CN112881748A - 一种具有角度补偿功能的激光测速系统及计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有角度补偿功能的激光测速系统，包括：望远镜系统、激光发射单元、激光接收单元、数据处理单元和陀螺仪传感器；所述激光发射单元、激光接收单元和陀螺仪传感器均集成安装在望远镜系统上，所述数据处理单元分别与激光发射单元、激光接收单元和陀螺仪传感器电信连接；所述望远镜系统里面内置分化板十字线；所述激光发射单元和激光接收单元均集成设置在望远镜系统上。本发明中，对目标车辆进行测速的时候不需要靠近车辆行驶路线，可以在道路旁选择一处安全的位置，对目标车辆进行速度测量，能提供安全可靠，并且方便的测试方式，测量者触发测量后，只需用十字线对准目标物体行驶一段时间，即可得出精确的行驶速度值。

Description

一种具有角度补偿功能的激光测速系统及计算方法

技术领域

本发明涉及测速系统技术领域，尤其涉及一种具有角度补偿功能的激光测速系统及计算方法。

背景技术

近年来，激光测速仪已广泛应用于高速，国道等需要监控行车速度的领域，是现代化管理、监控的重要手段之一，极大地提高了管理效率和自动化水平。一般说来，通过以固定间隔发射两次红外线光波，测量红外线光波在设备与目标之间的传送时间，根据光速不变原理，可得出两个距离，其差值除以发射时间间隔即可得出目标的速度，如图1所述，时间T1时测量得距离D1，时间T2时测量得距离D2。由此算的车辆行驶速度为S＝(D2-D1)/(T2-T1)。

这种测量方式当测速设备与被测目标物运动有一定的夹角进行测量，因为运动速度不确定，两次测距之间固定间隔中物体运动起始两点与测量点连线的形成的夹角也将具有不确定性，这个夹角将会加大测速的误差，测量者同被测目标之间的夹角必须要小，这样才能减小误差影响，这样的操作使用场景比较容易受限，且有安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有角度补偿功能的激光测速系统及计算方法，以克服现有技术中需要测量者和被测目标尽量在一直线，或者是保持很小的夹角，操作和测量场景和测量精确度误差大的弊端。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种具有角度补偿功能的激光测速系统，包括：望远镜系统、激光发射单元、激光接收单元、数据处理单元和陀螺仪传感器；

所述激光发射单元、激光接收单元和陀螺仪传感器均集成安装在望远镜系统上，所述数据处理单元分别与激光发射单元、激光接收单元和陀螺仪传感器电信连接；

所述望远镜系统里面内置分化板十字线，用来瞄准被测目标；

所述激光发射单元和激光接收单元均集成设置在望远镜系统上，所述激光发射单元用于将红外激光脉冲信号发出，所述激光接收单元用于将目标物反射的红外激光脉冲信号接收；

所述陀螺仪传感器安装在望远镜系统中，且陀螺仪传感器用于记录和计算两次距离测量时姿态信息；

所述数据处理单元调用激光发射单元和激光接收单元采集的距离测量信号，并进行处理换算出直线距离值，同时调用陀螺仪传感器采集的移动角度至，最终通过距离值、移动角度值和时间差值计算出速度数据信息。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述数据处理单元包括核心处理模块、逻辑处理模块和模数转换模块；

所述模数转换模块输出端与逻辑处理模块通讯连接，且逻辑处理模块与核心处理模块的通讯连接；

所述模数转换模块用于将光电传感器采集输入的模拟信号转化为数字信号，然后输入逻辑处理模块进行数据的累积和运算，最后通过传输协议和核心处理模块进行通讯，把测量相关数据传输至核心处理模块，核心处理模块对获取的数据进行处理计算获得测速信息。

作为上述技术方案的进一步描述：

还包括电源管理系统；

所述电源管理系统与数据处理单元连接，且电源管理系统还与外部电源连接；

所述电源管理系统包括降价电路模块和升压电路模块

所述降价电路模块和升压电路模块用于把外部输入电源的电压转换成模块工作所需的几个电平电压来维持各个模块电源的稳定持续供应。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述电源管理系统还包括多个分压电路；

多个所述分压电路与降价电路模块和升压电路模块输出电平相应连接，且分压电路分出来的电压会输送至核心处理模块判断对应路的电压是否符合需求的电平，监控电源以及各转换而来的电平的稳定性是否满足设备工作需求。

