CN105336178A - 一种反射式激光光幕分车器及实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及智能交通领域，具体涉及到一种反射式激光光幕分车器及实现方法。运用脉冲测距原理，采用多路激光发射器和同一接收器进行同步快速扫描，检测区域内车辆有无，实现车辆分离。分车器侧装于车道旁，生成的光幕由至少两个光束呈扇形均匀分布组合而成。每个光束呈现窄条型光斑，相邻光斑的窄边部分重叠，多束光拼接后形成扇形检测区域实现广角检测，该种相邻光斑重叠拼接的方式可避免位于两光斑之间的小型检测物被漏检，因此保证连续检测，避免出现间断。本发明相对于传统光栅式分车器施工简易、安装快捷，可调整检测范围，不受现场环境限制。
Description
技术领域
本发明涉及智能交通领域，具体涉及到一种反射式激光光幕分车器及实现方法。
背景技术
随着经济的发展，我国公路发展迅速，但同时公路货运超载现象也越来越普遍。车辆超载会缩短公路的使用寿命，危及桥梁的安全使用，导致恶性交通事故增加。为治理货运超载问题，在高速公路收费站对货运车辆实施称重收费。车辆分离器用来检测车辆的有无及其通过状况，是计重收费系统中一个重要组成部分。
目前，高速公路收费站使用的车辆分离器主要为光栅车辆分离器，但由于光栅车辆分离器采用对射式检测原理，需要将发光管阵列和接收管阵列分别安装于车道两旁的安全岛上并对准，实现双边对射来检测车辆的有无及通过状况。在安装光栅车辆分离器时需要双边对准精度，否则将影响测量准确性。光栅车辆分离器安装固定后其检测范围不可调节，且施工和维护难度大，成本较高。
发明内容
本发明为解决上述问题，提供了一种反射式激光光幕分车器。该反射式激光光幕分车器运用脉冲测距原理，采用多路发射和一路接收，每路发射依次与接收配合，快速循环形成扫描光幕，实现扇形区域内物体的检测，并且可设定任意单个或多个光束工作有效，屏蔽其余光束，进行特定区域的检测，可用于公路上检测区域内车辆有无，实现车辆分离，并且安装和维护方便。
本发明为实现上述实现目的，所采用的技术方案是：一种反射式激光光幕分车器，其特征在于：包括分车器壳体、发射透镜、广角接收透镜、底座和设置在分车器壳体内的分车器电路，所述分车器电路包括激光测距模块、主控模块和电源模块，所述激光测距模块与主控模块连接，所述电源模块用于提供激光测距模块和主控模块的工作电压；
所述激光测距模块包括激光发射单元、驱动电路、光电接收单元、放大整形电路、时间测量单元；所述主控模块包括单片机、按键输入电路、串行通信接口、LCD显示屏、开关量输出电路；激光发射单元至少为两个，每个激光发射单元连接一个驱动电路，时间测量单元分别与放大整形电路及至少为两个激光发射单元连接，所述放大整形电路与光电接收单元连接；所述单片机分别与按键输入电路、串行通信接口、LCD显示屏、开关量输出电路连接；
每个激光发射单元包括一个激光管和一个发射透镜，发射透镜设置在激光管前面，数个激光管以扇形方式均匀排列，各激光管之间间隔同一角度固定在扇形底座前端的扇形面上，底座通过电路板固定在分车器壳体前面板的一个窗口内，窗口上设有发射镜罩；
激光管发射激光束，激光束经过发射透镜后变成窄条型光斑射出构成一路光路；数个激光管循环发射的多个窄条型光斑激光束拼接成扇形激光光幕检测域实现广角检测；
所述激光测距模块的光电接收单元数量为一个，其包括一个光电二极管和一个广角接收透镜，广角接收透镜设置在光电二极管前端并固定在分车器壳体前面板的另一个窗口内，接收被检测目标反射回来的全部激光脉冲，窗口上设有接收镜罩；
所述LCD显示屏和与按键输入电路连接的按键设置在分车器壳体的侧面板上，分车器壳体固定在路面一侧。
一种反射式激光光幕分车器的工作方法：其特征在于：步骤如下：
第一步，检测范围设置：通过按键输入分车器安装高度和路面宽度即设定分车器检测范围的高H和长L，由主控模块单片机计算出每个光路的检测范围，主控模块单片机接收数据后根据三角函数公式由高和长分别与光束角度计算，得出该光束的两个长度值，取其中较小值，以此方式得到每个光束的范围；
第二歩，扫描一路光路：主控模块单片机生成窄脉冲信号给激光测距模块的一路驱动电路，触发第一个激光发射单元的激光管发射激光束，同时提供start信号给时间测量单元；
激光束经过发射透镜后变成窄条型光斑射出；若光束范围内无车辆经过，激光束射到路面后返回，若有车辆经过，激光束射到车身后返回；反射光经过光电接收单元的广角接收透镜汇聚于光电二极管光敏面，光信号被转换为电信号，经过放大整形后提供stop信号给时间测量单元；时间测量单元将测得的时间信息提供给主控模块单片机做进一步处理，计算出准确的距离值；
