专利名称：高速公路能见度监测器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电子仪器领域用于监测高速公路能见度的装置，特别是涉及一种能监测尤其是恶劣天气高速公路的能见度，保障通道路安全的高速公路能见度监测器。
背景技术：
目前，高速公路已经成为交通运输的主要通道，但在恶劣的天气情况下，尤其浓雾天气，会导致公路能见度急剧下降，极易造成撞车事故的发生，给人民的生命和财产造成巨大的损失。为了实时监测高速公路各路段的天气情况，及时作出预报，以减少和避免交通事故的发生，现有高速公路能见度监测装置是利用红外光散射来监测天气的变化，该装置波长偏长与气象能见度(人眼范围)有偏差，需效正；而散射式的覆盖范围很小，重复性较差，成本也较高。
由此可见，上述现有的高速公路能见度监测装置仍存在有诸多的缺陷，而丞待加以改进。
有鉴于上述现有的高速公路能见度监测装置存在的缺陷，本设计人基于从事此类产品设计制造多年，积有丰富的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，以期创设一种改进成型结构的高速公路能见度监测器，能够改进一般市面上现有常规高速公路能见度监测装置的成型结构，使其更具有竞争性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本实用新型。
实用新型内容本实用新型所要解决的主要技术问题在于，克服现有的高速公路能见度监测装置存在的缺陷，而提供一种新型结构的高速公路能见度监测器，使其实时能监测高速公路各路段的天气变化，及时作出准确预报，以减少和避免交通事故的发生。
本实用新型所要解决的另一技术问题在于，提供一种新型结构的高速公路能见度监测器，使其能见度监测器具有结构简单，且低成本的优良功效，而更加具有实用性，并能大大提高经济效益，从而在总体上具有增进的功效，且具有产业上的利用价值。
本实用新型解决其主要技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本实用新型提出的高速公路能见度监测器，包括发射器1和接收器2，其特征在于所述的发射器1包括机壳17、激光器11、准直透镜12、由调制电机14带动的激光调制片15、io传感器13；所述的激光调制片15上具有间隔分布的通光孔，所述的准直透镜12位于所述的激光器11的发射端，所述的激光器11经准直透镜12射出的激光束穿过激光调制片15上的通光孔，直射到接收器2上，或经倾斜放置的激光调制片15折射到io传感器13上；所述的接收器2包括机壳17A、主板电路18、信号处理电路19、电源板电路20、通信板电路21、激光功率il传感器22、背景光ib传感器23；所述的主板电路18经接口槽、接口插头分别与信号处理电路19、电源板电路20、通信板电路21连接；所述的激光功率il传感器22、背景光ib传感器23分别与信号处理电路19连接。
所述的激光调制片15上的通光孔是等间隔分布的。
本实用新型解决其技术问题还可以采用以下技术措施来进一步实现。
前所述的机壳为双层中空结构。
前所述的主板电路是由80C552单片机(IC1)、8D锁存器54HC573(IC2)、时钟芯片DS12C887(IC3)、译码器54HC138(IC4)、复位芯片TL7705(IC5)、四与非门54HC00(IC6)、能隙电源芯片MC1403(IC7)、程序存储器27128(IC8)、数据存储器62256(IC9、IC10)及晶振、二极管、电阻、电容相互连接组成。
前所述的信号处理板电路是由放大器U1与R1、R2、RSO、E1、E2、激光功率io传感器IODC共同组成io信号前置电路；双运放U2与R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、EZ1共同组成精密整流器；放大器U3与R10、R11、RS1、E3、E4、激光功率il传感器I1DC共同组成il信号前置电路；双运放U4与R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、EZ2共同组成精密整流器；双运放U5B与R19、RW3、PW3、E5、E6、背景光传感器BDC共同组成环境背景光强ib传感器信号放大电路及双运放U5A与RT*、温度传感器TCZ共同组成环境温度信号放大电路组成。
前所述的电源板电路是由双路7.5V的交流电压从ACCZ线插输入，经D1、D2、D3、D4整流，E1、E2、E3、E4、C1、C2、C3、C4滤波，M1、M2、M3、M4稳压形成两组直流电源。
