專利名稱：紅外激光坡路會車監測裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用紅外激光探測原理、保護汽車司機駕駛安全的山區坡路會車監測裝置。
背景技術：
隨著山區公路建設的迅猛發展，山區公路運輸愈加繁忙，但由于山區交通管理困難，加之交通設施建設的薄弱，其道路安全問題形勢嚴峻，尤其是在盤山公路的狹窄坡路急轉彎處會車，往往因視野盲區，導致交通事故頻發，為杜絕此類交通隱患，許多山區采用在危險坡路懸崖邊上設置標志牌或裝設會車觀測玻璃視鏡的辦法、雖然可在一定程度上提醒司機或改善其視野，降低交通事故發生頻率，但不能從根本上解決司機視野盲區之隱患，尤其是在夜間或霧天會車時毫無作用。
發明內容
本發明針對上述問題，提供一種基于紅外激光探測原理、保護汽車司機駕駛安全的山區坡路會車監測裝置，該裝置能對上、下坡車輛進行全天候實時監測，當坡路轉彎處附近出現相向行駛或近距離尾追行駛車輛時，能及時提供相應信息，提醒司機謹慎駕駛、從而有效地避免坡路會車及尾追事故的發生，確保行車安全。
本發明提供的技術方案是一種坡路會車監測裝置，包括兩套具有發射頭和接收頭的紅外激光探測器、單片機、聲光警示電路、信號燈及信號燈柱，兩套紅外激光探測器、單片機、警示電路及信號燈安裝在信號燈柱上且使紅外激光探測器的發射頭和接收頭對準監測區域；紅外激光探測器的輸出分別與單片機的輸入相連、單片機輸出與聲光警示電路的輸入相連，聲光警示電路的輸出與信號燈相連。
上述紅外激光探測器由主振電路、紅外激光發射電路、本機振蕩電路、接收紅外激光發射電路發射的且被車輛阻擋而漫反射回來的紅外激光接收電路、參考混頻電路、參考混頻選頻放大及整形電路、信號混頻電路、信號混頻選頻放大及整形電路、高頻時鐘脈沖電路及相位時間處理電路組成，主振電路的輸出分別與紅外激光發射電路和參考混頻電路的輸入相連，參考混頻電路的輸出與參考混頻選頻放大及整形電路連接，本機振蕩電路的輸出分別與參考混頻電路和信號混頻電路相連，信號混頻電路的輸出與信號混頻選頻放大及整形電路連接，紅外激光接收電路的輸出與信號混頻電路相連，高頻時鐘脈沖電路、參考混頻選頻放大及整形電路和信號混頻選頻放大及整形電路的輸出分別接相位時間處理電路的輸入，相位時間處理電路的輸出接單片機的輸入。
上述紅外激光發射電路由激光發射管驅動電路和半導體紅外激光二極管組成，激光發射管驅動電路的輸出與半導體紅外激光二極管的輸入連接；紅外激光接收電路由雪崩二極管組成的接收前置放大電路，紅外激光發射電路發射的且被車輛阻擋而漫反射回來的紅外激光信號接雪崩二極管的輸入，雪崩二極管的輸出與前置放大電路的輸入連接，前置放大電路輸出與信號混頻電路的輸入相連。
上述相位時間處理電路由與門74LS08A、異或門74LS86A及與門74LS08B組成，與門74LS08A的二個輸入端分別與參考混頻選頻放大及整形電路和信號混頻選頻放大及整形電路的輸出相連，異或門74LS86A的二個輸入端分別與高頻時鐘脈沖電路和與門74LS08A的輸出端相連，與門74LS08B的二輸入端分別與異或門74LS86A的輸出端和單片機的閘門時間控制端口相連，與門74LS08B的輸出端連接到單片機的定時/計數器端口。
上述聲光警示電路由繼電器、語音芯片及功率放大電路、揚聲器組成，繼電器的輸入與單片機的輸出相連，繼電器的接點分別與交通警示燈和語音芯片及功率放大電路的輸入相連，語音芯片及功率放大電路的輸出與揚聲器相連。
