CN108106548A - 用于机动车检测线的机动车外廓长度测量系统 - Google Patents

用于机动车检测线的机动车外廓长度测量系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于机动车检测线的机动车外廓长度测量系统，属于机动车检测设备领域，以解决目前人工测量方式存在的测量效率低、耗时长和人力成本高的问题。包括电源模块、外廓长度测量卡、若干对激光对射管、信号灯、闸机和上位机；所述电源模块与外廓长度测量卡、若干对激光对射管、信号灯和闸机均连接，并用于为外廓长度测量卡、若干对激光对射管、信号灯和闸机供电；若干对激光对射管中的激光发射管和激光接收器相对设置于机动车检测线检测位的两侧，闸机的横杆设置于机动车的检测位检测入口处；所述外廓长度测量卡包括微控制器模块、以太网模块、开关信号输出模块、DC‑DC电源模块、模拟信号输入模块、数字信号输入模块和工作状态指示灯模块。

Description

用于机动车检测线的机动车外廓长度测量系统
技术领域
本发明涉及机动车检测设备技术领域，尤其涉及一种用于机动车检测线的机动车外廓长度测量系统。
背景技术
近几年，机动车数量出现了快速增长，机动车的数量由2003年时的1219万辆，猛增到现在的3亿辆。目前交通审验机动车检测线等机构在对机动车的外廓长度进行测量时，如测量机动车的轴距、前悬长、后悬长和车长时，均采用人工丈量方法实现。该种测量方式存在测量效率低、耗时长、人力成本高等缺点，已经不能适应目前社会的发展需求。
国家在近几年接连发布了《道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值》的国家标准GB1589-2014和《汽车、挂车及汽车列车外廓尺寸、轴荷及质量限值》的国家标准GB1589-2016，这些标准规定了汽车、挂车等机动车的外廓尺寸、轴荷及质量限值，是路政、交管等部门治理公路超载超限的基本技术依据。但现有的人工丈量无法满足这一国家标准，因此，急需一种按照国家标准对机动车的外廓长度进行全自动测量的系统。
发明内容
本发明的目的是解决目前采用人工方式测量机动车外廓长度存在测量效率低、耗时长和人力成本高的技术问题，提供一种用于机动车检测线的机动车外廓长度测量系统。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种用于机动车检测线的机动车外廓长度测量系统，其包括电源模块、外廓长度测量卡、若干对激光对射管、信号灯、闸机和上位机；所述电源模块与外廓长度测量卡、若干对激光对射管、信号灯和闸机均连接，并用于为外廓长度测量卡、若干对激光对射管、信号灯和闸机供电；若干对激光对射管中的激光发射管和激光接收器相对设置于机动车检测线检测位的两侧，闸机的横杆设置于机动车的检测位检测入口处；所述外廓长度测量卡包括微控制器模块、以太网模块、开关信号输出模块、DC-DC电源模块、模拟信号输入模块、数字信号输入模块和工作状态指示灯模块，其中：
所述DC-DC电源模块的电源输入端与电源模块的电源输出端连接，且DC-DC电源模块用于将电源模块的电压转换为第一电压、第二电压和第三电压，DC-DC电源模块的第一电压输出端分别与微控制器模块的电源输入端和数字信号输入模块的电源输入端连接，DC-DC电源模块的第二电压输出端与模拟信号输入模块的电源输入端连接，DC-DC电源模块的第三电压输出端与开关信号输出模块的电源输入端连接；所述若干对激光对射管的信号输出端均通过输入/输出接线端子与模拟信号输入模块的信号输入端和数字信号输入模块的信号输入端连接，模拟信号输入模块的信号输出端和数字信号输入模块的信号输出端均与微控制器模块的信号输入端连接，微控制器模块的信号输出端与开关信号输出模块的信号输入端和工作状态指示灯模块的信号输入端连接，微控制器模块的网络端口与以太网模块连接，开关信号输出模块与信号灯和闸机均连接；所述模拟信号输入模块和数字信号输入模块用于采集若干对激光对射管发出的开关信号，并对采集的开关信号进行整形和滤波，以处理为微控制器模块可识别的信号，微控制器模块用于根据接收的来自模拟信号输入模块或数字信号输入模块的信号及预先存储的激光对射管之间的间距计算机动车的轴距、前悬长、后悬长和车长，并将计算结果通过以太网模块发送至上位机，微控制器模块还用于根据计算结果生成控制指令，并将控制指令发送至开关信号输出模块和工作状态指示灯模块，开关信号输出模块用于根据微控制器模块的控制指令控制信号灯和闸机的动作，所述工作状态指示灯模块用于根据微控制器模块的控制指令显示外廓长度测量卡当前的工作状态。
可选地，所述外廓长度测量卡还包括RS485/RS232接口模块和/或CAN接口模块，所述RS485/RS232接口模块分别与微控制器模块和DC-DC电源模块的第一电压输出端连接，所述CAN接口模块分别与微控制器模块和DC-DC电源模块的第二电压输出端连接，RS485/RS232接口模块和/或CAN接口模块通过输入/输出接线端子与上位机连接；RS485/RS232接口模块和/或CAN接口模块用于接收微控制器模块的计算结果并将计算结果发送至上位机，及用于接收上位机的配置指令，并将配置指令发送至微控制器模块，以使微控制器模块根据配置指令配置参数。
可选地，所述外廓长度测量卡还包括USB接口模块，USB接口模块分别与微控制器模块的信号输出端和DC-DC电源模块的第一电压输出端连接；USB接口模块用于提供从微控制器模块下载计算结果的接口。
可选地，所述若干对激光对射管中包括若干个用于测量轴距的激光对射管、若干个用于测量前悬长的激光对射管和若干个用于测量后悬长的激光对射管；用于测量轴距的激光对射管的高度与地面相距8-12cm，用于测量前悬长的激光对射管的高度与机动车前保险杠的高度相对应，用于测量后悬长的激光对射管的高度与机动车后保险杠的高度相对应。
本发明的有益效果是：
通过设置电源模块、外廓长度测量卡、若干对激光对射管、信号灯、闸机和上位机，可以对机动车轴距、前悬长、后悬长和车长进行自动测量，不仅可以提高测量效率低、减小测量时长，而且能够节省人力成本高。因此，与背景技术相比，本发明具有测量效率高、所需测量时间短和人力成本低等优点。
附图说明
图1是本发明系统的组成示意图。
图2是图1中外廓长度测量卡的结构示意图。
图3是图2中微控制器模块的电路组成示意图。
图4是图2中以太网模块的电路组成示意图。
图5是图2中开关信号输出模块的电路组成示意图。
图6是图2中DC-DC电源模块的电路组成示意图。
图7a是图2中模拟信号输入模块的一部分电路组成示意图。
图7b是图2中模拟信号输入模块的另一部分电路组成示意图。
图7c是图2中模拟信号输入模块的又一部分电路组成示意图。
图8a是图2中数字信号输入模块的一部分电路组成示意图。
图8b是图2中数字信号输入模块的另一部分电路组成示意图。
图8c是图2中数字信号输入模块的又一部分电路组成示意图。
图8d是图2中数字信号输入模块的再一部分电路组成示意图。
图8e是图2中数字信号输入模块的再一部分电路组成示意图。
图9是图2中工作状态指示灯模块的电路组成示意图。
图10是图2中RS485/RS232接口模块和CAN接口模块的电路组成示意图。
图11是图2中USB接口模块的电路组成示意图。
图12是本发明中测量机动车车速时的示意图。
图13是本发明中测量机动车截距时的示意图。
图14是本发明中测量机动车轴距时的示意图。
图15是本发明中测量机动车前悬长时的示意图。
图16是本发明中测量机动车后悬长时的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步地详细描述。