作为上述技术方案的进一步描述：

还包括显示系统；

所述显示系统与数据处理单元电信连接，所述显示系统用于将数据处理单元计算出速度数据信息进行显示。

一种具有角度补偿功能的激光测速计算方法，包括以下步骤：

S1：开启测速模式，用望远镜系统内的分化板十字线，对准目标车辆跟随被测物体行驶路线进行跟随；

S2：在跟随的过程中，测速系统会在相等的时间间隔内触发测距采样记录T1时间点测量物体同测量者之间的直线距离D1,同测量者之间的水平夹角α1，T2时间点测量物体同测量者之间的直线距离D2,同测量者之间的水平夹角α2，同理，T3时间点得D3,α3；

S3：记T1时间测量得距离值D1,T2时间测量的距离值D3，被测目标同测量者移动的角度为α则速度S1＝ΔD/(T1-T2)，其中，ΔD由三角函数计算公式得，ΔD^2＝D1^2+D2^2-2*D1*D2*COSα；

S4：得每个时间间隔单元测量速度为S1,S2,S3,S4.........Sn，因为T1.T2.T3.T4....Tn的时间间隔相等，即ΔT＝T2-T1＝T3-T2＝T4-T3.....＝Tn-Tn-1因此可以得到根精确的平均速度S＝(S1+S2+S3....+Sn)/(n*ΔT)

作为上述技术方案的进一步描述：

所述步骤S2中在相等的时间间隔内触发测距采样记录具体包括以下步骤：

S2.1：在相等的时间间隔内通过激光发射单元发出红外激光脉冲信号，红外激光脉冲信号通过目标物反射至激光接收单元，通过激光接收单元进行接收测取目标距离数据T1、T2、T3、T4....Tn；

S2.2：在相等的时间间隔内通过陀螺仪传感器进行转动角度测量α1、α2、α3、α4....αn。

本发明提供了一种具有角度补偿功能的激光测速系统及计算方法。具备以下有益效果：

该具有角度补偿功能的激光测速系统及计算方法测量者对目标车辆进行测速的时候不需要靠近车辆行驶路线，可以在道路旁选择一处安全的位置，对目标车辆进行速度测量，能提供安全可靠，并且方便的测试方式，测量者触发测量后，只需用十字线对准目标物体行驶一段时间，即可得出精确的行驶速度值。

附图说明

图1为现有技术中测速原理示意图；

图2为本发明提出的一种具有角度补偿功能的激光测速系统整体示意图；

图3为本发明提出的一种具有角度补偿功能的激光测速系统的测速原理示意图；

图4为本发明提出的一种具有角度补偿功能的激光测速系统的测速方法示意图；

图5为本发明中数据处理单元和陀螺仪传感器的电路图；

图6为本发明中电源管理系统的电路图；

图7为本发明中显示系统的电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图2-7，一种具有角度补偿功能的激光测速系统，包括：望远镜系统、激光发射单元、激光接收单元、数据处理单元和陀螺仪传感器；

所述激光发射单元、激光接收单元和陀螺仪传感器均集成安装在望远镜系统上，所述数据处理单元分别与激光发射单元、激光接收单元和陀螺仪传感器电信连接；

所述望远镜系统里面内置分化板十字线，用来瞄准被测目标；

所述激光发射单元和激光接收单元均集成设置在望远镜系统上，所述激光发射单元用于将红外激光脉冲信号发出，所述激光接收单元用于将目标物反射的红外激光脉冲信号接收；

所述陀螺仪传感器安装在望远镜系统中，且陀螺仪传感器用于记录和计算两次距离测量时姿态信息；

所述数据处理单元调用激光发射单元和激光接收单元采集的距离测量信号，并进行处理换算出直线距离值，同时调用陀螺仪传感器采集的移动角度至，最终通过距离值、移动角度值和时间差值计算出速度数据信息。

具体的，测量者对目标车辆进行测速的时候不需要靠近车辆行驶路线，可以在道路旁选择一处安全的位置，对目标车辆进行速度测量，能提供安全可靠，并且方便的测试方式，测量者触发测量后，只需用十字线对准目标物体行驶一段时间，即可得出精确的行驶速度值。

