專利名稱：高速公路能見度監測器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電子儀器領域用于監測高速公路能見度的裝置，特別是涉及一種能監測尤其是惡劣天氣高速公路的能見度，保障通道路安全的高速公路能見度監測器。
背景技術：
目前，高速公路已經成為交通運輸的主要通道，但在惡劣的天氣情況下，尤其濃霧天氣，會導致公路能見度急劇下降，極易造成撞車事故的發生，給人民的生命和財產造成巨大的損失。為了實時監測高速公路各路段的天氣情況，及時作出預報，以減少和避免交通事故的發生，現有高速公路能見度監測裝置是利用紅外光散射來監測天氣的變化，該裝置波長偏長與氣象能見度(人眼范圍)有偏差，需效正；而散射式的覆蓋范圍很小，重復性較差，成本也較高。
由此可見，上述現有的高速公路能見度監測裝置仍存在有諸多的缺陷，而丞待加以改進。
有鑒于上述現有的高速公路能見度監測裝置存在的缺陷，本設計人基于從事此類產品設計制造多年，積有豐富的實務經驗及專業知識，積極加以研究創新，以期創設一種改進成型結構的高速公路能見度監測器，能夠改進一般市面上現有常規高速公路能見度監測裝置的成型結構，使其更具有競爭性。經過不斷的研究、設計，并經反復試作樣品及改進后，終于創設出確具實用價值的本實用新型。
實用新型內容本實用新型所要解決的主要技術問題在于，克服現有的高速公路能見度監測裝置存在的缺陷，而提供一種新型結構的高速公路能見度監測器，使其實時能監測高速公路各路段的天氣變化，及時作出準確預報，以減少和避免交通事故的發生。
本實用新型所要解決的另一技術問題在于，提供一種新型結構的高速公路能見度監測器，使其能見度監測器具有結構簡單，且低成本的優良功效，而更加具有實用性，并能大大提高經濟效益，從而在總體上具有增進的功效，且具有產業上的利用價值。
本實用新型解決其主要技術問題是采用以下技術方案來實現的。依據本實用新型提出的高速公路能見度監測器，包括發射器1和接收器2，其特征在于所述的發射器1包括機殼17、激光器11、準直透鏡12、由調制電機14帶動的激光調制片15、io傳感器13；所述的激光調制片15上具有間隔分布的通光孔，所述的準直透鏡12位于所述的激光器11的發射端，所述的激光器11經準直透鏡12射出的激光束穿過激光調制片15上的通光孔，直射到接收器2上，或經傾斜放置的激光調制片15折射到io傳感器13上；所述的接收器2包括機殼17A、主板電路18、信號處理電路19、電源板電路20、通信板電路21、激光功率il傳感器22、背景光ib傳感器23；所述的主板電路18經接口槽、接口插頭分別與信號處理電路19、電源板電路20、通信板電路21連接；所述的激光功率il傳感器22、背景光ib傳感器23分別與信號處理電路19連接。
所述的激光調制片15上的通光孔是等間隔分布的。
本實用新型解決其技術問題還可以采用以下技術措施來進一步實現。
前所述的機殼為雙層中空結構。
前所述的主板電路是由80C552單片機(IC1)、8D鎖存器54HC573(IC2)、時鐘芯片DS12C887(IC3)、譯碼器54HC138(IC4)、復位芯片TL7705(IC5)、四與非門54HC00(IC6)、能隙電源芯片MC1403(IC7)、程序存儲器27128(IC8)、數據存儲器62256(IC9、IC10)及晶振、二極管、電阻、電容相互連接組成。
