下部的底面积；
[0061] (3)根据步骤(2)计算得到的积水高度H，如果求得的积水高度H大于设定积水高度H的阈值，则单片机接通报警模块中的报警指示灯，使报警指示灯闪烁。
[0062] 本发明装置不仅具有加装方便、装置运行安全可靠的技术特征，同时在不降低车辆离地间隙，不影响汽车的通过性情况下，实现实时显示汽车浸水程度的技术效果。在汽车浸水程度超过预定值时，可以实现向车主报警的功能，并提出了一种计算汽车涉水路面积水深度的新方法和新装置。