本發明的信號燈柱(如鋼筋水泥或金屬柱)可樹立在需要會車監測警示的公路邊如盤山公路的坡路轉彎懸崖邊，在柱上分別安裝兩套結構完全相同的紅外激光探測器用于監測上、下坡過往車輛，信號燈柱上對應上下坡方向分別還安裝有兩個會車警示交通燈和一套共用的單片機及聲訊預警裝置。當坡路轉彎處附近出現行駛車輛時，對應另一邊的警示交通燈自動點燃，提示對邊司機注意。如在一定時間段內、轉彎處上下坡均出現相向行駛或尾追車輛時，不僅雙方的警示交通燈均點燃、且信號燈柱上的聲訊預警揚聲器將反復發出“對面有車，小心駕駛”的語音提示，當車輛駛過后，聲訊預警自動停止。本發明能對上、下坡車輛進行全天候實時監測，當坡路轉彎處附近出現相向行駛或近距離尾追行駛車輛時，能及時提供相應信息，提醒司機謹慎駕駛、從而有效地避免坡路會車及尾追事故的發生，確保行車安全。
圖1是本發明的結構框圖；圖2是本發明的紅外激光探測器的示意圖；圖3是本發明紅外激光探測器主振及紅外激光發射電路原理圖；圖4是本發明紅外激光探測器接收前置電路原理圖；圖5是本發明的本機振蕩及信號混頻(參考混頻)電路原理圖；圖6是本發明的選頻放大及整形電路的電路原理圖；圖7是本發明的相位時間處理電路原理圖；圖8本發明的單片機監測系統電路原理圖；圖9是本發明的聲光警示電路原理圖。
具體實施例方式
下面結合附圖及實施例，對本發明作進一步詳細的描述。
參見圖1，本發明包括兩套紅外激光探測器1、2、單片機3、聲光警示電路5、信號燈6及信號燈柱4，兩套紅外激光探測器1、2、單片機3、聲光警示電路5及信號燈6安裝在信號燈柱4上且使紅外激光探測器1、2的發射頭和接收頭對準監測區域；紅外激光探測器1、2的輸出分別與單片機3的輸入相連、單片機3的輸出與聲光警示電路5的輸入相連，聲光警示電路5的輸出與信號燈6相連。
參見圖2，紅外激光探測器1、2為相位式激光測距結構，分別由主振電路、紅外激光發射電路、本機振蕩電路、接收紅外激光發射電路發射的且被車輛(目標)阻擋而漫反射回來的紅外激光接收電路、參考混頻電路、參考混頻選頻放大及整形電路、信號混頻電路、信號混頻選頻放大及整形電路、高頻時鐘脈沖電路及相位時間處理電路組成。15MHz頻率的主振電路一端輸出與紅外激光發射電路連接，主振電路的另一端輸出與參考混頻電路相連接。14.994MHz的本機振蕩電路一端輸出與信號混頻電路相連接，另一端輸出與參考混頻電路相連接，信號及參考混頻電路與各自的選放整形電路相連接，而兩選放整形電路的輸出及高頻時鐘脈沖電路的輸出與相位時間處理電路相連接，相位時間處理電路的輸出與單片機相連接。
如圖3所示，15MHz主振電路及紅外激光發射電路由晶體管BG1和15MHz石英晶振LD及外圍元件組成密勒晶體振蕩電路，C1為振蕩補償電容，C2為頻率微調電容，能使頻率穩定度較好地滿足探測要求。另外本電路設計L2、R5、C8、C9組成電壓濾波電路，加之穩壓管DW的采用，亦能較好地避免電壓波動所引起的頻率不穩。高頻放大電路BG2、BG3和半導體紅外激光發射二極管DN組成紅外激光發射電路，在功放管BG3和激光發射管DN之間并聯電容C10、控制紅外激光二極管電流從而實現光強調制。另外、主振信號通過BG3、C10、和R9輸送至參考混頻電路與本振信號混頻。
圖4中，硅雪崩光電二極管(APD)是同時具有光電效應和雪崩效應的器件，APD工作在反向偏置(偏置電壓為145V左右)。圖4中低噪聲、高輸入阻抗的場效應管DJ2、DJ1組成APD的前置放大電路，DJ2的高輸入阻抗適合于接收微弱信號，DJ1的高輸出阻抗充當了DJ2的輸出端電阻、以確保前置級具有較高的增益。雪崩二極管接收到行駛車輛漫反射回來的光信息并轉換為電信號后、其電流急劇變化，通過電阻R10轉變為電壓變化、送至DJ2柵極進行放大，再通過DJ1將其輸出電壓信號Us送至信號混頻電路。