如图1和图2所示，本实施例中的用于机动车检测线的机动车外廓长度测量系统，包括电源模块、外廓长度测量卡、若干对激光对射管、信号灯、闸机和上位机；所述电源模块与外廓长度测量卡、若干对激光对射管、信号灯和闸机均连接，并用于为外廓长度测量卡、若干对激光对射管、信号灯和闸机供电；若干对激光对射管中的激光发射管和激光接收器相对设置于机动车检测线检测位的两侧，闸机的横杆设置于机动车的检测位检测入口处；所述外廓长度测量卡包括微控制器模块1、以太网模块2、开关信号输出模块3、DC-DC电源模块4、模拟信号输入模块5、数字信号输入模块6和工作状态指示灯模块10，其中：所述DC-DC电源模块4的电源输入端与电源模块的电源输出端连接，且DC-DC电源模块4用于将电源模块的电压转换为第一电压+3.3V、第二电压+5V和第三电压+12V，DC-DC电源模块4的第一电压+3.3V输出端分别与微控制器模块1的电源输入端和数字信号输入模块6的电源输入端连接，DC-DC电源模块4的第二电压+5V输出端与模拟信号输入模块5的电源输入端连接，DC-DC电源模块4的第三电压+12V输出端与开关信号输出模块3的电源输入端连接；所述若干对激光对射管的信号输出端均通过输入/输出接线端子与模拟信号输入模块5的信号输入端和数字信号输入模块6的信号输入端连接，模拟信号输入模块5的信号输出端和数字信号输入模块6的信号输出端均与微控制器模块1的信号输入端连接，微控制器模块1的信号输出端与开关信号输出模块3的信号输入端和工作状态指示灯模块10的信号输入端连接，微控制器模块1的网络端口与以太网模块2连接，开关信号输出模块3与信号灯和闸机均连接；所述模拟信号输入模块5和数字信号输入模块6用于采集若干对激光对射管发出的开关信号，并对采集的开关信号进行整形和滤波，以处理为微控制器模块1可识别的信号，微控制器模块1用于根据接收的来自模拟信号输入模块5或数字信号输入模块6的信号及预先存储的激光对射管之间的间距计算机动车的轴距、前悬、后悬和车长，并将计算结果通过以太网模块2发送至上位机，微控制器模块1还用于根据计算结果生成控制指令，并将控制指令发送至开关信号输出模块3和工作状态指示灯模块10，开关信号输出模块3用于根据微控制器模块1的控制指令控制信号灯和闸机的动作，所述工作状态指示灯模块10用于根据微控制器模块1的控制指令显示外廓长度测量卡当前的工作状态。
如图2所示，所述外廓长度测量卡还包括RS485/RS232接口模块7和CAN接口模块8，所述RS485/RS232接口模块7分别与微控制器模块1和DC-DC电源模块4的第一电压+3.3V输出端连接，所述CAN接口模块8分别与微控制器模块1和DC-DC电源模块4的第二电压+5V输出端连接；RS485/RS232接口模块7和CAN接口模块8通过输入/输出接线端子与上位机连接；RS485/RS232接口模块7和CAN接口模块8用于接收微控制器模块1的计算结果并将计算结果发送至上位机，及用于接收上位机的配置指令，并将配置指令发送至微控制器模块1，以使微控制器模块1根据配置指令配置参数。
如图2所示，所述外廓长度测量卡还包括USB接口模块9，USB接口模块9分别与微控制器模块1的信号输出端和DC-DC电源模块4的第一电压+3.3V输出端连接；USB接口模块9用于提供从微控制器模块1下载计算结果的接口。
其中，电源模块可以为蓄电池；也可以为包括AC-DC电源转换器的模块，以将220V交流电转换为各模块工作所需的电压。信号灯用于指示当前是否有机动车正在进行测量，当前是否有机动车正在测量的不同状态通过信号灯的不同颜色来进行区分。本发明可以根据上位机的通信类型，选择是以太网模块2、RS485/RS232接口模块7、还是CAN接口模块8与上位机进行通信。
本发明在测量机动车的外廓长度时，可以根据激光对射管的类型选择是通过模拟信号输入模块5还是通过数字信号输入模块6采集若干对激光对射管发出的开关信号。
如图3所示，所述微控制器模块1包括微控制器U1(STM32F429IGT6)、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13、电容C14、电容C15、电容C16、电容C17、电容C18、电容C19、电容C20、电容C21、电容C22、电容C23、电阻R3、电阻R4、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、晶振X1、电压监控器U2(IMP811T)、两脚插针P1、可调节精密并联稳压器U3(TL431)、磁珠L1和接口P2，其中：微控制器U1的引脚159与3.3V电源(即DC-DC电源模块的第一电压输出端)连接，电容C1的两端分别与微控制器U1的引脚159和引脚158连接，微控制器U1的引脚149与3.3V电源连接，电容C2的两端分别与微控制器U1的引脚149和引脚148连接，微控制器U1的引脚136与3.3V电源连接，电容C3的两端分别与微控制器U1的引脚136和引脚135连接，微控制器U1的引脚171和引脚172均与3.3V电源连接，电容C4的两端分别与微控制器U1的引脚172和地连接，电阻R3的两端分别与微控制器U1的引脚166和地连接，微控制器U1的引脚127与3.3V电源连接，电容C7的一端与微控制器U1的引脚127连接，电容C7的另一端、微控制器U1的126脚和电容C5的一端与地连接；电容C5的另一端与微控制器U1的引脚125连接，微控制器U1的引脚114和电容C9的一端与3.3V电源连接，电容C9的另一端和微控制器U1的113脚与地连接，微控制器U1的引脚103和电容C13的一端与3.3V电源连接，电容C13的另一端和微控制器U1的102脚与地连接，微控制器U1的引脚91和电容C16的一端与3.3V电源连接，电容C16的另一端和微控制器U1的90脚与地连接，微控制器U1的引脚49和电容C20的一端与3.3V电源连接，微控制器U1的引脚48和电容C20的另一端接地，微控制器U1的引脚62和电容C21的一端与3.3V电源连接，电容C21的另一端和微控制器U1的引脚61接地，微控制器U1的引脚72和电容C22的一端与3.3V电源连接，电容C22的另一端和微控制器U1的引脚71接地，微控制器U1的引脚82和电容C23的一端与3.3V电源连接，电容C23的另一端和电容C19的一端与地连接，电容C19的另一端与微控制器U1的引脚81连接，电阻R4的一端与3.3V电源连接，电阻R4的另一端与微控制器U1的引脚6和电容C6的一端连接，电容C6的另一端接地，微控制器U1的引脚15和电容C8的一端与3.3V电源连接，电容C8的另一端和微控制器U1的引脚14与地连接，微控制器U1的引脚23和电容C10的一端与3.3V电源连接，电容C10的另一端和微控制器U1的引脚22与地连接，电容C12的一端与晶振X1的引脚1和微控制器U1的引脚29连接，电容C12的另一端、晶振X1的引脚2端和晶振X1的引脚4接地，晶振X1的引脚3与电阻R12的一端和电容C11的一端连接，电阻R12的另一端与微控制器U1的引脚30连接，电容C11的另一端接地，电压监控器U2的引脚4、电容C15的一端、电阻R13的一端和电阻R14的一端与3.3V电源连接，电容C15的另一端与电压监控器U2的1脚连接后接地，电压监控器U2的引脚2和电阻R13的另一端与微控制器U1的引脚31连接，电压监控器U2的引脚3与电阻R14的另一端连接后与插针P1的引脚2连接，插针P1的引脚1接地，电阻R15的一端与3.3V电源连接，电阻R15的另一端与电阻R16的一端连接，电阻R16的另一端、可调节精密并联稳压器U3的引脚2和引脚1、电阻R17的一端与微控制器U1的引脚38连接，电阻R17的另一端和可调节精密并联稳压器U3的引脚3接地，电容C14的一端和微控制器U1的引脚36与3.3V电源连接，电容C14的另一端和微控制器U1的引脚37与地连接，磁珠L1的一端与3.3V电源连接，磁珠L1的另一端、电容C17的一端和电容C18的一端与微控制器U1的引脚39连接，电容C17的另一端和电容C18的另一端与地连接，接口P2的引脚1与3.3V电源连接，接口P2的引脚2接地，接口P2的引脚3与微控制器U1的引脚31连接，接口P2的4脚与微控制器U1的引脚161连接，接口P2的引脚5与微控制器U1的引脚137连接，接口P2的引脚6与微控制器U1的引脚124连接。