前所述的信號處理板電路是由放大器U1與R1、R2、RSO、E1、E2、激光功率io傳感器IODC共同組成io信號前置電路；雙運放U2與R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、EZ1共同組成精密整流器；放大器U3與R10、R11、RS1、E3、E4、激光功率il傳感器I1DC共同組成il信號前置電路；雙運放U4與R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、EZ2共同組成精密整流器；雙運放U5B與R19、RW3、PW3、E5、E6、背景光傳感器BDC共同組成環境背景光強ib傳感器信號放大電路及雙運放U5A與RT*、溫度傳感器TCZ共同組成環境溫度信號放大電路組成。
前所述的電源板電路是由雙路7.5V的交流電壓從ACCZ線插輸入，經D1、D2、D3、D4整流，E1、E2、E3、E4、C1、C2、C3、C4濾波，M1、M2、M3、M4穩壓形成兩組直流電源。
前所述的通信板電路是由調制解調器芯片MC145442(IC1)及變壓器、穩壓二極管、電阻、電容相互連接構成模擬調制解調電路；由電平轉換器MAX232(IC2)及穩壓二極管、電容相互連接構成光調制解調電路。
本實用新型與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。由以上技術方案可知，本實用新型高速公路能見度監測器采用激光監測技術，具有穿透力強，測量距離遠，易對焦效準，功耗低，體積小，結構簡單；監測部分用模塊化設計，便于維護、擴展；傳輸上比較靈活，可用于有線傳輸模塊和無線傳輸模塊，本實用新型工作穩定準確可靠。
本實用新型改進成型結構的高速公路能見度監測器可以達到結構穩定、適于實用的效果，并具有更大的經濟效益，而確實具有廣泛的產業利用價值。其在使用時完全沒有現有的高速公路能見度監測裝置所存在的缺陷，而且可以使得本實用新型結構更加穩固及多變化，應此可達到相當的實用性，并具有產業上的廣泛利用價值，本實用新型在結構設計、使用的實用性及成本效益上，確實完全符合產業發展所需，并且所揭露的結構是前所未有的創新設計，其未見于任何刊物，在申請前更未見有相同的結構特征公知、公用在先，且市面上亦未見有類似的產品，而確實具有新穎性。
本實用新型的結構確比現有的高速公路能見度監測裝置更具技術進性，且其獨特的結構特征及更能亦遠非現有的高速公路能見度監測裝置所可比擬，較現有的高速公路能見度監測裝置更具有技術上進步，并具有增進的多項功效，而確實具有創造性。
本實用新型設計人研制此類產品已有多年的經驗，對于現有的高速公路能見度監測裝置所存在的問題及缺陷相當了解，而本實用新型既是根據上述缺陷研究開發而創設的，其確實能達到預期的目的及功效，不但在空間型態上確屬創新，而且較現有的高速公路能見度監測裝置確屬具有相當的增進功效，且較現有習知產品更具有技術進步性及實用性，并產生了好用及實用的優良功效，而確實具有實用性。
綜上所述，本實用新型在空間型態上確屬創新，并較現有產品具有增進的多項功效，且結構簡單，適于實用，具有產業的廣泛利用價值。其在技術發展空間有限的領域中，不論在結構上或功能上皆有較大的改進，且在技術上有較大的進步，并產生了好用及實用的效果，而確實具有增進的功效，從而更加適于實用，誠為一新穎、進步、實用的新設計。
上述說明僅為本實用新型技術方案特征部份的概述，為使專業技術人員能夠更清楚了解本實用新型的技術手段，并可依照說明書的內容予以實施，以下以本實用新型的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。
本實用新型的具體實施方式
由以下實施例及其附圖詳細給出。
圖1是本實用新型高速公路能見度監測器框圖。
圖2是本實用新型高速公路能見度監測器發射器框圖。
圖3是本實用新型高速公路能見度監測器激光調制示意圖。
圖4是本實用新型高速公路能見度監測器接收器框圖。
圖5是本實用新型高速公路能見度監測器接收器電路板結構圖。
圖6是本實用新型高速公路能見度監測器主板電路原理圖。
圖7是本實用新型高速公路能見度監測器信號處理板電路原理圖。