前所述的通信板电路是由调制解调器芯片MC145442(IC1)及变压器、稳压二极管、电阻、电容相互连接构成模拟调制解调电路；由电平转换器MAX232(IC2)及稳压二极管、电容相互连接构成光调制解调电路。
本实用新型与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本实用新型高速公路能见度监测器采用激光监测技术，具有穿透力强，测量距离远，易对焦效准，功耗低，体积小，结构简单；监测部分用模块化设计，便于维护、扩展；传输上比较灵活，可用于有线传输模块和无线传输模块，本实用新型工作稳定准确可靠。
本实用新型改进成型结构的高速公路能见度监测器可以达到结构稳定、适于实用的效果，并具有更大的经济效益，而确实具有广泛的产业利用价值。其在使用时完全没有现有的高速公路能见度监测装置所存在的缺陷，而且可以使得本实用新型结构更加稳固及多变化，应此可达到相当的实用性，并具有产业上的广泛利用价值，本实用新型在结构设计、使用的实用性及成本效益上，确实完全符合产业发展所需，并且所揭露的结构是前所未有的创新设计，其未见于任何刊物，在申请前更未见有相同的结构特征公知、公用在先，且市面上亦未见有类似的产品，而确实具有新颖性。
本实用新型的结构确比现有的高速公路能见度监测装置更具技术进性，且其独特的结构特征及更能亦远非现有的高速公路能见度监测装置所可比拟，较现有的高速公路能见度监测装置更具有技术上进步，并具有增进的多项功效，而确实具有创造性。
本实用新型设计人研制此类产品已有多年的经验，对于现有的高速公路能见度监测装置所存在的问题及缺陷相当了解，而本实用新型既是根据上述缺陷研究开发而创设的，其确实能达到预期的目的及功效，不但在空间型态上确属创新，而且较现有的高速公路能见度监测装置确属具有相当的增进功效，且较现有习知产品更具有技术进步性及实用性，并产生了好用及实用的优良功效，而确实具有实用性。
综上所述，本实用新型在空间型态上确属创新，并较现有产品具有增进的多项功效，且结构简单，适于实用，具有产业的广泛利用价值。其在技术发展空间有限的领域中，不论在结构上或功能上皆有较大的改进，且在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，而确实具有增进的功效，从而更加适于实用，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅为本实用新型技术方案特征部份的概述，为使专业技术人员能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
本实用新型的具体实施方式
由以下实施例及其附图详细给出。
图1是本实用新型高速公路能见度监测器框图。
图2是本实用新型高速公路能见度监测器发射器框图。
图3是本实用新型高速公路能见度监测器激光调制示意图。
图4是本实用新型高速公路能见度监测器接收器框图。
图5是本实用新型高速公路能见度监测器接收器电路板结构图。
图6是本实用新型高速公路能见度监测器主板电路原理图。
图7是本实用新型高速公路能见度监测器信号处理板电路原理图。
图8是本实用新型高速公路能见度监测器电源板电路原理图。
图9是本实用新型高速公路能见度监测器通信板电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的其具体实施方式
、结构、特征及其功效，详细说明如后。
1.发射器 2.接收器3.激光束 4.背景光传感器5.io信号线6.电源线7.电话线或光纤8.电源线9.基线距离L 10.键盘和液晶显示接口11.激光器 12.准直透镜13.io传感器 14.调制电机15.激光调制片 16.激光器电源17.机壳 18.主电路19.信号处理电路 20.电源电路21.通信电路 22.激光功率il传感器23.背景光ib传感器 24.主板25.信号处理板 26.电源板27.通信板请参阅图1所示，本实用新型高速公路能见度监测器包括发射器1和接收器2两部分，发射器1发射出的激光束3，经发射器与接收器之间的基线距离L9厚度的介质(空气、雾滴、灰尘、雨滴和烟雾等)衰减后，由接收器2接收。激光出射光功率io由发射器中的io传感器监测，并通过io信号线5传送给接收器，激光束衰减后的光功率il由接收器的il传感器监测，微机计算得到激光透过率il/io，进而求得能见度示值，接收器同时监测环境的背景光强，用于修正能见度数值。电源线6、8分别给发射器和接收器供电，电话线或光纤7用于通讯。液晶显示接口10可以随时连接显示器，用于调试监测器。