所述数据处理单元包括核心处理模块、逻辑处理模块和模数转换模块；所述模数转换模块输出端与逻辑处理模块通讯连接，且逻辑处理模块与核心处理模块的通讯连接；所述模数转换模块用于将光电传感器采集输入的模拟信号转化为数字信号，然后输入逻辑处理模块进行数据的累积和运算，最后通过传输协议和核心处理模块进行通讯，把测量相关数据传输至核心处理模块，核心处理模块对获取的数据进行处理计算获得测速信息。

具体的，如图5所示，最右边的IC为系统的核心处理模块；最左边的IC为逻辑处理模块，用于数字信号逻辑上的运算，而中间的IC用于将光电传感器采集传输入数据处理单元的模拟信号转化为数字信号的模数转换模块。整个数据处理单元会把模拟信号转换成数字信号，然后输入逻辑处理模块进行数据的累积和运算，最后通过传输协议和核心处理模块进行通讯，把测量相关数据传输至核心处理模块，核心处理模块在得到这些数据后进行最终的处理得到产品的显示数据。

还包括电源管理系统；所述电源管理系统与数据处理单元连接，且电源管理系统还与外部电源连接；所述电源管理系统包括降价电路模块和升压电路模块；所述降价电路模块和升压电路模块用于把外部输入电源的电压转换成模块工作所需的几个电平电压来维持各个模块电源的稳定持续供应。

所述电源管理系统还包括多个分压电路；

多个所述分压电路与降价电路模块和升压电路模块输出电平相应连接，且分压电路分出来的电压会输送至核心处理模块判断对应路的电压是否符合需求的电平，监控电源以及各转换而来的电平的稳定性是否满足设备工作需求。

具体的，如图6所示，外部的电源通过BAT端和GND端2个电气节点给系统进行供电，根据不一样的电源输入，系统的电源管理单元会配有相应的降价电路和升压电路，把输入电源的电压转换成产品工作所需的几个电平电压来维持各个模块电源的稳定持续供应，同时在电源持续的供应过程中，每个电平都会有相应的分压电路，分压电路分出来的电压会被送到系统的核心处理模块通过ADC的转换来判断对应路的电压是否符合需求的电平，从而监控电源以及各转换而来的电平的稳定性是否满足设备工作需求。

还包括显示系统；

所述显示系统与数据处理单元电信连接，所述显示系统用于将数据处理单元计算出速度数据信息进行显示。

具体的，如图7所示，有一个显示接口的连接器，用于与显示介质的电气连接，其余的电路部分会根据不同的显示介质的需求，配有不一样的电路来驱动这个显示介质的工作，图7中的显示介质是一个LCD显示屏，需要一个10多V的电压来保证其正常工作，其余的一些电气连接为通讯数据线，系统的核心处理模块会通过这几根数据线来和LCD上的驱动芯片进行通讯传控，以使显示介质能够显示出正确的人机交流信息。

一种具有角度补偿功能的激光测速计算方法，包括以下步骤：

S1：开启测速模式，用望远镜系统内的分化板十字线，对准目标车辆跟随被测物体行驶路线进行跟随；

S2：在跟随的过程中，测速系统会在相等的时间间隔内触发测距采样记录T1时间点测量物体同测量者之间的直线距离D1,同测量者之间的水平夹角α1，T2时间点测量物体同测量者之间的直线距离D2,同测量者之间的水平夹角α2，同理，T3时间点得D3,α3；

S3：记T1时间测量得距离值D1,T2时间测量的距离值D3，被测目标同测量者移动的角度为α则速度S1＝ΔD/(T1-T2)，其中，ΔD由三角函数计算公式得，ΔD^2＝D1^2+D2^2-2*D1*D2*COSα；

S4：得每个时间间隔单元测量速度为S1,S2,S3,S4.........Sn，因为T1.T2.T3.T4....Tn的时间间隔相等，即ΔT＝T2-T1＝T3-T2＝T4-T3.....＝Tn-Tn-1因此可以得到根精确的平均速度S＝(S1+S2+S3....+Sn)/(n*ΔT)。

步骤S2中在相等的时间间隔内触发测距采样记录具体包括以下步骤：

S2.1：在相等的时间间隔内通过激光发射单元发出红外激光脉冲信号，红外激光脉冲信号通过目标物反射至激光接收单元，通过激光接收单元进行接收测取目标距离数据T1、T2、T3、T4....Tn；

S2.2：在相等的时间间隔内通过陀螺仪传感器进行转动角度测量α1、α2、α3、α4....αn。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料过着特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有角度补偿功能的激光测速系统，其特征在于，包括：望远镜系统、激光发射单元、激光接收单元、数据处理单元和陀螺仪传感器；