圖5中，晶體管BG4、BG5、石英晶振X1、變容二極管D、頻率微調電阻VR2組成振蕩頻率為14.994MHz的壓控型本機振蕩電路，并通過BG5射極分別接到信號混頻電路和參考混頻電路的IC1(MC1596G)的8腳(信號混頻電路和參考混頻電路的構成相同，均由乘法器IC1及外圍元件構成，故圖5中只給出了信號混頻電路)。信號混頻電路和參考混頻電路均具有寬頻帶輸入、高變頻增益和高輸入靈敏度諸優點。以圖5的信號混頻電路為例；當本機振蕩信號(14.994MHz)通過BG5至MC1596G的8腳時，紅外激光接收前置放大信號Us亦送至信號混頻MC1596G的1腳，混頻后的和頻及差頻信號通過L3、Cp1、Cp2組成的II型濾波電路，圖5中的VR1為IC1調零電位器。
本發明紅外激光探測器的參考混頻選頻放大及整形電路、信號混頻選頻放大及整形電路結構相同。圖6給出了信號混頻選頻放大及整形電路的結構；C26、C27、C28、R38、R39、R40組成雙T選頻放大電路，來自混頻級的輸入信號通過C25送入選放回路的射極追隨器BG6，并將信號經BG7放大后直接耦合到晶體管BG9的基極，由BG9的射極分兩路輸出；一路通過雙T濾波網絡至場效應管BG8的柵極，圖6中雙T網絡為負反饋帶阻濾波電路，當輸入信號的頻率與雙T網絡中心頻率f0一致時，輸出信號幅值最大。換言之，混頻輸出中的6KHz差頻信號將順利通過BG9射極輸出，其和頻信號將被濾掉，從而達到選頻之目的。BG9射極輸出的另一路通過電容C29與比較器LM339(IC2)的反相端連接，選頻后的6KHz差頻信號經比較器339整形后轉換為前后沿陡峭的同頻方波信號。
參見圖7，本發明紅外激光探測器相位時間處理電路中的比較器IC3(LM311)芯片、12MHz石英晶振X2及外圍元件構成高頻時鐘電路；其中晶振X2作為串聯諧振形成正反饋，C31是與晶振串聯的負載電容，R50構成直流負反饋。由于比較器的增益高，故用一級電路即可滿足時鐘信號幅值要求。LM311芯片1腳輸出的高頻時鐘方波信號接入與門IC5(74LS08A)的輸入端(5腳)。信號混頻的差頻信號和參考混頻的差頻信號選放整形后分別為er和em，同時接入異或門IC4(74LS86A)的輸入端，異或門輸出er和em的相位差Δθ送至與門IC5的輸入端(4腳)，IC5的輸出端送出填充高頻時鐘脈沖的Δθ信號，它代表紅外激光測尺長度的距離值、亦稱單次檢相值。由于電路噪聲及大氣抖動等影響，單次檢相可能產生較大的偶然誤差，為了提高檢相值精度，本發明采用多次檢相取平均的方法，分別利用單片機8032的P1.0和P1.2口作為兩套檢測相位時間處理電路的閘門時間控制端口，用以控制檢相方波的個數，從而大大提高了測距精度，確保紅外激光探測器辯識坡路路面和行駛車輛的能力。與門IC6(74LS08B)的輸入端6腳接受IC5送來的單次檢相值，與門IC6的輸入端7腳接受閘門時間信號的控制，IC6的輸出端3腳分別連接到單片機8032的定時/計數器端口T1和T2。
圖8中，單片機8032的P1.0或P1.2口輸出閘門控制信號至與門IC6的同時，還分別通過各自的與非門IC7(74LS00A)和IC8(74LS00B)送至INT0或INT1口申請中斷，中斷允許后，T1或T2分別作為計數器對多次檢相脈沖計數并取平均值，即可根據測距值的差異，辯識坡路上行駛車輛的存在與否。且分別通過P1.6或P1.7端口將行駛車輛的預警信號經緩沖與非門IC10(74LS00)或緩沖與非門IC11(74LS00)驅動晶體管BG10或BG11飽和導通。晶體管BG10或BG11飽和導通時，分別使繼電器JK1或JK2線圈得電。
圖9是本發明的聲光警示電路原理圖；當繼電器JK1或JK2線圈得電時，其常開觸點JK1或JK2閉合，自動點燃對應的警示交通燈。當上下坡轉彎處路面出現會車或尾追時，常開接點JK1和JK2均閉合，除點燃上下坡對應交通警示燈外，BG12飽和導通，語音芯片IC12得電，語音信號經功率放大器IC13由揚聲器(SPEAKER)反復播放“對面有車，小心駕駛”的警示語音，提示司機謹慎駕駛，并延時到會車或尾追消除后，繼電器JK1.JK2線圈自動失電，聲光預警信號自行解除。
