專利名稱：一種激光光幕式車輛高度檢測儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及高度檢測領域，具體涉及一種檢測儀，特別是一種激光光幕式車輛高
度檢測儀。
背景技術：
車輛高度自動檢測對于運動物體如大型運輸車輛的行駛安全性具有重要意義，也 可以作為貨運車型收費的必備數據。目前，主要的高度測量方法有人工讀取，攝像頭法和紅 外光幕測高，但這幾種方法均存在有缺陷或不足人工讀取的方法首先需要人工讀數，非自 動測量且精度差；攝像頭法需要高清攝像機和圖像識別算法，結構復雜成本高；紅外光幕 測高的方法雖然可以抗干擾、成本也較低，但在高精度測量時由于紅外光的散射性，使得算 法復雜，無法達到高的識別精度，并且無法測量鏤空物體高度。
發明內容
針對上述現有技術存在的缺陷或不足，本發明的目的在于，提供一種激光光幕式 車輛高度檢測儀，該高度檢測儀采用激光調制電路，組裝方便、價格便宜、抗干擾能力強、采 用光路對準裝置可以迅速校準光路，能夠適應動態高精度測量，并且可以測量鏤空物體高 度。 為了實現上述任務，本發明采取如下的技術解決方案 —種激光光幕式車輛高度檢測儀，包括發射傳感器陣列和接收傳感器陣列組成的 光幕，所述的發射傳感器陣列由半導體激光管發射陣列和光調制電路組合連接而成，所述 的接收傳感器陣列由紅外管接收陣列和光解調電路組合連接而成，所述的發射傳感器陣列 由第一電源模塊提供電源；所述的接收傳感器陣列與單片機連接，第二電源模塊為接收傳 感器陣列和單片機提供電源，接收傳感器陣列接收發射傳感器陣列發出的光束信號，并向
單片機轉換輸出電信號；單片機與上位機相連，單片機處理接收到的電信號，并輸出控制信號。 本發明還包括其他特征， 所述的接收傳感器陣列與單片機的連接采用光耦隔離，實現12v到5v的電平轉 換。 所述的發射傳感器陣列和接收傳感器陣列組成的光幕采用垂直安裝方式設置在 檢測站檢測線兩端。 所述的單片機選擇C51單片機。 所述的光調制電路和光解調電路采用555定時器模塊。
所述的第一電源模塊、第二電源模塊均選擇70w開關電源。 所述的單片機通過串口通信模塊與上位機連接，該串口通信模塊采用R232電平 轉換電路。 所述的光調制電路采用多諧振蕩器對光信號進行調制。
所述的光解調電路采用單穩態觸發器對信號進行解調。 本發明的激光光幕式車輛高度檢測儀，為了動態測量物體的實際高度，采用激光 發射傳感器陣列和紅外接收傳感器陣列組成光幕來提高測量精度，發射端的激光傳感器采 用調制信號對激光進行調制以克服日光、強光干擾，能夠完成對物體高度的動態測量，以及 對柵狀物體的高度測量。
圖1為本發明的硬件連接結構圖；圖2為本發明的校準裝置旋轉機械結構圖；圖3為本發明的校準裝置工作示意圖；圖4為本發明的校準指示電路；圖5為本發明的發送、接收傳感器安裝示意圖；圖6為本發明的光調制電路原理圖；圖7為本發明的光解調電路原理圖；圖8為本發明的調制信號波形圖；圖9為本發明的解調信號波形圖；圖10為本發明的單片機接收數據、數據處理流程11為本發明的單片機串口通信電路圖；圖12為本發明的車輛高度檢測線安裝效果圖；下面結合附圖和對發明的做進一步詳細說明。
具體實施例方式
參照圖l，本發明的激光光幕式車輛高度檢測儀，包括發射傳感器陣列和接收傳
感器陣列組成的光幕，發射傳感器陣列由半導體激光管發射陣列和光調制電路組合連接而
成，接收傳感器陣列由紅外管接收陣列和光解調電路組合連接而成，發射傳感器陣列由第
一電源模塊提供電源；接收傳感器陣列與單片機連接，第二電源模塊為接收傳感器陣列和
單片機提供電源；接收傳感器陣列接收發射傳感器陣列發出的激光信號，并向單片機輸出
電信號；單片機與上位機相連，單片機處理接收到的電信號，并輸出控制信號。 第一電源模塊和第二電源模塊均選擇70w開關電源，可以提供不共地的+12v與
+5^^的電源，分別給發射傳感器、接收傳感器、光調制電路、光解調電路及單片機供電。 由于激光的聚光性好，測量精度取決于接收傳感器與發射傳感器之間的距離，精