微控制器模块1中，电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C13、电容C14、电容C16、电容C20、电容C21、电容C22和电容C23均为陶瓷电容，它们作为旁路电容为微控制器U1的VDD滤波。8MHz晶振X1作为微控制器U1的主振荡器，电容C11和电容C12为晶振负载电容，可调节精密并联稳压器U3使用TL431芯片作为模拟参考电压源。磁珠L1、电容C17和电容C18为微控制器U1模拟电路部分进行电源滤波。电压监控器U2使用IMP811T，其为微控制器U1提供上电复位和手动复位功能，两脚插针P1为2.54mm2PIN插针，其将电压监控器U2的人工复位引脚引出，为微控制器U1提供人工复位功能。微控制器模块1使用接口P2作为仿真下载接口。
如图4所示，所述以太网模块2包括以太网接口芯片U4(DP83848IVV)、电阻R21、电阻R23、电阻R26、电阻R27、电阻R28、电阻R29、电阻R30、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R36、晶振Y1(50Hz)、电容C28、电容C29、电容C30、电容C31、电容C32、电容C33、电容C34、电容C35、电容C36、变压器P3(HR911105A RJ45)、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R22、电阻R24、电阻R25、电阻R35、电阻R37、电容C24、电容C25、电容C26、电容C27、电解电容CP1、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10和电阻R11，其中：以太网接口芯片U4的引脚2与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端与微控制器U1的引脚80连接，以太网接口芯片U4的引脚3与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与微控制器U1的引脚92连接，以太网接口芯片U4的引脚4与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端与微控制器U1的引脚93连接，以太网接口芯片U4的引脚6与电阻R21的一端连接，电阻R21的另一端悬空，以太网接口芯片U4的引脚43与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端与微控制器U1的引脚54连接，以太网接口芯片U4的引脚44与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端与微控制器U1的引脚55连接，以太网接口芯片U4的引脚41与微控制器U1的引脚79连接，以太网接口芯片U4的引脚39与电阻R23的一端连接，电阻R23的另一端与3.3V电源连接，以太网接口芯片U4的引脚42与电阻R28的一端连接，电阻R28的另一端悬空，以太网接口芯片U4的引脚40与电阻R31的一端连接，电阻R31的另一端电阻R10的一端连接，电阻R10的另一端与微控制器U1的引脚53连接，以太网接口芯片U4的引脚31与微控制器U1的引脚33连接，以太网接口芯片U4的引脚30与微控制器U1的引脚42连接，以太网接口芯片U4的引脚30还与电阻R33的一端连接，电阻R33的另一端与3.3V电源连接，以太网接口芯片U4的引脚29与微控制器U1的引脚31连接，以太网接口芯片U4的引脚7与电阻R34的一端连接，电阻R34的另一端与3.3V电源和晶振Y1的引脚4连接，晶振Y1的引脚1悬空，晶振Y1的引脚2接地，晶振Y1的引脚3与以太网接口芯片U4的引脚34连接，以太网接口芯片U4的引脚25与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端与微控制器U1的引脚41连接，以太网接口芯片U4的引脚25还与电容C31的一端连接，电容C31的另一端接地，以太网接口芯片U4的引脚24与电阻R36的一端连接，电阻R36的另一端接地，以太网接口芯片U4的引脚37、引脚18和引脚23均与电容C32的一端连接，电容C32的另一端接地，电容C33、电容C34和电容C35与电容C32并联，电容C36的一端与3.3V电源连接，电容C36的另一端接地，以太网接口芯片U4的引脚17与变压器P3的引脚1连接，以太网接口芯片U4的引脚16与变压器P3的引脚2连接，太网接口芯片U4的引脚14与变压器P3的引脚3连接，以太网接口芯片U4的引脚13与变压器P3的引脚6连接，以太网接口芯片U4的引脚28与电阻R26的一端连接，电阻R26的另一端与3.3V电源连接；以太网接口芯片U4的引脚27与电阻R27的一端连接，电阻R27的另一端与3.3V电源连接，以太网接口芯片U4的引脚26与电阻R29的一端连接，电阻R29的另一端与3.3V电源连接，电阻R30的一端与以太网接口芯片U4的引脚21连接，电阻R30的另一端与3.3V电源连接，电阻R32的一端与以太网接口芯片U4的引脚20连接，电阻R32的另一端与3.3V电源连接，以太网接口芯片U4的引脚22、引脚48和引脚32均与3.3V电源和电容C28的一端连接，电容C28的另一端接地，电容C29和电容C30与电容C28并联，以太网接口芯片U4的引脚19、引脚15、引脚47、引脚35和引脚36均接地，电阻R18的一端与3.3V电源连接，电阻R18的另一端与变压器P3的引脚1连接，电阻R19的一端与电阻R18的一端、电容C24的一端和3.3V电源连接，电阻R19的另一端与变压器P3的引脚2连接，电容C24的另一端接地，电阻R24的一端与变压器P3的引脚3连接，电阻R24的另一端与电容C27的一端和3.3V电源连接，电容C27的另一端接地，电阻R25的一端与变压器P3的引脚6连接，电阻R25的另一端与电容C27的一端连接，电容C25的一端与变压器P3的引脚5连接，电容C25的另一端接地，电容C26的一端与变压器P3的引脚4连接，电容C26的另一端接地，变压器P3的引脚9与电阻R20的一端连接，电阻R20的另一端与变压器P3的引脚5和引脚4连接，变压器P3的引脚10与以太网接口芯片U4的引脚28连接，变压器P3的引脚12与电阻R22的一端连接，电阻R22的另一端与变压器P3的引脚5和引脚4连接，变压器P3的引脚11与以太网接口芯片U4的引脚26连接，电阻R35的一端与3.3V电源电源连接，电阻R35的另一端与变压器P3的引脚5和引脚4连接，电解电容CP1的正极与变压器P3的引脚5和引脚4连接，电解电容CP1的负极与电阻R37的一端和变压器P3的引脚8连接，电阻R37的另一端接地。
以太网模块2使用DP83848IVV芯片作为以太网接口芯片U4。以太网接口芯片U4与微控制器U1之间的连接方式为RMII模式。50Hz晶振Y1为以太网接口芯片U4提供主时钟源。上拉电阻R23选择了DP83848IVV芯片与微控制器U1之间的接口为RMII模式。电阻R33为MDIO接口提供上拉。电阻R36为偏置电压设置电阻。电容C36为3.3V电源滤波电容。电容C32、电容C33、电容C34和电容C35为内部滤波网络外置电容。电容C28、电容C29和电容C30为模拟和端口电源滤波电容。电阻R26和电阻R27为发光二极管限流电阻，连接到变压器P3的RJ45插座LED灯，分别用来指示网络传输速率和连接状态。电阻R18、电阻R19、电阻R24、电阻R25连接到变压器P3，为以太网接口芯片U4与变压器P3之间的差分信号提供阻抗匹配，电容C24和电容C27为电阻R18、电阻R19、电阻R24和电阻R25提供旁路滤波。通过变压器P3后，T+、T-、R+、R-全双工差分信号连接至变压器P3的插座。电阻R20、电阻R22为变压器P3内部集成LED灯的限流电阻。电容C25和电容C26为变压器P3内部变压器的中间抽头提供旁路滤波。