第三歩，按照步骤二依次快速扫描后续光路，数个激光管循环发射的多个窄激光束拼接成扇形激光光幕检测域实现广角检测；
第四歩，判断车辆有无：所有光路扫描完成后，主控模块单片机将每个光路实际测量的距离值与其设定的范围值作比较，若实测距离小于设定范围，则判定此时有车辆通行，若实测距离等于设定范围，则判定此时无车辆通行；
第五歩，开关量输出：主控模块单片机根据车辆的有无，通过开关量输出电路控制后级设备；
第六歩，数据显示：通过LCD显示屏对设定的检测范围、输出状态、机器是否故障等进行显示；
第七歩，上位机通信：通过串行通信接口将测量得到的所有信息以串行通信方式上传给上位机；
第八歩，快速循环步骤二至步骤七，对车道上车辆通行进行实时检测。
本发明的优点和积极效果是：该反射式激光光幕分车器用于公路上检测区域内车辆有无，实现车辆分离，相对于传统光栅式分车器施工简易、安装和维护方便。该反射式激光光幕分车器稍有刮碰导致轻微位移不影响分车检测。该反射式激光光幕分车器可调整检测范围，不受现场环境限制。该反射式激光光幕分车器每束激光均形成窄条型光斑，多个窄光束拼接成扇形激光光幕扇形检测域实现广角检测，没有盲区，可保证连续检测。
附图说明
图1为本发明的电路连接框图；
图2为本发明分车器壳体的主视图；
图3为本发明分车器壳体B的侧视图；
图4为本发明分车器壳体C的侧视图；
图5为本发明激光管的排列结构图；
图6为本发明分车器壳体的安装示意图；
图7为图6A局部放大图；
图8为本发明激光管发射的光路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详述，
如图1至图8所示，一种反射式激光光幕分车器，包括分车器壳体1、发射透镜2、广角接收透镜3、底座4和设置在分车器壳体1内的分车器电路，分车器电路包括激光测距模块、主控模块和电源模块，激光测距模块与主控模块连接，电源模块用于提供整个电路的工作电压。
激光测距模块包括激光发射单元、驱动电路、光电接收单元、放大整形电路、时间测量单元，分别用于发射激光、接收反射光信号和测量激光飞行时间。
主控模块包括单片机、按键输入电路、串行通信接口、LCD显示屏、开关量输出电路，分别用于数据处理及控制外部电路、实现按键输入功能、与上位机通信、数据显示和开关量输出。
激光发射单元至少为两个，每个激光发射单元连接一个驱动电路，时间测量单元分别与放大整形电路及至少为两个激光发射单元连接，放大整形电路与光电接收单元连接；单片机分别与按键输入电路、串行通信接口、LCD显示屏、开关量输出电路连接。
每个激光发射单元包括一个激光管5和一个发射透镜2，发射透镜2设置在激光管5前面，数个激光管5以扇形方式均匀排列，各激光管5之间间隔同一角度固定在扇形底座4前端的扇形面上，底座4通过电路板12固定在分车器壳体1前面板的一个窗口内，窗口上设有发射镜罩7。
激光管5发射激光束，激光束经过发射透镜2后变成窄条型光斑射出构成一路光路；数个激光管5循环发射的多束窄条型光斑激光束拼接成扇形激光光幕14检测域实现广角检测。
激光测距模块的光电接收单元数量为一个，其包括一个光电二极管6和一个广角接收透镜3，能够接收被检测目标反射回来的全部激光脉冲。广角接收透镜3设置在光电二极管前端并固定在分车器壳体1前面板的另一个窗口内，接收被检测目标反射回来的全部激光脉冲，窗口上设有接收镜罩8。
激光测距模块的时间测量单元是运用时间数字转换法对激光脉冲发射和接收的时间间隔进行精确测量。
LCD显示屏10和与按键输入电路连接的按键9设置在分车器壳体1的侧面板上，反射式激光光幕分车器的检测范围可通过按键9进行调整设置，同时由LCD显示屏10显示数据。
分车器壳体1固定在路面一侧。
反射式激光光幕分车器设有开关量输出控制，根据检测范围内车辆的有无，输出开关量控制后级设备。
反射式激光光幕分车器设有指示报警功能，通过LCD显示屏10指示产品是否有输出以及镜头是否被污染等故障。
一种反射式激光光幕分车器的工作方法：步骤如下：
第一步，检测范围设置：通过按键9输入分车器安装高度和路面宽度即设定分车器检测范围的高H和长L，由主控模块单片机计算出每个光路的检测范围，主控模块单片机接收数据后根据三角函数公式由高和长分别与光束角度计算，得出该光束的两个长度值，取其中较小值，以此方式得到每个光束的范围。
第二歩，扫描一路光路：主控模块单片机生成窄脉冲信号给激光测距模块的一路驱动电路，触发第一个激光发射单元的激光管发射激光束，同时提供start信号给时间测量单元，激光束经过发射透镜2后变成窄条型光斑射出；若光束范围内无车辆经过，激光束射到路面后返回，若有车辆经过，激光束射到车身后返回；反射光经过光电接收单元的广角接收透镜3汇聚于光电二极管光敏面，光信号被转换为电信号，经过放大整形后提供stop信号给时间测量单元；时间测量单元将测得的时间信息提供给主控模块单片机做进一步处理，计算出准确的距离值。