圖8是本實用新型高速公路能見度監測器電源板電路原理圖。
圖9是本實用新型高速公路能見度監測器通信板電路原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖及較佳實施例，對依據本實用新型提出的其具體實施方式
、結構、特征及其功效，詳細說明如后。
1.發射器 2.接收器3.激光束 4.背景光傳感器5.io信號線6.電源線7.電話線或光纖8.電源線9.基線距離L 10.鍵盤和液晶顯示接口11.激光器 12.準直透鏡13.io傳感器 14.調制電機15.激光調制片 16.激光器電源17.機殼 18.主電路19.信號處理電路 20.電源電路21.通信電路 22.激光功率il傳感器23.背景光ib傳感器 24.主板25.信號處理板 26.電源板27.通信板請參閱圖1所示，本實用新型高速公路能見度監測器包括發射器1和接收器2兩部分，發射器1發射出的激光束3，經發射器與接收器之間的基線距離L9厚度的介質(空氣、霧滴、灰塵、雨滴和煙霧等)衰減后，由接收器2接收。激光出射光功率io由發射器中的io傳感器監測，并通過io信號線5傳送給接收器，激光束衰減后的光功率il由接收器的il傳感器監測，微機計算得到激光透過率il/io，進而求得能見度示值，接收器同時監測環境的背景光強，用于修正能見度數值。電源線6、8分別給發射器和接收器供電，電話線或光纖7用于通訊。液晶顯示接口10可以隨時連接顯示器，用于調試監測器。
見圖2、圖3所示，激光器11發出的激光由準直透鏡12聚光為平行的激光束3，經調制電機14調制成一定頻率的脈沖激光束，光亮的激光調制片15邊緣等間隔布有光孔，激光束3通過通光孔，當激光束被阻擋同時反射到io傳感器13時，得到激光出射功率io，激光器電源16為穩功電源，以保證激光功率具有一定的穩定性。機殼17為雙層中空結構，降低熱傳導。
見圖4、圖5所示，主板電路18內含80C552單片機，主板24的邊緣布有三個30線的接口插槽AIN、POWER和SIO，信號處理板25、電源板26和通訊板27三塊線路板邊緣設有接口插頭，與接口插槽相對應，可以分別垂直插入接口插槽，相同線號相連，以實現與主板的電信號連接，此種結構便于調試和維修。立體結構詳見圖5所示。
信號處理電路19主要完成io、il和背景光ib等信號的檢波和放大。激光功率il傳感器22接收經基線距離L厚度的介質(空氣、霧滴、灰塵、雨滴和煙霧等)衰減后的激光束，并將信號傳給信號處理電路19。背景光ib傳感器23監測環境的背景光強，也將信號傳給信號處理電路。
電源電路20將220V交流電轉為±5V的直流。
通信電路21根據能見度監測器的組網要求采用不同功率板，如果為電話線通信，則為模擬調制解調器功能；如果為光纖通信，則為光調制解調器功能。
見圖6所示，主板電路原理圖IC1為80C552單片機，內含8通道10位A/D、看門狗電路、6個8位I/O口，P0口提供系統的數據/地址總線AD0～AD7，P2口提供系統的高8位地址線A8～A15，ADC0～ADC7為模數轉換器A/D的8路輸入信號線，信號處理板將三路光強io、il、ib的電信號經30線的插槽AIN線送至主板，由A/D進行轉換，CPU計算處理，得到能見度數據，并存儲。
芯片54HC573(IC2)是8D鎖存器，用于鎖存IC1的P0口輸出的地址信號，形成系統的低8位地址線A0～A7。
主板擴有1片時鐘芯片DS12C887(IC3)，用于確定時間基準和數據時標。
54HC138(IC4)是3-8譯碼器，其輸入A、B、C分別與系統地址A13、A14、A15相連，形成地址片選信號Y0、Y1、Y2、Y3，每一片選信號控制8kbyte的地址范圍。
TL7705(IC5)與C7、R3、C5、E1、復位健RESTCZ組成復位電路，實現上電復位、電源欠壓復位和手動復位。