如图5所示，所述开关信号输出模块3包括达林顿管芯片U6(ULN2003AI)、发光二极管D201、发光二极管D202、发光二极管D203、发光二极管D204、电阻R45、电阻R46、电阻R47、电阻R48、电阻R201、电阻R202、电阻R203、电阻R204、达林顿管芯片U5(ULN2003AI)、发光二极管D212、发光二极管D213、发光二极管D214、发光二极管D215、发光二极管D216、发光二极管D217、发光二极管D218、电阻R38、电阻R39、电阻R40、电阻R41、电阻R42、电阻R43、电阻R44、电阻R212、电阻R213、电阻R214、电阻R215、电阻R216、电阻R217、电阻电阻R218、达林顿管芯片U8(ULN2003AI)、发光二极管D205、发光二极管D206、发光二极管D207、发光二极管D208、发光二极管D209、发光二极管D210、发光二极管D211、电阻R49、电阻R50、电阻R51、电阻R52、电阻R53、电阻R54、电阻R55、电阻R205、电阻R206、电阻R207、电阻R208、电阻R209、电阻R210、电阻R211、达林顿管芯片U7(ULN2003AI)、发光二极管D219、发光二极管D220、电阻R56、电阻R57、电阻R219和电阻R220，其中：达林顿管芯片U6的引脚1和引脚2与微控制器U1的引脚129连接，达林顿管芯片U6的引脚3和引脚4与微控制器U1的引脚130连接，达林顿管芯片U6的引脚5和引脚6与微控制器U1的引脚131连接，达林顿管芯片U6的引脚7与微控制器U1的引脚132连接，达林顿管芯片U6的引脚8接地，达林顿管芯片U6的引脚9与12V电源(即DC-DC电源模块的第三电压输出端)连接，电阻R45的一端与达林顿管芯片U6的引脚1和引脚2连接，电阻R45的另一端与发光二极管D201的正极连接，发光二极管D201的负极接地，电阻R46的一端与达林顿管芯片U6的引脚3和引脚4连接，电阻R46的另一端与发光二极管D202的正极连接，发光二极管D202的负极接地，电阻R47的一端与达林顿管芯片U6的引脚5和引脚6连接，电阻R47的另一端与发光二极管D203的正极连接，发光二极管D203的负极接地，电阻R48的一端与达林顿管芯片U6的引脚7连接，电阻R48的另一端与发光二极管D204的正极连接，发光二极管D204的负极接地，电阻R201的一端与12V电源连接，电阻R201的另一端与达林顿管芯片U6的引脚15和引脚16连接，电阻R202的一端与12V电源连接，电阻R202的另一端与达林顿管芯片U6的引脚13和引脚14连接；电阻R203的一端与12V电源连接，电阻R203的另一端与达林顿管芯片U6的引脚11和引脚12连接，电阻R204的一端与12V电源连接，电阻R204的另一端与达林顿管芯片U6的引脚10连接。达林顿管芯片U5、达林顿管芯片U8和达林顿管芯片U7与其周围的器件的连接关系与达林顿管芯片U6相似，具体连接关系可以参见图5，此处不再详述。
开关信号输出模块3中，微控制器U1产生的信号GPIO_Output1-GPIO_Output20到达林顿管芯片ULN2003AI。以微控制器U1产生的信号为GPIO_Output1为例，发光二极管D201和电阻R45构成指示灯电路，指示GPIO_Output1的输出状态。电阻R201为上拉电阻，将输出电平上拉到12V产生输出信号Output1。开关信号输出模块3中其余19路的电路原理及组成与Output1输出电路相同。
另外，如图5所示，从开关信号输出模块3输出的信号Output1至Output20分别通过两个十pin插座P5和P8输出至信号灯和闸机。
如图6所示，所述DC-DC电源模块4包括插座P4、保险F1、二极管D6、电解电容CP4、滤波电路L4、TVS二极管D7(SMBJ30A)、电阻R60、电阻R59、电阻R61、电阻R64、电解电容C37、电感L3、肖特基二极管D5(SS34)、电解电容C40、电阻R65、电解电容C38、降压开关电源芯片U10(MP1584EN)、电解电容C39、电阻R63、电阻R62、电阻R58、发光二极管D4、线性稳压芯片U9(LT1117-5V)、二极管D3、电解电容CP2和电解电容CP3，其中：插座P4的1脚与保险F1的一端连接，保险F1的另一端与二极管D6的正极连接，二极管D6的负极与电解电容CP4的正极连接，电解电容CP4的负极接地；滤波电路L4的一端与二极管D6的负极连接，滤波电路L4的另一端与电阻R60的一端和TVS二极管D7的负极连接，滤波电路L4的公共端接地，电阻R60的一端为DC-DC电源模块4的第三电压12V的输出端，电阻R60的另一端与降压开关电源芯片U10的引脚2和电阻R59的一端连接，TVS二极管D7的正极接地；电阻R59的另一端与PGND连接；降压开关电源芯片U10的引脚1与电感L3的一端、肖特基二极管D5的负极和电解电容C38的正极连接，电感L3的另一端与电阻R61的一端和电解电容C37的正极连接，电阻R61的一端为DC-DC电源模块4的第一电压3.3V输出端，电阻R61的另一端与电阻R64的一端和降压开关电源芯片U10的引脚4连接，电阻R64的另一端与PGND连接；降压开关电源芯片U10的引脚3与电解电容C40的正极连接，电解电容C40的负极与电阻R65的一端连接，电阻R65的另一端与PGND连接；电解电容C38的负极与降压开关电源芯片U10的引脚8连接；降压开关电源芯片U10的引脚7与电解电容C39的正极连接，电解电容C39的负极接地；降压开关电源芯片U10的引脚6与电阻R62的一端连接，电阻R62的另一端与PGND连接；降压开关电源芯片U10的引脚5与电阻R63的一端和地连接，电阻R63的另一端与PGND连接；电解电容C37的负极接地；肖特基二极管D5的正极接地；电阻R58的一端与3.3V电源连接，电阻R58的另一端与发光二极管D4的正极连接，发光二极管D4的负极接地；线性稳压芯片U9的引脚3与二极管D3的负极连接，电解电容CP2的正极与线性稳压芯片U9的引脚3和12V电源连接，电解电容CP2的负极接地；线性稳压芯片U9的引脚1接地；线性稳压芯片U9的引脚4和引脚2与二极管D3的正极连接，线性稳压芯片U9的引脚2为DC-DC电源模块4的第二电压5V输出端；电解电容CP3的正极与线性稳压芯片U9的引脚2连接，电解电容CP3的负极接地。
DC-DC电源模块4中，插座P4接入电源模块输出的电压，该电压经保险F1，防反接二极管D6，接滤波电路L4，电解电容CP4提供电源滤波。TVS二极管D7提供输入电压过压保护。DC-DC电源模块4中的降压开关电源芯片U10采用MP1584EN，输入+12V，输出3.3V，该12V电源为电源模块输出的电压，该12V电压从电阻R60的一端输入DC-DC电源模块4中。其中，电感L3(15uH/3A)、肖特基二极管D5和电容C37共同实现开关Buck降压原理，电阻R61和电阻R64实现输出电压反馈。电阻R59和电阻R60提供降压开关电源芯片U10的使能信号。电容C39是输入电源去耦电容。电阻R62用于控制降压开关电源芯片U10的振荡频率。发光二极管D4和电阻R58为3.3V电源指示灯。电容C40和电阻R65共同构成RC滤波电路为降压开关电源芯片U10提供比较电压。线性稳压芯片U9为线性稳压芯片，其输入+12V，输出5V直流电压，该5V电压从线性稳压芯片U9的引脚2输出。电解电容CP2为输入端滤波电容，电解电容CP3为输出端滤波电容，二极管D3为线性稳压芯片U9提供反压保护。