度越高在要求測量范圍內的傳感器數量就要求越多，出于降低成本、和測量速度的考慮，采
用8位的C51單片機。為了進一步提高測量精度可以增加傳感器的數量，這里采用口擴展
的方法來增加傳感器的數量。單片機通過串口通信模塊與上位機連接。串口通信模塊采用
R232電平轉換電路，可以實現與上位機的通信，在上位機上采用基于￥0++開發環境的界面
編程，可以實現將串口數據直接顯示在屏幕上。 參見圖2，圖2為校準裝置旋轉機械結構圖。由于激光的直線性、聚光性很好，在遠 距離的光傳輸中光的發散性不大，但這就對發射傳感器的光路校準提出了較高的要求，本 發明中采用了機械校準裝置以方便光路校準，采用搖臂1轉動帶動齒輪2與傳感器軸3旋轉，以接受傳感器軸3作為參照物，當光路對準以后，校準指示燈會發光，指示光路已經對 齊。具體的校準裝置工作示意圖以及校準指示電路如圖3、圖4所示。發射傳感器采用了半 導體激光發射管加光調制電路，光調制電路采用多諧振蕩器對光信號進行調制；接收傳感 器采用了紅外接收二極管和光解調電路，以抵御日光干擾，光解調電路采用單穩態觸發器 對信號進行解調。 接收傳感器的輸出信號與單片機的連接采用光耦隔離，可以實現12v到5v的電平 轉換，在提高抗干擾的基礎上起到不共地保護電路的作用。 參見圖5、12，在實際應用中，發射傳感器陣列和接收傳感器陣列組成的光幕采用 垂直安裝方式設置在檢測站檢測線兩端。圖5中，傳感器10和傳感器11安裝在傳感器軸 3上。為了保證光路準確而采用機械校準裝置，因為采用的是可見激光，可通過旋轉發射光 幕的方式來完成光路的校準，校準裝置旋轉機械結構如圖2所示。為了滿足精度的要求， 發射傳感器與發射傳感器、接收傳感器與接收傳感器之間的中心距離決定了最大誤差的程 度，通過增加傳感器密度的方法可以提高具體的測量精度。 參照圖6、圖7，激光發射管陣列和紅外接收管陣列，信號處理電路包光調制電路 和光解調電路，光調制電路對發送的信號進行處理(圖6)，光解調電路對接收的信號進行 處理(圖7)。 為了解決抗日光干擾的問題，對于發射管陣列采用了光調制電路。光調制電路采 用NE555定時器模塊構成多諧振蕩器，來實現對光信號的調制，555定時器采用12V供電，3 端為信號輸出端通過限流電阻與激光發射管相連。 光信號解調電路選擇NE555定時器模塊構成單穩態觸發器，來實現對光信號的解 調，以完成對日光的抗干擾功能，光接收采用紅外接收管實現，采用三極管實現反相器的作 用，單穩態觸發器的輸出與單片機之間采用光耦來實現12v到5v的電平轉換，并且可以起 到不共地保護電路的作用。 參照圖8、圖9，激光光幕式傳感器陣列的缺點是雖然激光的光散性很小，可以實 現很高精度的測量，但是日光、強光對接收端的信號接收，構成了很強的干擾，限制了接收 端的靈敏度，所以在光信號的調制上采用了多諧振蕩器對光信號進行調制，采用單穩態觸 發器對信號進行解調。為了滿足解調信號的要求，在振蕩器的輸出波形上采用高低電平持 續時間差異很大的方式來實現對光信號的調制，即T2 << 1\。具體的時間計算公式如下 Ti = 0. 7(R一R2)Q、 T2 = 0. 7R2C10對于光解調電路而言，只有當觸發脈沖(T2)來臨的時候 才會輸出高電平，所以對于連續的日光、強光不會產生反應起到了抗干擾的能力，其中單穩 態觸發器觸發的條件T2 << tw， tw的計算公式如下所示tw = 1. 1R^，解調信號輸出的依
然為一個交流信號所以要通過一個低通濾波器將輸出信號變為直流信號輸出。 參考圖IO，單片機采用判斷接收傳感器陣列中的接收管是否被擋的原理來實現對