54HC00(IC6)為四與非門，用于系統的地址總線和控制總線譯碼。
MC1403(IC7)為能隙電源芯片，1腳輸入5V，2腳輸出2.5V，為IC1中的模數轉換器提供參考電源。
主板有1片程序存儲器27128(IC8)，程序供16kbyte；有2片數據存儲器62256(IC9、IC10)，供64kbyte，可以存儲30天的能見度數據，以供查詢。
16線雙排線插XSCZ為點陣液晶接口，用于連接液晶顯示器。10線雙排線插KEYCZ為鍵盤接口，可以外連鍵盤。
5PIN(R5)為5×10K的電阻排，為鍵盤線(B0～B3)的下拉電阻。
9PIN(R6)為9×10K的電阻排，為系統數據總線(D0～D7)的下拉電阻。
3PIN(ROMSET)為內外程序存儲器選擇1-2內程序存儲器；2-3外程序存儲器。
3PIN(DOGSET)為“看門狗”使能選擇1-2無效；2-3有效。
2PIN(RESTCZ)為系統復位健。
30線的插槽AIN用于連接信號處理板電路。與信號處理板電路的30線的插頭AIN的引腳一一對應連接。參見圖7信號處理板電路原理圖。
30線的插槽POWER用于連接電源板電路。與電源板電路的30線的插頭POWER的引腳一一對應連接。參見圖8電源板電路原理圖。
30線的插槽SIO用于連接通信板電路。與通信板電路的30線的”插頭SIO的引腳一一對應連接。參見圖9通信板電路原理圖。
見圖7所示，信號處理板電路原理圖放大器U1與R1、R2、RSO、E1、E2、激光功率io傳感器IODC共同組成io信號前置電路，該電路只對調制過的脈沖激光響應，并輸出方波，其方波幅度與接收到激光功率成比例，而對非調制的雜散光、背景光等無響應，以去除干擾。雙運放U2與R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、EZ1共同組成精密整流器，將方波變化為直流，即信號AINO，見運算放大器U2B的第7腳，它被連到30線的“金手指”插頭AIN中第28線，送到主板供A/D轉換。
放大器U3與R10、R11、RS1、E3、E4、激光功率il傳感器I1DC共同組成il信號前置電路，該電路只對調制過的脈沖激光響應，并輸出方波，其方波幅度與接收到激光光強成比例，而對非調制的雜散光、背景光等無響應，以去除干擾。雙運放U4與R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、EZ2共同組成精密整流器，將方波變化為直流，即信號AIN1，見運算放大器U4B的第7腳，它被連到30線的插頭AIN中第26線，送到主板供A/D轉換。
雙運放U5B與R19、RW3、PW3、E5、E6、背景光傳感器BDC共同組成環境背景光強ib傳感器信號放大電路，輸出為直流信號，即信號AIN2，見運算放大器UB5的第7腳，它被連到30線的插頭AIN中第24線，送到主板供A/D轉換。
雙運放U5A與RT*、溫度傳感器TCZ共同組成環境溫度信號放大電路，輸出為直流信號，即信號AIN3，見運算放大器U5A的第1腳，它被連到30線的插頭AIN中第22線，送到主板供A/D轉換。
30線的插頭AIN，用于實現信號處理板插入主板插槽AIN。主板電路插槽AIN與信號處理板電路插頭AIN的引腳一一對應連接。參見附圖6主板電路原理圖。
見圖8所示，電源板電路原理圖雙路7.5V的交流電壓從ACCZ線插輸入，經D1、D2、D3、D4整流，E1、E2、E3、E4、C1、C2、C3、C4濾波，M1、M2、M3、M4穩壓形成兩組直流電源。第一組VCC、GND和-5為系統數字電路供電。第二組VDD、AGND和VEE，為系統模擬電路供電。
第一組電源VCC連于插頭POWER的第27～30線，GND連于插頭POWER的第23～26線，-5連于插頭POWER的第21～22線。