如图7a和图7b所示，所述模拟信号输入模块5包括运算放大器U11A(LM324)、电阻R101、电阻R69、电容C43、电阻R71、运算放大器U11B、电阻R102、电阻R75、电容C45、电阻R77、运算放大器U11C、电阻R103、电阻R81、电容C49、电阻R83、运算放大器U11D、电阻R104、电阻R87、电容C52、电阻R89、运算放大器U12A(LM324)、电阻R105、电阻R68、电容C42、电阻R70、运算放大器U12B、电阻R106、电阻R74、电容C46、电阻R76、运算放大器U12C、电阻R107、电阻R80、电容C48、电阻R82、运算放大器U12D、电阻R108、电阻R86、电容C51、电阻R88、运算放大器U13A(LM324)、电阻R109、电阻R66、电容C41、电阻R67、运算放大器U13B、电阻R110、电阻R72、电容C44、电阻R73、运算放大器U13C、电阻R111、电阻R78、电容C47、电阻R79、运算放大器U13D、电阻R112、电阻R84、电容C50、电阻R85、运算放大器U14A(LM324)、电阻R113、电阻R90、电容C53、电阻R91、运算放大器U14B、电阻R114、电阻R94、电容C55、电阻R95、运算放大器U14C、电阻R115、电阻R100、电容C57、电阻R181、运算放大器U14D、电阻R116、电阻R187、电容C59、电阻R188、运算放大器U15A(LM324)、电阻R117、电阻R92、电容C54、电阻R93、运算放大器U15B、电阻R118、电阻R96、电容C56和电阻R97，其中：模拟信号输入模块5中的运算放大器U11A、运算放大器U11B、运算放大器U11C、运算放大器U11D集成于一个四运算放大器U11(LM324)中，同理，运算放大器U12A、运算放大器U12B、运算放大器U12C、运算放大器U12D集成于一个四运算放大器U12(LM324)中，运算放大器U13A、运算放大器U13B、运算放大器U13C、运算放大器U13D集成于一个四运算放大器U13(LM324)中，运算放大器U14A、运算放大器U14B、运算放大器U14C、运算放大器U14D集成于一个四运算放大器(LM324)U14中，运算放大器U15A、运算放大器U15B与下述运算放大器U15C和下述运算放大器U15D集成于一个四运算放大器U15(LM324)中。如图7a和图7b所示，从模拟信号输入模块5的信号输入端输入的模拟信号为Analog_IN1-Analog_IN18，它们为0V～12V的模拟电压信号。下面以输入模拟信号输入模块5的模拟信号为Analog_IN1为例，对模拟信号输入模块3的电路组成进行说明：组成输入Analog_IN1的电路中，电阻R101的一端为模拟信号输入端，电阻R101的另一端与运算放大器U11A的引脚3连接，电阻R69的一端与运算放大器U11A的引脚3连接，电阻R69的另一端接地，电容C43与电阻R69并联；运算放大器U11A的引脚2与其引脚1连接，电阻R71的一端与运算放大器U11A的引脚1连接，电阻R71的另一端与微控制器U1的引脚40连接，运算放大器U11A的引脚4与模拟信号输入模块5的电源输入端(即DC-DC电源模块的第二电压输出端)连接。其中，电阻R69和电阻R101为输入端分压电阻，将输入的模拟信号的电压范围降低到0V～2.5V之间。运算放大器U11A连接成电压跟随器结构，为输入到微控制器U1的模拟信号输入端提供缓冲和驱动功能。电容C43为输入滤波电容，其与输入端分压电阻共同构成低通滤波器。电阻R71为运算放大器U11A输出信号的负载电阻。其余17路模拟信号的电路原理及结构与组成输入Analog_IN1的电路相同，此处对组成输入其余17路模拟信号的电路不再进行详述，具体电路连接关系可以参见图7a和图7b中的电路。
如图7c所示，若干对激光对射管的信号输出端与10pin插座P6的所有端口和插座P9的端口1至端口8连接，从P6的所有端口和插座P9的端口1至端口8分别输出模拟信号Analog_IN1至Analog_IN18后，Analog_IN1至Analog_IN18进入模拟信号输入模块5。
如图8a至图8d所示，所述数字信号输入模块6包括运算放大器U15C(LM324)、电阻R119、电阻R184、电容C58、电阻R99、电阻R182、电阻R98、电阻R183、发光二极管D26、运算放大器U15D、电阻R120、电阻R191、电容C60、电阻R186、电阻R189、电阻R185、电阻R190、发光二极管D29、施密特触发器芯片U17(74LVC14A)、电容C61、电阻R192、电阻R121、电阻R196、发光二极管D30、电容C67、电阻R200、电阻R122、电阻R224、发光二极管D40、电容C71、电阻R228、电阻R123、电阻R232、发光二极管D51、电阻R234、发光二极管D52、电容C73、电阻R230、电阻R124、电阻R226、发光二极管D41、电容C70、电阻R222、电阻R125、电阻R198、发光二极管D36、电容C62、电阻R194、电阻R126、电容C65、施密特触发器芯片U19(74LVC14A)、电容C75、电阻R236、电阻R127、电阻R240、发光二极管D56、电容C81、电阻R244、电阻R128、电阻R248、发光二极管D65、电容C85、电阻R252、电阻R129、电阻R257、发光二极管D75、电容C86、电阻R253、电阻R130、电阻R256、发光二极管D74、电容C82、电阻R245、电阻R131、电阻R249、发光二极管D66、电容C76、电阻R237、电阻R132、电阻R241、发光二极管D59、电容C79、施密特触发器芯片U18(74LVC14A)、电容C63、电阻R193、电阻R133、电阻R197、发光二极管D35、电容C68、电阻R221、电阻R134、电阻R225、发光二极管D43、电容C72、电阻R229、电阻R135、电阻R233、发光二极管D50、电容C74、电阻R231、电阻R136、电阻R235、发光二极管D53、电容C69、电阻R223、电阻R137、电阻R227、发光二极管D45、电容C64、电阻R195、电阻R138、电阻R199、发光二极管D37、电容C66、施密特触发器芯片U20(74LVC14)、电容C77、电阻R238、电阻R139、电阻R242、发光二极管D60、电容C83、电阻R246、电阻R140、电阻R250、发光二极管D67、电容C87、电阻R254、电阻R141、电阻R258、发光二极管D76、电容C88、电阻R255、电阻R142、电阻R259、发光二极管D77、电容C84、电阻R247、电阻R143、电阻R251、发光二极管D69、电容C78、电阻R239、电阻R144、电阻R243、发光二极管D61、电容C80、施密特触发器芯片U23(74LVC14A)、电容C103、电阻R284、电阻R145、电阻R288、发光二极管D103、电容C109、电阻R292、电阻R146、电阻R296、发光二极管D113、电容C113、电阻R300、电阻R147、电阻R304、发光二极管D121、电容C114、电阻R302、电阻R148、电阻R306、发光二极管D124、电容C110、电阻R293、电阻R149、电阻R297、发光二极管D115、电容C104、电阻R285、电阻R150、电阻R289、发光二极管D107、电容C107、施密特触发器芯片U25(74LVC14A)、电容C117、电阻R308、电阻R151、电阻R312、发光二极管D130、电容C123、电阻R316、电阻R152、电阻R320、发光二极管D135、电容C127、电阻R324、电阻R153、电阻R328、发光二极管D145、电容C128、电阻R326、电阻R154、电阻R330、发光二极管D148、电容C124、电阻R317、电阻R155、电阻R321、发光二极管D140、电容C118、电阻R309、电阻R156、电阻R313、发光二极管D133、电容C121、施密特触发器芯片U24(74LVC14A)、电容C105、电阻R286、电阻R157、电阻R290、发光二极管D108、电容C111、电阻R294、电阻R158、电阻R298、发光二极管D116、电容C115、电阻R301、电阻R159、电阻R305、发光二极管D123、电容C116、电阻R303、电阻R160、电阻R307、发光二极管D125、电容C112、电阻R295、电阻R161、电阻R299、发光二极管D117、电容C106、电阻R287、电阻R162、电阻R291、发光二极管D109、电容C108、施密特触发器芯片U26(74LVC14A)、电容C119、电阻R310、电阻R163、电阻R314、发光二极管D129、电容C125、电阻R318、电阻R164、电阻R322、发光二极管D139、电容C103、电阻R325、电阻R165、电阻R329、发光二极管D147、电容C129、电阻R327、电阻R166、电阻R331、发光二极管D149、电容C126、电阻R319、电