见图2、图3所示，激光器11发出的激光由准直透镜12聚光为平行的激光束3，经调制电机14调制成一定频率的脉冲激光束，光亮的激光调制片15边缘等间隔布有光孔，激光束3通过通光孔，当激光束被阻挡同时反射到io传感器13时，得到激光出射功率io，激光器电源16为稳功电源，以保证激光功率具有一定的稳定性。机壳17为双层中空结构，降低热传导。
见图4、图5所示，主板电路18内含80C552单片机，主板24的边缘布有三个30线的接口插槽AIN、POWER和SIO，信号处理板25、电源板26和通讯板27三块线路板边缘设有接口插头，与接口插槽相对应，可以分别垂直插入接口插槽，相同线号相连，以实现与主板的电信号连接，此种结构便于调试和维修。立体结构详见图5所示。
信号处理电路19主要完成io、il和背景光ib等信号的检波和放大。激光功率il传感器22接收经基线距离L厚度的介质(空气、雾滴、灰尘、雨滴和烟雾等)衰减后的激光束，并将信号传给信号处理电路19。背景光ib传感器23监测环境的背景光强，也将信号传给信号处理电路。
电源电路20将220V交流电转为±5V的直流。
通信电路21根据能见度监测器的组网要求采用不同功率板，如果为电话线通信，则为模拟调制解调器功能；如果为光纤通信，则为光调制解调器功能。
见图6所示，主板电路原理图IC1为80C552单片机，内含8通道10位A/D、看门狗电路、6个8位I/O口，P0口提供系统的数据/地址总线AD0～AD7，P2口提供系统的高8位地址线A8～A15，ADC0～ADC7为模数转换器A/D的8路输入信号线，信号处理板将三路光强io、il、ib的电信号经30线的插槽AIN线送至主板，由A/D进行转换，CPU计算处理，得到能见度数据，并存储。
芯片54HC573(IC2)是8D锁存器，用于锁存IC1的P0口输出的地址信号，形成系统的低8位地址线A0～A7。
主板扩有1片时钟芯片DS12C887(IC3)，用于确定时间基准和数据时标。
54HC138(IC4)是3-8译码器，其输入A、B、C分别与系统地址A13、A14、A15相连，形成地址片选信号Y0、Y1、Y2、Y3，每一片选信号控制8kbyte的地址范围。
TL7705(IC5)与C7、R3、C5、E1、复位健RESTCZ组成复位电路，实现上电复位、电源欠压复位和手动复位。
54HC00(IC6)为四与非门，用于系统的地址总线和控制总线译码。
MC1403(IC7)为能隙电源芯片，1脚输入5V，2脚输出2.5V，为IC1中的模数转换器提供参考电源。
主板有1片程序存储器27128(IC8)，程序供16kbyte；有2片数据存储器62256(IC9、IC10)，供64kbyte，可以存储30天的能见度数据，以供查询。
16线双排线插XSCZ为点阵液晶接口，用于连接液晶显示器。10线双排线插KEYCZ为键盘接口，可以外连键盘。
5PIN(R5)为5×10K的电阻排，为键盘线(B0～B3)的下拉电阻。
9PIN(R6)为9×10K的电阻排，为系统数据总线(D0～D7)的下拉电阻。
3PIN(ROMSET)为内外程序存储器选择1-2内程序存储器；2-3外程序存储器。
3PIN(DOGSET)为“看门狗”使能选择1-2无效；2-3有效。
2PIN(RESTCZ)为系统复位健。
30线的插槽AIN用于连接信号处理板电路。与信号处理板电路的30线的插头AIN的引脚一一对应连接。参见图7信号处理板电路原理图。
30线的插槽POWER用于连接电源板电路。与电源板电路的30线的插头POWER的引脚一一对应连接。参见图8电源板电路原理图。
30线的插槽SIO用于连接通信板电路。与通信板电路的30线的”插头SIO的引脚一一对应连接。参见图9通信板电路原理图。
见图7所示，信号处理板电路原理图放大器U1与R1、R2、RSO、E1、E2、激光功率io传感器IODC共同组成io信号前置电路，该电路只对调制过的脉冲激光响应，并输出方波，其方波幅度与接收到激光功率成比例，而对非调制的杂散光、背景光等无响应，以去除干扰。双运放U2与R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、EZ1共同组成精密整流器，将方波变化为直流，即信号AINO，见运算放大器U2B的第7脚，它被连到30线的“金手指”插头AIN中第28线，送到主板供A/D转换。