第二組電源VDD連于插頭POWER的第9～12線，AGND連于插頭POWER的第5～8線，VEE連于插頭POWER的第1～4線。
30線的插頭POWER，用于實現電源板插入主板插槽POWER。主板電路插槽POWER與電源板電路插頭POWER的引腳一一對應連接。參見附圖6主板電路原理圖。
見圖9所示，通信板電路原理圖為兩種方案一種是模擬調制解調方案。集成電路IC1芯片MC145442為調制解調器芯片，可與單片機直接接口，將TTL電平的串行數字通信信號調制轉換為適于電話線傳輸的音頻信號。又可以將電話線傳輸的音頻信號解調轉換為TTL電平的串行數字通信信號供單片機接收。音頻信號通過線插PHOCZ接入電話線路。
另一種為光調制解調方案。集成電路IC2芯片MAX232為電平轉換器件，可實現TTL電平轉換與RS232接口標準電平信號之間的雙向轉換，圖中10線插座RS232外連已商品化的光調制解調器，再接入光纜。
30線的插頭SIO，用于實現通信板插入主板插槽SIO。主板電路插槽SIO與通信板電路“金手指”插頭SIO的引腳一一對應連接。參見附圖6主板電路原理圖。
工作原理見附圖7，激光出射功率io傳感器(IODC)為光電池，其輸出電流與接收到的光強成正比，在此它與一小阻值電阻RSO并聯，形成電壓信號即IO+-IO-，因為是調制激光，所以電壓信號IO+-IO-為脈沖信號，此信號經過E1、E2、R1、R2、U1形成方波信號，其振幅與傳感器IODC接收到的激光出射功率成正比。
接收器中激光功率il傳感器(I1DC)與激光出射功率io傳感器(IODC)同為光電池，它與一小阻值電阻RS1并聯，形成電壓信號即I1+-I1-，同理電壓信號I1+-I1-為脈沖信號，此信號經過E3、E4、R10、R11、U3形成方波信號，其振幅與傳感器I1DC接收到的激光功率成正比。
發射器發射的激光，由激光出射功率io傳感器監測，激光經基線距離L厚度的空氣介質后，由接收器中激光功率il傳感器監測。
空氣中霧滴、灰塵、雨滴和煙霧等含量很低時，空氣激光透過率il/io＝1，隨著空氣中霧滴、灰塵、雨滴和煙霧等含量增加，激光散射增強，接收器中激光功率il傳感器檢測到的光功率減弱，il減小，空氣激光透過率il/io＜1，即能見度降低。
空氣能見度V＝f(il/io)，即空氣能見度是空氣激光透過率il/io函數，空氣激光透過率接近1時，空氣能見度最大，隨著空氣激光透過率減小空氣能見度也變小。
背景光ib用于效正空氣能見度，同樣的空氣激光透過率下白天和黑天的能見度有顯著的差異。所以監測背景光ib來效正空氣能見度必不可少。
以上關系式可合并表示為V＝f(il/io，ib)，此式的精確表達需要通過實驗確立。
上述表達式的運算由主板中的單片機完成。其監測與運算是實時的，并且完成帶時標存儲空氣能見度數據以及向上位機傳送數據。
以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型作任何形式上的限制，凡是依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實用新型技術方案的范圍內。
主要元器件明細表1.主板電路元器件
2.信號處理板電路元器件
3.電源板電路元器件
4.通信板電路元器件