高度的測量。在程序中考慮到了，是否有車通過、是否通過完畢等情況，可以實現對運動物 體的測量。尤其是車輛、不規則運動體的動態測量。具體的流程圖下首先初始化變量、初始 化串口，其次判斷是否有車通過，(在單片機中用flag_Car變量來表示是否有車通過，1為 有車通過，0為無車通過)。假如在有車來的情況下，首先從接收端讀入數據，如果接收端被 阻擋的話，端口會為低電平，此時對a[i]置位。(a[i]用來指示對應管號i的傳感器是否被 擋，1為被擋，0為沒擋，設計有40對傳感器)，判斷車是否通過完畢，如果沒有就繼續讀取端口數據對數組a置位，直到車輛通過完畢為止。假設車輛已經通過完畢，此時應該判斷車輛 的最高高度是多少，判斷方法采用從上向下的判斷方法來實現，通過判斷出最高被擋的管 號number,使用計算公式算出具體的高度realjieight并通過串口輸出。其中height為最 高傳感器的高度，error為傳感器之間的間距，該值決定了測量的最大誤差。采用這種測量 方法，可以動態測量運動物體的最高高度并輸出測量結果，并且可以測量鏤空物體的高度， 測量誤差由傳感器之間的間距決定，可以通過縮小間距增加傳感器密度來加強測量精度。
參考圖11，單片機的數據通信采用MAX232串口芯片來完成TTL電平到串口電平的 轉換，在上位機中可以采用可視化界面對數據進行顯示。 采用本發明的激光光幕式車輛高度檢測儀，當車輛或物體通過檢測線時，在檢測 站檢測線兩端的發射傳感器陣列和接收傳感器采集車輛或物體的高度信號，采集到的信號 經過轉換電路后傳送到單片機，單片機進行數據處理，最后輸出車輛高度信息，上位機顯示 車輛高度信息。
權利要求
一種激光光幕式車輛高度檢測儀，其特征在于，包括發射傳感器陣列和接收傳感器陣列組成的光幕，所述的發射傳感器陣列由半導體激光管發射陣列和光調制電路組合連接而成，所述的接收傳感器陣列由紅外管接收陣列和光解調電路組合連接而成，所述的發射傳感器陣列由第一電源模塊提供電源；所述的接收傳感器陣列與單片機連接，第二電源模塊為接收傳感器陣列和單片機提供電源；接收傳感器陣列接收發射傳感器陣列發出的光束信號，并向單片機轉換輸出電信號；單片機與上位機相連，單片機處理接收到的電信號，并輸出控制信號。
2. 如權利要求1所述的激光光幕式車輛高度檢測儀，其特征在于，所述的接收傳感器 陣列與單片機的連接采用光耦隔離，實現12v到5v的電平轉換。
3. 如權利要求1所述的激光光幕式車輛高度檢測儀，其特征在于，所述的發射傳感器 陣列和接收傳感器陣列組成的光幕采用垂直安裝方式設置在檢測站檢測線兩端。
4. 如權利要求1所述的激光光幕式車輛高度檢測儀，其特征在于，所述的單片機選擇 C51單片機。
5. 如權利要求1所述的激光光幕式車輛高度檢測儀，其特征在于，所述的光調制電路 和光解調電路采用555定時器模塊。
6. 如權利要求1所述的激光光幕式車輛高度檢測儀，其特征在于，所述的第一電源模 塊、第二電源模塊均選擇70w開關電源。
7. 如權利要求1所述的激光光幕式車輛高度檢測儀，其特征在于，所述的單片機通過 串口通信模塊與上位機連接，該串口通信模塊采用R232電平轉換電路。
8. 如權利要求1所述的激光光幕式車輛高度檢測儀，其特征在于，所述的光調制電路 采用多諧振蕩器對光信號進行調制。
9. 如權利要求1所述的激光光幕式車輛高度檢測儀，其特征在于，所述的光解調電路 采用單穩態觸發器對信號進行解調。
全文摘要
本發明公開了一種激光光幕式車輛高度檢測儀，包括發射傳感器陣列和接收傳感器陣列組成的光幕，發射傳感器陣列由半導體激光管發射陣列和光調制電路連接而成，接收傳感器陣列由紅外管接收陣列和光解調電路連接而成，由第一電源模塊提供電源；接收傳感器陣列與單片機連接，第二電源模塊為其提供電源；接收傳感器陣列接收發射傳感器陣列發出的光束信號并向單片機轉換輸出電信號；單片機與上位機相連，單片機處理接收到的電信號，并輸出控制信號。本發明造價便宜、組裝方便、測量準確，抗干擾能力強、采用光路對準裝置可以迅速校準光路，能夠適應動態高精度測量，并且可以測量鏤空物體高度。可以廣泛應用于高度檢測和車輛高度檢測。
文檔編號G08G1/04GK101762236SQ201010013670
公開日2010年6月30日 申請日期2010年1月22日 優先權日2010年1月22日
發明者史駿, 宋廣發, 楊盼盼, 歐意文, 趙軒 申請人:長安大學