放大器U3与R10、R11、RS1、E3、E4、激光功率il传感器I1DC共同组成il信号前置电路，该电路只对调制过的脉冲激光响应，并输出方波，其方波幅度与接收到激光光强成比例，而对非调制的杂散光、背景光等无响应，以去除干扰。双运放U4与R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、EZ2共同组成精密整流器，将方波变化为直流，即信号AIN1，见运算放大器U4B的第7脚，它被连到30线的插头AIN中第26线，送到主板供A/D转换。
双运放U5B与R19、RW3、PW3、E5、E6、背景光传感器BDC共同组成环境背景光强ib传感器信号放大电路，输出为直流信号，即信号AIN2，见运算放大器UB5的第7脚，它被连到30线的插头AIN中第24线，送到主板供A/D转换。
双运放U5A与RT*、温度传感器TCZ共同组成环境温度信号放大电路，输出为直流信号，即信号AIN3，见运算放大器U5A的第1脚，它被连到30线的插头AIN中第22线，送到主板供A/D转换。
30线的插头AIN，用于实现信号处理板插入主板插槽AIN。主板电路插槽AIN与信号处理板电路插头AIN的引脚一一对应连接。参见附图6主板电路原理图。
见图8所示，电源板电路原理图双路7.5V的交流电压从ACCZ线插输入，经D1、D2、D3、D4整流，E1、E2、E3、E4、C1、C2、C3、C4滤波，M1、M2、M3、M4稳压形成两组直流电源。第一组VCC、GND和-5为系统数字电路供电。第二组VDD、AGND和VEE，为系统模拟电路供电。
第一组电源VCC连于插头POWER的第27～30线，GND连于插头POWER的第23～26线，-5连于插头POWER的第21～22线。
第二组电源VDD连于插头POWER的第9～12线，AGND连于插头POWER的第5～8线，VEE连于插头POWER的第1～4线。
30线的插头POWER，用于实现电源板插入主板插槽POWER。主板电路插槽POWER与电源板电路插头POWER的引脚一一对应连接。参见附图6主板电路原理图。
见图9所示，通信板电路原理图为两种方案一种是模拟调制解调方案。集成电路IC1芯片MC145442为调制解调器芯片，可与单片机直接接口，将TTL电平的串行数字通信信号调制转换为适于电话线传输的音频信号。又可以将电话线传输的音频信号解调转换为TTL电平的串行数字通信信号供单片机接收。音频信号通过线插PHOCZ接入电话线路。
另一种为光调制解调方案。集成电路IC2芯片MAX232为电平转换器件，可实现TTL电平转换与RS232接口标准电平信号之间的双向转换，图中10线插座RS232外连已商品化的光调制解调器，再接入光缆。
30线的插头SIO，用于实现通信板插入主板插槽SIO。主板电路插槽SIO与通信板电路“金手指”插头SIO的引脚一一对应连接。参见附图6主板电路原理图。
工作原理见附图7，激光出射功率io传感器(IODC)为光电池，其输出电流与接收到的光强成正比，在此它与一小阻值电阻RSO并联，形成电压信号即IO+-IO-，因为是调制激光，所以电压信号IO+-IO-为脉冲信号，此信号经过E1、E2、R1、R2、U1形成方波信号，其振幅与传感器IODC接收到的激光出射功率成正比。
接收器中激光功率il传感器(I1DC)与激光出射功率io传感器(IODC)同为光电池，它与一小阻值电阻RS1并联，形成电压信号即I1+-I1-，同理电压信号I1+-I1-为脉冲信号，此信号经过E3、E4、R10、R11、U3形成方波信号，其振幅与传感器I1DC接收到的激光功率成正比。
发射器发射的激光，由激光出射功率io传感器监测，激光经基线距离L厚度的空气介质后，由接收器中激光功率il传感器监测。
空气中雾滴、灰尘、雨滴和烟雾等含量很低时，空气激光透过率il/io＝1，随着空气中雾滴、灰尘、雨滴和烟雾等含量增加，激光散射增强，接收器中激光功率il传感器检测到的光功率减弱，il减小，空气激光透过率il/io＜1，即能见度降低。
空气能见度V＝f(il/io)，即空气能见度是空气激光透过率il/io函数，空气激光透过率接近1时，空气能见度最大，随着空气激光透过率减小空气能见度也变小。
背景光ib用于效正空气能见度，同样的空气激光透过率下白天和黑天的能见度有显著的差异。所以监测背景光ib来效正空气能见度必不可少。
以上关系式可合并表示为V＝f(il/io，ib)，此式的精确表达需要通过实验确立。