阻R167、电阻R323、发光二极管D141、电容C120、电阻R311、电阻R168、电阻R315、发光二极管D132、电容C122、施密特触发器芯片U21(74LVC14A)、电容C89、电阻R260、电阻R169、电阻R262、发光二极管D80、电容C92、电阻R264、电阻R170、电阻R266、发光二极管D83、电容C94、电阻R268、电阻R171、电阻R270、发光二极管D88、电容C95、电阻R269、电阻R172、电阻R271、发光二极管D89、电容C93、电阻R265、电阻R173、电阻R267、发光二极管D85、电容C90、电阻R261、电阻R174、电阻R263、发光二极管D81、电容C91、施密特触发器芯片U22(74LVC14A)、电容C96、电阻R272、电阻R175、电阻R274、发光二极管D92、电容C99、电阻R276、电阻R176、电阻R278、发光二极管D95、电容C101、电阻R280、电阻R177、电阻R282、发光二极管D100、电容C102、电阻R281、电阻R178、电阻R283、发光二极管D101、电容C100、电阻R277、电阻R179、电阻R279、发光二极管D97、电容C97、电阻R273、电阻R180、电阻R275、发光二极管D93和电容C98，其中：从数字信号输入模块6输入的数字信号Pulse_IN1～Pulse_IN62的电压范围0V～12V，以Pulse_IN1为例，如图8a所示，组成输入Pulse_IN1的电路中：电阻R99的一端与3.3V电源连接，电阻R99的另一端与运算放大器U15C的引脚10和电阻R182的一端连接，电阻R182的另一端接地，电阻R119的一端为数字信号输入端，电阻R119的另一端与电阻R184的一端和运算放大器U15C的引脚9连接，电阻R184的另一端接地，电容C58与电阻R184并联，电阻R98的两端分别与运算放大器U15C的引脚10和引脚8连接，电阻R183的一端与3.3V电源连接，电阻R183的另一端与发光二极管D26的正极连接，发光二极管D26的负极与运算放大器U15C的引脚8连接，运算放大器U15C的引脚8与微控制器U1的引脚116连接。其中，电阻R119和R184对输入的数字信号进行分压作为输入端分压电阻，将输入的数字信号的电压范围降低到了0V～5V之间，电容C58与电阻R184构成低通滤波电路。电阻R98、电阻R99、电阻R182组成运算放大器U15C的正反馈电路，构成迟滞比较器电路。发光二极管D26和限流电阻R183构成迟滞比较器输出指示灯电路，用于指示迟滞比较器的输出状态。组成输入Pulse_IN2的电路的原理及结构与组成输入Pulse_IN1的相同，此处不再详述组成输入Pulse_IN2的电路，具体可参见图8a。
如图8b至图8d所示，从数字信号输入模块6输入的数字信号Pulse_IN3～Pulse_IN62的电压范围为0V～12V，以组成输入Pulse_IN3的电路为例，该电路中：施密特触发器芯片U17的引脚1与电阻R121的一端和电阻R192的一端连接，电阻R121的另一端为数字信号输入端，电阻R192的另一端接地，电容C61与电阻R192并联，施密特触发器芯片U17的引脚2与微控制器U1的引脚112和发光二极管D30的负极连接，发光二极管D30的正极与电阻R196的一端连接，电阻R196的另一端与3.3V电源连接；施密特触发器芯片U17的引脚3与电阻R122的一端和电阻R200的一端连接，电阻R122的另一端为数字信号输入端，电阻R200的另一端接地，电容C67与电阻R200并联，施密特触发器芯片U17的引脚4与微控制器U1的引脚111和发光二极管D40的负极连接，发光二极管D40的正极与电阻R224的一端连接，电阻R224的另一端与3.3V电源连接；施密特触发器芯片U17的引脚5与电阻R123的一端和电阻R228的一端连接，电阻R123的另一端为数字信号输入端，电阻R228的另一端接地，电容C71与电阻R228并联，施密特触发器芯片U17的引脚6与微控制器U1的引脚110和发光二极管D51的负极连接，发光二极管D51的正极与电阻R232的一端连接，电阻R232的另一端与3.3V电源连接；施密特触发器芯片U17的引脚9与电阻R124的一端和电阻R230的一端连接，电阻R124的另一端为数字信号输入端，电阻R230的另一端接地，电容C73与电阻R230并联，施密特触发器芯片U17的引脚8与微控制器U1的引脚109和发光二极管D52的负极连接，发光二极管D52的正极与电阻R234的一端连接，电阻R234的另一端与3.3V电源连接；施密特触发器芯片U17的引脚11与电阻R125的一端和电阻R222的一端连接，电阻R125的另一端为数字信号输入端，电阻R222的另一端接地，电容C70与电阻R222并联，施密特触发器芯片U17的引脚10与微控制器U1的引脚108和发光二极管D41的负极连接，发光二极管D41的正极与电阻R226的一端连接，电阻R226的另一端与3.3V电源连接；施密特触发器芯片U17的引脚13与电阻R126的一端和电阻R194的一端连接，电阻R126的另一端为数字信号输入端，电阻R194的另一端接地，电容C62与电阻R194并联，施密特触发器芯片U17的引脚12与微控制器U1的引脚107和发光二极管D36的负极连接，发光二极管D36的正极与电阻R198的一端连接，电阻R198的另一端与3.3V电源连接；施密特触发器芯片U17的引脚14与3.3V电源和电容C65的一端连接，电容C65的另一端接地，施密特触发器芯片U17的引脚7接地。其中，数字信号Pulse_IN3经过电阻R121和电阻R192分压后，将其电压范围降低到了0V～5V之间，进入施密特触发器芯片U17(74LVC14)。施密特触发器芯片U17实现数字信号的输入缓冲和波形整形功能。电容C61与电阻R121和电阻R192构成低通滤波电路，对输入的数字信号进行滤波。施密特触发器芯片U17输出的信号GPIO_Input3输出至微控制器U1。发光二极管D30和电阻R196构成施密特触发器芯片U17的输出指示灯电路，以指示施密特触发器芯片U17输出的信号GPIO_Input3的状态。组成输入其余59路数字信号的电路原理及组成与组成输入Pulse_IN3的相同，详见图8b至图8d，此处不再详述。
如图8e所示，若干对激光对射管的信号输出端与10pin插座P9的端口9和端口10、插座P7、插座P10、插座P11、插座P12、插座P14、插座P15连接，从这些插座端口分别输出数字信号Pulse_IN1至Pulse_IN62后，Pulse_IN1至Pulse_IN62进入数字信号输入模块6。
如图9所示，所述工作状态指示灯模块10包括电阻R1、电阻R2、发光二极管D1和发光二极管D2；其中，电阻R1的一端与3.3V电源连接，电阻R1的另一端与发光二极管D1的正极连接，发光二极管D1的负极与微控制器U1的引脚170连接；电阻R2的一端与3.3V电源连接，电阻R2的另一端与发光二极管D2的正极连接，发光二极管D2的负极与微控制器U1的引脚169连接。