第三歩，按照步骤二依次快速扫描后续光路，数个激光管5循环发射的多束窄激光束拼接成扇形激光光幕14检测域实现广角检测。
第四歩，判断车辆有无：所有光路扫描完成后，主控模块单片机将每个光路实际测量的距离值与其设定的范围值作比较，若实测距离小于设定范围，则判定此时有车辆通行，若实测距离等于设定范围，则判定此时无车辆通行。
第五歩，开关量输出：主控模块单片机根据车辆的有无，通过开关量输出电路控制后级设备。
第六歩，数据显示：通过LCD显示屏10对设定的检测范围、输出状态、机器是否故障等进行显示。
第七歩，上位机通信：通过串行通信接口将测量得到的所有信息以串行通信方式上传给上位机11。
第八歩，快速循环步骤二至步骤七，对车道上车辆通行进行实时检测。
如图6所示，反射式激光光幕分车器侧装于车道13旁，反射式激光光幕分车器内部激光管循环发射出多个窄光束拼接成扇形激光光幕14，激光光幕14与行车方向垂直，反射式激光光幕分车器通过检测反射光信号获取激光光幕14范围内的行车状态，从而分离前车15和后车16，并将信息通过串行通信接口传给上位机11进行通信。
反射式激光光幕分车器以符合I类激光人眼安全为设计要求，激光平均功率小于0.4mW。
图8中的α为单个激光发射光束角度，β为相邻两个激光发射光束的重叠角度。每个光束呈现窄条型光斑，相邻光斑的窄边部分重叠，多束光拼接后形成扇形检测区域实现广角检测，该种相邻光斑重叠拼接的方式可避免位于两光斑之间的小型检测物被漏检，因此保证连续检测，避免出现间断。
上述实施例是描述性的，而不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种反射式激光光幕分车器，其特征在于：包括分车器壳体（1）、发射透镜（2）、广角接收透镜（3）、底座（4）和设置在分车器壳体（1）内的分车器电路，所述分车器电路包括激光测距模块、主控模块和电源模块，所述激光测距模块与主控模块连接，所述电源模块用于提供激光测距模块和主控模块的工作电压；
所述激光测距模块包括激光发射单元、驱动电路、光电接收单元、放大整形电路、时间测量单元；所述主控模块包括单片机、按键输入电路、串行通信接口、LCD显示屏、开关量输出电路；激光发射单元至少为两个，每个激光发射单元连接一个驱动电路，时间测量单元分别与放大整形电路及至少为两个激光发射单元连接，所述放大整形电路与光电接收单元连接；所述单片机分别与按键输入电路、串行通信接口、LCD显示屏、开关量输出电路连接；
每个激光发射单元包括一个激光管（5）和一个发射透镜（2），发射透镜（2）设置在激光管（5）前面，数个激光管（5）以扇形方式均匀排列，各激光管（5）之间间隔同一角度固定在扇形底座（4）前端的扇形面上，底座（4）通过电路板（12）固定在分车器壳体（1）前面板的一个窗口内，窗口上设有发射镜罩（7）；
激光管（5）发射激光束，激光束经过发射透镜（2）后变成窄条型光斑射出构成一路光路；数个激光管（5）循环发射的多个窄条型光斑激光束拼接成扇形激光光幕（14）检测域实现广角检测；
所述激光测距模块的光电接收单元数量为一个，其包括一个光电二极管（6）和一个广角接收透镜（3），广角接收透镜（3）设置在光电二极管前端并固定在分车器壳体（1）前面板的另一个窗口内，接收被检测目标反射回来的全部激光脉冲，窗口上设有接收镜罩（8）；
所述LCD显示屏（10）和与按键输入电路连接的按键（9）设置在分车器壳体（1）的侧面板上，分车器壳体（1）固定在路面一侧。
2.一种反射式激光光幕分车器的工作方法：其特征在于：步骤如下：
第一步，检测范围设置：通过按键（9）输入分车器安装高度和路面宽度即设定分车器检测范围的高H和长L，由主控模块单片机计算出每个光路的检测范围，主控模块单片机接收数据后根据三角函数公式由高和长分别与光束角度计算，得出该光束的两个长度值，取其中较小值，以此方式得到每个光束的范围；
第二歩，扫描一路光路：主控模块单片机生成窄脉冲信号给激光测距模块的一路驱动电路，触发第一个激光发射单元的激光管发射激光束，同时提供start信号给时间测量单元；
激光束经过发射透镜（2）后变成窄条型光斑射出；若光束范围内无车辆经过，激光束射到路面后返回，若有车辆经过，激光束射到车身后返回；反射光经过光电接收单元的广角接收透镜（3）汇聚于光电二极管光敏面，光信号被转换为电信号，经过放大整形后提供stop信号给时间测量单元；时间测量单元将测得的时间信息提供给主控模块单片机做进一步处理，计算出准确的距离值；
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