所述激光发射单元、激光接收单元和陀螺仪传感器均集成安装在望远镜系统上，所述数据处理单元分别与激光发射单元、激光接收单元和陀螺仪传感器电信连接；

所述望远镜系统里面内置分化板十字线，用来瞄准被测目标；

所述激光发射单元和激光接收单元均集成设置在望远镜系统上，所述激光发射单元用于将红外激光脉冲信号发出，所述激光接收单元用于将目标物反射的红外激光脉冲信号接收；

所述陀螺仪传感器安装在望远镜系统中，且陀螺仪传感器用于记录和计算两次距离测量时姿态信息；

所述数据处理单元调用激光发射单元和激光接收单元采集的距离测量信号，并进行处理换算出直线距离值，同时调用陀螺仪传感器采集的移动角度至，最终通过距离值、移动角度值和时间差值计算出速度数据信息。

2.根据权利要求1所述的一种具有角度补偿功能的激光测速系统，其特征在于，所述数据处理单元包括核心处理模块、逻辑处理模块和模数转换模块；

所述模数转换模块输出端与逻辑处理模块通讯连接，且逻辑处理模块与核心处理模块的通讯连接；

所述模数转换模块用于将光电传感器采集输入的模拟信号转化为数字信号，然后输入逻辑处理模块进行数据的累积和运算，最后通过传输协议和核心处理模块进行通讯，把测量相关数据传输至核心处理模块，核心处理模块对获取的数据进行处理计算获得测速信息。

3.根据权利要求1所述的一种具有角度补偿功能的激光测速系统，其特征在于，还包括电源管理系统；

所述电源管理系统与数据处理单元连接，且电源管理系统还与外部电源连接；

所述电源管理系统包括降价电路模块和升压电路模块；

所述降价电路模块和升压电路模块用于把外部输入电源的电压转换成模块工作所需的几个电平电压来维持各个模块电源的稳定持续供应。

4.根据权利要求3所述的一种具有角度补偿功能的激光测速系统，其特征在于，所述电源管理系统还包括多个分压电路；

多个所述分压电路与降价电路模块和升压电路模块输出电平相应连接，且分压电路分出来的电压会输送至核心处理模块判断对应路的电压是否符合需求的电平，监控电源以及各转换而来的电平的稳定性是否满足设备工作需求。

5.根据权利要求1所述的一种具有角度补偿功能的激光测速系统，其特征在于，还包括显示系统；

所述显示系统与数据处理单元电信连接，所述显示系统用于将数据处理单元计算出速度数据信息进行显示。

6.一种具有角度补偿功能的激光测速计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：开启测速模式，用望远镜系统内的分化板十字线，对准目标车辆跟随被测物体行驶路线进行跟随；

S2：在跟随的过程中，测速系统会在相等的时间间隔内触发测距采样记录T1时间点测量物体同测量者之间的直线距离D1,同测量者之间的水平夹角α1，T2时间点测量物体同测量者之间的直线距离D2,同测量者之间的水平夹角α2，同理，T3时间点得D3,α3；

S3：记T1时间测量得距离值D1,T2时间测量的距离值D3，被测目标同测量者移动的角度为α则速度S1＝ΔD/(T1-T2)，其中，ΔD由三角函数计算公式得，ΔD^2＝D1^2+D2^2-2*D1*D2*COSα；

S4：得每个时间间隔单元测量速度为S1,S2,S3,S4.........Sn，因为T1.T2.T3.T4....Tn的时间间隔相等，即ΔT＝T2-T1＝T3-T2＝T4-T3.....＝Tn-Tn-1因此可以得到根精确的平均速度S＝(S1+S2+S3....+Sn)/(n*ΔT)。

7.根据权利要求6所述的一种具有角度补偿功能的激光测速计算方法，其特征在于，所述步骤S2中在相等的时间间隔内触发测距采样记录具体包括以下步骤：

S2.1：在相等的时间间隔内通过激光发射单元发出红外激光脉冲信号，红外激光脉冲信号通过目标物反射至激光接收单元，通过激光接收单元进行接收测取目标距离数据T1、T2、T3、T4....Tn；

S2.2：在相等的时间间隔内通过陀螺仪传感器进行转动角度测量α1、α2、α3、α4....αn。

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