如图10所示，所述RS485/RS232接口模块7包括RS485收发器芯片U29(MAX3485E)、电容C138、电阻R336、电阻R337、电阻R338、电阻R339、电阻R335、插座P13、RS232收发器芯片U28(MASX3232)、电容C133、电容C136、电容C135、电容C134和电容C137，其中：RS485收发器芯片U29的引脚1与微控制器U1的引脚150连接，RS485收发器芯片U29的引脚2和引脚3与微控制器U1的引脚151连接，RS485收发器芯片U29的引脚4与微控制器U1的引脚147连接，RS485收发器芯片U29的引脚8与3.3V电源连接，RS485收发器芯片U29的引脚7与电阻R336的一端和电阻R337的一端连接，电阻R336的另一端接地，电阻R337的另一端与电阻R335的一端均与插座P13的引脚A4连接，电阻R335的另一端与插座P13的引脚A3连接，RS485收发器芯片U29的引脚6与电阻R338的一端和电阻R339的一端连接，电阻R339的另一端与3.3V电源连接，电阻R338的另一端与插座P13的引脚A3连接；电容C138的一端与3.3V电源连接，电容C138的另一端接地，RS485收发器芯片U29的引脚5接地；RS232收发器芯片U28的引脚16与3.3V电源连接，电容C135的一端与RS232收发器芯片U28的引脚16连接，电容C135的另一端接地，电容C133的一端与RS232收发器芯片U28的引脚16连接，电容C133的另一端与RS232收发器芯片U28的引脚2连接，RS232收发器芯片U28的引脚6与电容C136的一端连接，电容C136的另一端接地，RS232收发器芯片U28的引脚15接地，RS232收发器芯片U28的引脚10与微控制器U1的引脚164连接，RS232收发器芯片U28的引脚9与微控制器U1的引脚165连接，RS232收发器芯片U28的引脚1与电容C134的一端连接，电容C134的另一端与RS232收发器芯片U28的引脚3连接，RS232收发器芯片U28的引脚4与电容C137的一端连接，电容C137的另一端与RS232收发器芯片U28的引脚5连接；RS232收发器芯片U28的引脚7与插座P13的引脚B3连接，RS232收发器芯片U28的引脚8与插座P13的引脚B4连接。
其中，RS485/RS232接口模块7中RS232收发器芯片U28采用MASX3232，RS232收发器芯片U28与其附属电路实现微控制器U1的UART信号在TTL信号到RS232信号之间转换，进而实现微控制器U1与上位机之间的通信功能。RS485收发器芯片U29采用MAX3485E，RS485收发器芯片U29及其附属电路实现微控制器U1的UART信号在TTL信号与RS485差分信号之间转换。
如图10所示，所述CAN接口模块8包括CAN总线转换芯片U27(TJA1040T)、电容C131、电阻R333、电阻R332、电容C132、电阻R334和CAN总线TVS保护芯片U16(PESD1CAN)，其中：CAN总线转换芯片U27的引脚1与微控制器U1的引脚128连接，CAN总线转换芯片U27的引脚3与5V电源连接，电容C131的一端与5V电源连接，电容C131的另一端与CAN总线转换芯片U27的引脚2连接后接地，CAN总线转换芯片U27的引脚4与微控制器U1的引脚11连接，CAN总线转换芯片U27的引脚8接地，CAN总线转换芯片U27的引脚7与CAN总线TVS保护芯片U16的引脚1和插座P13的引脚A1连接，CAN总线转换芯片U27的引脚6与CAN总线TVS保护芯片U16的引脚2和插座P13的引脚A2连接，CAN总线TVS保护芯片U16的引脚3接地，CAN总线转换芯片U27的引脚5与电阻R333的一端连接，电阻R333的另一端与电容C132的一端连接，电容C132的另一端接地，电阻R332的一端与CAN总线转换芯片U27的引脚7连接，电阻R332的另一端和电阻R334的一端与电阻R333的另一端连接，电阻R334的另一端与CAN总线转换芯片U27的引脚6连接。
其中，CAN接口模块8中的CAN总线转换芯片U27采用TJA1040T，其作为CAN总线转换芯片，将微控制器U1输出的全双工TTL信号转换为符合CAN2.0协议的半双工差分信号。CAN总线TVS保护芯片U16采用PESD1CAN，其作为CAN总线TVS保护芯片，以防止CAN总线上的电涌窜入外廓长度外廓长度测量卡内部。
如图11所示，所述USB接口模块9包括电阻R343、电阻R342、电源管理芯片U30(STMPS2141STR)、电容C139、电阻R341、电阻R340、二极管D150、插座P16、电阻R344和电阻R345，其中：电阻R343的一端与微控制器U1的引脚118连接，电阻R343的另一端与电源管理芯片U30的引脚4连接；电阻R342的一端与3.3V电源连接，电阻R342的另一端与电源管理芯片U30的引脚4连接；电源管理芯片U30的引脚5与5V直流电压连接；电源管理芯片U30的引脚3与微控制器U1的引脚117连接；电源管理芯片U30的引脚1与电容C139的一端连接，电容C139的另一端接地；电阻R341的一端与3.3V电源连接，电阻R341的另一端与电源管理芯片U30的引脚3连接；电阻R340的一端与3.3V电源连接，电阻R340的另一端与二极管D150的正极连接，二极管D150的负极与电源管理芯片U30的引脚3连接；电源管理芯片U30的引脚1和插座P16的引脚1与微控制器U1的引脚120连接，插座P16的引脚2与电阻R344的一端连接，电阻R344的另一端与微控制器U1的引脚122连接，插座P16的引脚3与电阻R345的一端连接，电阻R345的另一端与微控制器U1的引脚123连接，插座P16的引脚4与微控制器U1的引脚121连接，插座P16的引脚5接地，电源管理芯片U30的引脚2接地。
其中，USB接口模块9中的电源管理芯片U30采用STMPS2141STR芯片，其作为USB-OTG的电源管理芯片。电阻R342和电阻R343为电源管理芯片U30的使能引脚提供一个高电平。电阻R340和二极管D150由微控制器U1控制，指示当前USB端口是否出现过流现象。电阻R341为电源管理芯片U30的开漏输出端口FAULT提供上拉电阻。插座P16是Micro-USB插座。电容C139为USB总线电源的滤波电容。电阻R344、电阻R345为USB差分总线匹配电阻。
可选地，所述若干对激光对射管中包括若干个用于测量轴距的激光对射管、若干个用于测量前悬的激光对射管和若干个用于测量后悬的激光对射管；用于测量轴距的激光对射管的高度与地面相距8-12cm，用于测量前悬的激光对射管的高度与机动车前保险杠的高度相对应，用于测量后悬的激光对射管的高度与机动车后保险杠的高度相对应。其中，用于测量轴距的激光对射管的高度与地面相距优选为10cm。
本发明中的机动车外廓长度测量系统用于测量机动车的轴距、前悬长、后悬长和车长。本发明在进行测量时，当被测机动车进入机动车检测线的检测区域时，闸机的横杆放下，驾驶员开车行走于若干对激光对射管的激光发射管和激光接收器之间，各个激光对射管将被释放和被触发的开关信号通过输入/输出接线端子传输给模拟信号输入模块5或者是数字信号输入模块6，由模拟信号输入模块5或者是数字信号输入模块6对开关信号进行整形和滤波后，发送至微控制器模块1。至于是由模拟信号输入模块5还是数字信号输入模块6对开关信号进行整形和滤波，是基于若干对激光对射管输出的是模拟信号还是数字信号而定的。当若干对激光对射管输出的开关信号是模拟信号时，由模拟信号输入模块5对开关信号进行整形和滤波；当若干对激光对射管输出的是数字信号时，由数字信号输入模块6对开关信号进行整形和滤波。微控制器模块1接收的来自模拟信号输入模块5或者是数字信号输入模块6的信号中携带有所有激光对射管被触发和被释放的信息，微控制器模块1根据所有激光对射管被触发和被释放的信息及预先存储的激光对射管之间的间距计算机动车的轴距、前悬长、后悬长和车长，并将计算结果通过以太网模块2发送至上位机，监测人员根据上位机的显示结果即可确定当前测量的机动车的轴距、前悬长、后悬长和车长。另外，当机动车外廓长度测量系统包括RS485/RS232接口模块7和/或CAN接口模块8，微控制器模块1也可以基于微控制器模块1与上位机之间的通信接口，选择RS485/RS232接口模块7或CAN接口模块8将测量结果发送至上位机。当完成对当前机动车的测量时，微控制器模块1生成控制指令，并将控制指令发送至开关信号输出模块3和工作状态指示灯模块10，开关信号输出模块3根据微控制器模块1的控制指令控制闸机的横杆升起，并控制信号灯变化颜色，以使下一辆机动车可以根据信号灯的颜色开始准备进入检测区域。
具体地，微控制器模块1在根据所有激光对射管被触发和被释放的信息及预先存储的激光对射管之间的间距计算机动车的轴距、前悬长、后悬长和车长时，可通过如下步骤来实现：
(1)计算机动车通过检测区域时的车速V。