本發明具有高靈敏度、高可靠性、小功耗、便于安裝、調試、特別是維修方便諸優點，尤其適合盤山路面堅硬、不宜實施預埋磁感應線圈作為車輛行駛探測器的坡路環境，以及無交流電源的地方，便于采用蓄電池或太陽能供電。
權利要求
1.一種紅外激光坡路會車監測裝置，其特征在于包括兩套具有發射頭和接收頭的紅外激光探測器、單片機、聲光警示電路、信號燈及信號燈柱，兩套紅外激光探測器、單片機、警示電路及信號燈安裝在信號燈柱上且使紅外激光探測器的發射頭和接收頭對準監測區域；紅外激光探測器的輸出分別與單片機的輸入相連、單片機輸出與聲光警示電路的輸入相連，聲光警示電路的輸出與信號燈相連。
2.根據權利要求1所述的監測裝置，其特征在于紅外激光探測器由主振電路、紅外激光發射電路、本機振蕩電路、接收紅外激光發射電路發射的且被車輛阻擋而漫反射回來的紅外激光接收電路、參考混頻電路、參考混頻選頻放大及整形電路、信號混頻電路、信號混頻選頻放大及整形電路、高頻時鐘脈沖電路及相位時間處理電路組成，主振電路的輸出分別與紅外激光發射電路和參考混頻電路的輸入相連，參考混頻電路的輸出與參考混頻選頻放大及整形電路連接，本機振蕩電路的輸出分別與參考混頻電路和信號混頻電路相連，信號混頻電路的輸出與信號混頻選頻放大及整形電路連接，紅外激光接收電路的輸出與信號混頻電路相連，高頻時鐘脈沖電路、參考混頻選頻放大及整形電路和信號混頻選頻放大及整形電路的輸出分別接相位時間處理電路的輸入，相位時間處理電路的輸出接單片機的輸入。
3.根據權利要求2所述的監測裝置，其特征在于紅外激光發射電路由激光發射管驅動電路和半導體紅外激光二極管組成，激光發射管驅動電路的輸出與半導體紅外激光二極管的輸入連接；紅外激光接收電路由雪崩二極管組成的接收前置放大電路，紅外激光發射電路發射的且被車輛阻擋而漫反射回來的紅外激光信號接雪崩二極管的輸入，雪崩二極管的輸出與前置放大電路的輸入連接，前置放大電路輸出與信號混頻電路的輸入相連。
4.根據權利要求2或3所述的監測裝置，其特征在于相位時間處理電路由與門74LS08A、異或門74LS86A及與門74LS08B組成，與門74LS08A的二個輸入端分別與參考混頻選頻放大及整形電路和信號混頻選頻放大及整形電路的輸出相連，異或門74LS86A的二個輸入端分別與高頻時鐘脈沖電路和與門74LS08A的輸出端相連，與門74LS08B的二輸入端分別與異或門74LS86A的輸出端和單片機的閘門時間控制端口相連，與門74LS08B的輸出端連接到單片機的定時/計數器端口。
5.根據權利要求2或3所述的監測裝置，其特征在于聲光警示電路由繼電器、語音芯片及功率放大電路、揚聲器組成，繼電器的輸入與單片機的輸出相連，繼電器的接點分別與交通警示燈和語音芯片及功率放大電路的輸入相連，語音芯片及功率放大電路的輸出與揚聲器相連。
全文摘要
本發明涉及一種紅外激光坡路會車監測裝置，包括兩套具有發射頭和接收頭的紅外激光探測器、單片機、聲光警示電路、信號燈及信號燈柱，兩套紅外激光探測器、單片機、警示電路及信號燈安裝在信號燈柱上且使紅外激光探測器的發射頭和接收頭對準監測區域；紅外激光探測器的輸出分別與單片機的輸入相連、單片機輸出與聲光警示電路的輸入相連，聲光警示電路的輸出與信號燈相連。本發明能對上、下坡車輛進行全天候實時監測，當坡路轉彎處附近出現相向行駛或近距離尾追行駛車輛時，能及時提供相應信息，提醒司機謹慎駕駛、從而有效地避免坡路會車及尾追事故的發生，確保行車安全。
文檔編號G01S17/00GK1693923SQ20051001841
公開日2005年11月9日 申請日期2005年3月21日 優先權日2005年3月21日
發明者熊昌侖, 李可, 曹樹平 申請人:武漢大學