權利要求1.一種高速公路能見度監測器，包括發射器(1)和接收器(2)，其特征在于所述的發射器(1)包括機殼(17)、激光器(11)、準直透鏡(12)、由調制電機(14)帶動的激光調制片(15)、io傳感器(13)；所述的激光調制片(15)上具有間隔分布的通光孔，所述的準直透鏡(12)位于所述的激光器(11)的發射端，所述的激光器(11)經準直透鏡(12)射出的激光束穿過激光調制片(15)上的通光孔，直射到接收器(2)上，或經傾斜放置的激光調制片(15)折射到io傳感器(13)上；所述的接收器(2)包括機殼(17A)、主板電路(18)、信號處理電路(19)、電源板電路(20)、通信板電路(21)、激光功率i1傳感器(22)、背景光ib傳感器(23)；所述的主板電路(18)經接口槽、接口插頭分別與信號處理電路(19)、電源板電路(20)、通信板電路(21)連接；所述的激光功率il傳感器(22)、背景光ib傳感器(23)分別與信號處理電路(19)連接。
2.根據權利要求1所述的高速公路能見度監測器，其特征在于所述的激光調制片(15)上的通光孔是等間隔分布的。
3.根據權利要求2所述的高速公路能見度監測器，其特征在于其中所述的機殼為雙層中空結構。
4.根據權利要求1所述的高速公路能見度監測器，其特征在于其中所述的主板電路是由80C552單片機(IC1)、8D鎖存器54HC573(IC2)、時鐘芯片DS12C887(IC3)、譯碼器54HC138(IC4)、復位芯片TL7705(IC5)、四與非門54HC00(IC6)、能隙電源芯片MC1403(IC7)、程序存儲器27128(IC8)、數據存儲器62256(IC9、IC10)及晶振、二極管、電阻、電容相互連接組成。
5.根據權利要求4所述的高速公路能見度監測器，其特征在于其中所述的信號處理板電路是由放大器U1與R1、R2、RSO、E1、E2、激光功率io傳感器IODC共同組成io信號前置電路；雙運放U2與R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、EZ1共同組成精密整流器；放大器U3與R10、R11、RS1、E3、E4、激光功率il傳感器I1DC共同組成il信號前置電路；雙運放U4與R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、EZ2共同組成精密整流器；雙運放U5B與R19、RW3、PW3、E5、E6、背景光傳感器BDC共同組成環境背景光強ib傳感器信號放大電路及雙運放U5A與RT*、溫度傳感器TCZ共同組成環境溫度信號放大電路組成。
6.根據權利要求5所述的高速公路能見度監測器，其特征在于其中所述的電源板電路是由雙路7.5V的交流電壓從ACCZ線插輸入，經D1、D2、D3、D4整流，E1、E2、E3、E4、C1、C2、C3、C4濾波，M1、M2、M3、M4穩壓形成兩組直流電源。
7.根據權利要求6所述的高速公路能見度監測器，其特征在于其中所述的通信板電路是由調制解調器芯片MC145442(IC1)及變壓器、穩壓二極管、電阻、電容相互連接構成模擬調制解調電路；由電平轉換器MAX232(IC2)及穩壓二極管、電容相互連接構成光調制解調電路。
專利摘要一種高速公路能見度監測器，包括發射器(1)和接收器(2)，發射器(1)包括機殼(17)、激光器(11)、準直透鏡(12)、激光調制片(15)、io傳感器(13)；激光器(11)經準直透鏡(12)射出的激光束穿過激光調制片(15)上的通光孔，直射到接收器(2)上，或經激光調制片(15)折射到io傳感器(13)上；接收器(2)中的主板電路(18)分別與信號處理電路(19)、電源板電路(20)、通信板電路(21)連接；激光功率il傳感器(22)、背景光ib傳感器(23)分別與信號處理電路(19)連接。本實用新型穿透力強，測量距離遠，易對焦，功耗低，體積小，結構簡單，工作穩定準確可靠。
文檔編號G01N21/94GK2630844SQ0326478
公開日2004年8月4日 申請日期2003年6月24日 優先權日2003年6月24日
發明者王忠義, 曹學誠, 王偉民, 任婕, 黃嵐 申請人:北京泰倫環境工程研究中心