上述表达式的运算由主板中的单片机完成。其监测与运算是实时的，并且完成带时标存储空气能见度数据以及向上位机传送数据。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
主要元器件明细表1.主板电路元器件
2.信号处理板电路元器件
3.电源板电路元器件
4.通信板电路元器件
权利要求1.一种高速公路能见度监测器，包括发射器(1)和接收器(2)，其特征在于所述的发射器(1)包括机壳(17)、激光器(11)、准直透镜(12)、由调制电机(14)带动的激光调制片(15)、io传感器(13)；所述的激光调制片(15)上具有间隔分布的通光孔，所述的准直透镜(12)位于所述的激光器(11)的发射端，所述的激光器(11)经准直透镜(12)射出的激光束穿过激光调制片(15)上的通光孔，直射到接收器(2)上，或经倾斜放置的激光调制片(15)折射到io传感器(13)上；所述的接收器(2)包括机壳(17A)、主板电路(18)、信号处理电路(19)、电源板电路(20)、通信板电路(21)、激光功率i1传感器(22)、背景光ib传感器(23)；所述的主板电路(18)经接口槽、接口插头分别与信号处理电路(19)、电源板电路(20)、通信板电路(21)连接；所述的激光功率il传感器(22)、背景光ib传感器(23)分别与信号处理电路(19)连接。
2.根据权利要求1所述的高速公路能见度监测器，其特征在于所述的激光调制片(15)上的通光孔是等间隔分布的。
3.根据权利要求2所述的高速公路能见度监测器，其特征在于其中所述的机壳为双层中空结构。
4.根据权利要求1所述的高速公路能见度监测器，其特征在于其中所述的主板电路是由80C552单片机(IC1)、8D锁存器54HC573(IC2)、时钟芯片DS12C887(IC3)、译码器54HC138(IC4)、复位芯片TL7705(IC5)、四与非门54HC00(IC6)、能隙电源芯片MC1403(IC7)、程序存储器27128(IC8)、数据存储器62256(IC9、IC10)及晶振、二极管、电阻、电容相互连接组成。
5.根据权利要求4所述的高速公路能见度监测器，其特征在于其中所述的信号处理板电路是由放大器U1与R1、R2、RSO、E1、E2、激光功率io传感器IODC共同组成io信号前置电路；双运放U2与R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、EZ1共同组成精密整流器；放大器U3与R10、R11、RS1、E3、E4、激光功率il传感器I1DC共同组成il信号前置电路；双运放U4与R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、EZ2共同组成精密整流器；双运放U5B与R19、RW3、PW3、E5、E6、背景光传感器BDC共同组成环境背景光强ib传感器信号放大电路及双运放U5A与RT*、温度传感器TCZ共同组成环境温度信号放大电路组成。
6.根据权利要求5所述的高速公路能见度监测器，其特征在于其中所述的电源板电路是由双路7.5V的交流电压从ACCZ线插输入，经D1、D2、D3、D4整流，E1、E2、E3、E4、C1、C2、C3、C4滤波，M1、M2、M3、M4稳压形成两组直流电源。
7.根据权利要求6所述的高速公路能见度监测器，其特征在于其中所述的通信板电路是由调制解调器芯片MC145442(IC1)及变压器、稳压二极管、电阻、电容相互连接构成模拟调制解调电路；由电平转换器MAX232(IC2)及稳压二极管、电容相互连接构成光调制解调电路。
专利摘要一种高速公路能见度监测器，包括发射器(1)和接收器(2)，发射器(1)包括机壳(17)、激光器(11)、准直透镜(12)、激光调制片(15)、io传感器(13)；激光器(11)经准直透镜(12)射出的激光束穿过激光调制片(15)上的通光孔，直射到接收器(2)上，或经激光调制片(15)折射到io传感器(13)上；接收器(2)中的主板电路(18)分别与信号处理电路(19)、电源板电路(20)、通信板电路(21)连接；激光功率il传感器(22)、背景光ib传感器(23)分别与信号处理电路(19)连接。本实用新型穿透力强，测量距离远，易对焦，功耗低，体积小，结构简单，工作稳定准确可靠。
文档编号G01N21/94GK2630844SQ0326478
公开日2004年8月4日 申请日期2003年6月24日 优先权日2003年6月24日
发明者王忠义, 曹学诚, 王伟民, 任婕, 黄岚 申请人:北京泰伦环境工程研究中心