如图12所示，机动车由左向右驶过，机动车的前轮分别于t1时刻和t2时刻撞到相邻的激光对射管发射出的激光线，如图12中的激光线1和激光线2，这两条激光线对应的激光对射管输出开关信号给外廓长度测量卡。如果微控制器模块1预先存储的相邻两条激光线之间的间距为L(所有激光对射管均匀布置，相邻两个激光对射管之间的间距相同，均为L)，则机动车通过检测区域时的车速V＇可以表示为：
机动车的前轮每一次撞线时，都会重新计算出一个速度V＇，计算所有速度V＇的平均值，得到机动车通过检测区域时的车速V。
(2)计算机动车的截距T。
如图13所示，机动车由左向右驶过，前轮在t1时刻触发激光线，在t3时刻释放激光线。根据车速V，微控制器模块1可以计算出的一个截距T＇为：T'＝V×(t3-t1)。微控制器模块1根据机动车触发和释放所有激光线的时刻和速度V计算得到多个截距T＇，并计算多个截距T＇的平均值，即可得到动车的截距T。
(3)计算机动车的轴距Z。
如图14所示，由于机动车的前后轮同时触发用于测量轴距的激光对射管发射出的激光线的可能性基本不存在，且当用于测量轴距的激光对射管的高度与地面相距8-12cm时，被测机动车的车轮最多会同时挡住2条激光线。因此，本发明中在计算轴距Z时，采用轴距Z＝基础轴距-补偿轴距。
具体地，当前轮触发用于测量轴距的激光发射管发射出的轴距激光线n时，微控制器模块1保存触发时间t4。此时，微控制器模块1跳过轴距激光线n-1，向后扫描当前处于被触发状态的最近一根轴距激光线m，然后可以计算出基础轴距Zb＝L×(n-m)。结合前轮当前触发时间t4、后轮最近触发时间t5和机动车的车速V，计算出补偿轴距Zc＝V×(t5-t4)。该次测量过程测量到的机动车的轴距Z'＝Zb-Zc。只要后轮正在有效触发激光线，那么前轮每一次触发激光线后，都会计算得到一个轴距Z＇。测量过程中产生的所有轴距数据都会被保存，在一次测量过程结束后，微控制器模块1计算所有轴距Z＇的平均值，将该平均值作为机动车的轴距Z。
(4)计算机动车的前悬长F。
如图15所示，用于测量前悬的激光对射管的安装位置高于用于测量轴距的激光对射管，用于测量前悬的激光对射管的高度一般为机动车前保险杠所在位置的高度，用于测量前悬的激光对射管发射出的前悬激光线在轴距激光线的正上方。因为车头和前轮同时触发激光线的可能性基本不存在，所以在本发明中选择前悬长F＝基础前悬-补偿前悬+截距/2。
具体地，前悬激光线在轴距激光线o的正上方并与轴距激光线o平行。当前悬激光线被触发(遮挡)时，微控制器模块1自动从车头向车尾方向寻找当前处于触发状态的首个轴距激光线p(即前轮遮挡的最靠前的激光线)，计算出基础前悬Fb＝L×(o-p)。如果车头触发前悬激光线的时刻为t6，前轮触发轴距激光线p的时刻为t7，则补偿前悬为：Fc＝V×(t6-t7)。再考虑到轴距激光线在前轮上形成的截距T，所以前悬为：F＝Fb-Fc+T/2。整个测量过程中，前悬长只在车头触发前悬激光线时测量一次。
(5)计算机动车的后悬长R。
如图16所示，用于测量后悬的激光对射管的安装位置高于用于测量轴距的激光对射管，用于测量后悬的激光对射管的高度一般为机动车后保险杠所在位置的高度，用于测量后悬的激光对射管发出的后悬激光线在轴距激光线的正上方。因为车尾和后轮同时释放激光线的可能性基本不存在，所以在本发明中选择后悬长R＝基础后悬+补偿后悬+截距/2。
具体地，当后悬激光线g被释放时，微控制器模块1自动从车尾向车头方向寻找后轮最近释放的轴距激光线h，计算出基础后悬：Rb＝L×(g-h)。如果车尾释放后悬激光线的时刻为t8，后轮释放轴距激光线g的时刻为t9，则补偿后悬为：Rc＝V×(t8-t9)。再考虑到轴距激光线在后轮上形成的截距T，所以后悬为：R＝Rb+Rc+T/2。整个测量过程中，后悬只在车尾释放后悬激光线时测量一次。
(6)计算机动车的车长Lv。
综合以上数据，车长可表示为前悬长F、后悬长R及轴距Z之和，即机动车的车长Lv＝R+F+Z。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于机动车检测线的机动车外廓长度测量系统，其特征在于，包括电源模块、外廓长度测量卡、若干对激光对射管、信号灯、闸机和上位机；所述电源模块与外廓长度测量卡、若干对激光对射管、信号灯和闸机均连接，并用于为外廓长度测量卡、若干对激光对射管、信号灯和闸机供电；若干对激光对射管中的激光发射管和激光接收器相对设置于机动车检测线检测位的两侧，闸机的横杆设置于机动车的检测位检测入口处；所述外廓长度测量卡包括微控制器模块(1)、以太网模块(2)、开关信号输出模块(3)、DC-DC电源模块(4)、模拟信号输入模块(5)、数字信号输入模块(6)和工作状态指示灯模块(10)，其中：
所述DC-DC电源模块(4)的电源输入端与电源模块的电源输出端连接，且DC-DC电源模块(4)用于将电源模块的电压转换为第一电压、第二电压和第三电压，DC-DC电源模块(4)的第一电压输出端分别与微控制器模块(1)的电源输入端和数字信号输入模块(6)的电源输入端连接，DC-DC电源模块(4)的第二电压输出端与模拟信号输入模块(5)的电源输入端连接，DC-DC电源模块(4)的第三电压输出端与开关信号输出模块(3)的电源输入端连接；所述若干对激光对射管的信号输出端均通过输入/输出接线端子与模拟信号输入模块(5)的信号输入端和数字信号输入模块(6)的信号输入端连接，模拟信号输入模块(5)的信号输出端和数字信号输入模块(6)的信号输出端均与微控制器模块(1)的信号输入端连接，微控制器模块(1)的信号输出端与开关信号输出模块(3)的信号输入端和工作状态指示灯模块(10)的信号输入端连接，微控制器模块(1)的网络端口与以太网模块(2)连接，开关信号输出模块(3)与信号灯和闸机均连接；所述模拟信号输入模块(5)和数字信号输入模块(6)用于采集若干对激光对射管发出的开关信号，并对采集的开关信号进行整形和滤波，以处理为微控制器模块(1)可识别的信号，微控制器模块(1)用于根据接收的来自模拟信号输入模块(5)或数字信号输入模块(6)的信号及预先存储的激光对射管之间的间距计算机动车的轴距、前悬长、后悬长和车长，并将计算结果通过以太网模块(2)发送至上位机，微控制器模块(1)还用于根据计算结果生成控制指令，并将控制指令发送至开关信号输出模块(3)和工作状态指示灯模块(10)，开关信号输出模块(3)用于根据微控制器模块(1)的控制指令控制信号灯和闸机的动作，所述工作状态指示灯模块(10)用于根据微控制器模块(1)的控制指令显示外廓长度测量卡当前的工作状态。
2.根据权利要求1所述的用于机动车检测线的机动车外廓长度测量系统，其特征在于，所述外廓长度测量卡还包括RS485/RS232接口模块(7)和/或CAN接口模块(8)，所述RS485/RS232接口模块(7)分别与微控制器模块(1)和DC-DC电源模块(4)的第一电压输出端连接，所述CAN接口模块(8)分别与微控制器模块(1)和DC-DC电源模块(4)的第二电压输出端连接，RS485/RS232接口模块(7)和/或CAN接口模块(8)通过输入/输出接线端子与上位机连接；RS485/RS232接口模块(7)和/或CAN接口模块(8)用于接收微控制器模块(1)的计算结果并将计算结果发送至上位机，及用于接收上位机的配置指令，并将配置指令发送至微控制器模块(1)，以使微控制器模块(1)根据配置指令配置参数。
3.根据权利要求1所述的用于机动车检测线的机动车外廓长度测量系统，其特征在于，所述外廓长度测量卡还包括USB接口模块(9)，USB接口模块(9)分别与微控制器模块(1)的信号输出端和DC-DC电源模块(4)的第一电压输出端连接；USB接口模块(9)用于提供从微控制器模块(1)下载计算结果的接口。
4.根据权利要求1所述的用于机动车检测线的机动车外廓长度测量系统，其特征在于，所述若干对激光对射管中包括若干个用于测量轴距的激光对射管、若干个用于测量前悬长的激光对射管和若干个用于测量后悬长的激光对射管；用于测量轴距的激光对射管的高度与地面相距8-12cm，用于测量前悬长的激光对射管的高度与机动车前保险杠的高度相对应，用于测量后悬长的激光对射管的高度与机动车后保险杠的高度相对应。
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