專利名稱：行駛車輛外形參數(shù)紅外檢測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種紅外相關檢測技術，特別是一種用于公路車輛自動識別和定費的車輛外形參數(shù)紅外檢測系統(tǒng)。
在我國，公路收費管理已越來越健全，為實行收費的自動化管理，首先要解決的是對不同型號、不同噸位車輛的識別問題。目前，對于公路車輛的識別均采用紅外檢測系統(tǒng)，如1993年《紅外技術》Vol.15No4上公開的由江西大學研制的“紅外車輛分離子系統(tǒng)”，它主要是由平行等距離紅外線族構成平面檢測系統(tǒng)，采用不同調制頻率發(fā)射、一對一相關接收的技術方法，其整個系統(tǒng)包括發(fā)射、接收和數(shù)據(jù)處理三個部分，發(fā)射部分由振蕩器、方波形成器、驅動電路組成，接收部分是采用傳統(tǒng)的相關檢測方法，由開關電路、乘法器、積分器等組成。這種紅外檢測系統(tǒng)可以實現(xiàn)對帶拖掛車的車輛的識別，但該系統(tǒng)還存在有以下幾個明顯的不足之處(1)無法完全克服相鄰紅外線干擾，導致準確性下降。該系統(tǒng)在工作時，其同一時刻相鄰的紅外對管都處在工作狀態(tài)，所以既使輸入信號與參考信號頻率有差別，相關器仍會有信號輸出，有時還可能觸發(fā)翻轉，產(chǎn)生誤判；(2)為克服上述相鄰紅外干擾，該系統(tǒng)采用了機械導管來減弱這種干擾，同時將相鄰紅外對管調制成不同頻率，這樣又帶來了系統(tǒng)結構復雜和裝調困難的新的不足；(3)由于該系統(tǒng)工作后，紅外發(fā)射管一直是處于發(fā)射狀態(tài)，所以其瞬時功率不能很大，否則將會使管子長時間過載；(4)該檢測系統(tǒng)的紅外管空間布局和整體系統(tǒng)結構未見明確報道，但據(jù)公開資料分析，該系統(tǒng)的紅外管布局只有垂直區(qū)，沒有水平區(qū)，對于車長的參數(shù)無法獲得。另外在垂直區(qū)中未體現(xiàn)輪軸數(shù)的檢測，所以對不同噸位的車輛無法準確判別。因此該系統(tǒng)對車輛的判別往往還需要人工干預。
本實用新型的目的在于提供一種不存在相鄰紅外干擾，作用距離遠、結構簡單且能完全檢測出行駛車輛外形各參數(shù)的紅外檢測裝置。
本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的，行駛車輛外形參數(shù)紅外檢測裝置，它是由發(fā)射、接收和數(shù)據(jù)處理三大部分組成，發(fā)射部分包括有驅動脈沖發(fā)射裝置和紅外發(fā)射管，接收部分包括紅外接收管、前置放大器、限幅器、帶通濾波器、檢波器、積分器和整形器；數(shù)據(jù)處理部分包括數(shù)字相關器、編碼器和微機，上述紅外發(fā)射管和紅外接收管采用平行等距離紅外線族檢測結構；本實用新型的特點在于裝置的發(fā)射部分采用了“順序調制掃描”技術，其中驅動脈沖發(fā)射裝置由振蕩器、分頻器、計數(shù)器、選通脈沖發(fā)生器、或非門、限流電阻、開關管和反相器組成。紅外發(fā)射管和紅外接收管都設有對應的垂直區(qū)域A、B、C和水平區(qū)域D，垂直區(qū)域A、B、C分別用于檢測車高、掛鉤和輪軸數(shù)，其中A、B區(qū)域的紅外管是垂直順序排列，而C區(qū)采用兩組紅外對管平行放置，這樣它可形成雙脈沖以準確地測量出輪軸數(shù)，D區(qū)是用來檢測車長，紅外管是水平順序排列。裝置的接收部分采用的是“數(shù)字相關檢測”技術，數(shù)據(jù)處理部分中的數(shù)字相關器是由數(shù)據(jù)鎖存器、選通脈沖發(fā)生器、或門和與非門組成。本實用新型所說的行駛車輛外形參數(shù)紅外檢測裝置的電連接關系是這樣的振蕩器的頻率輸出端分別與分頻器的一個時鐘端CLK和或非門的一個輸入端相接，分頻器的同相輸出端Q分別與循環(huán)計數(shù)器和數(shù)字相關器中數(shù)據(jù)鎖存器的時鐘端CLK相連，分頻器的反相輸出端Q分別與選通脈沖發(fā)生器和數(shù)字相關器中的選通脈沖發(fā)生器時鐘端CLK相連；循環(huán)計數(shù)器的進位端TC分別與選通脈沖發(fā)生器和數(shù)字相關器中選通脈沖發(fā)生器的清零端MR以及反相器的輸入端相連；選通脈沖發(fā)生器中譯碼器的輸出端Y與或非門的另一輸入端相連；限流電阻的兩端分別與或非門的輸出端和開關管的基極相接；開關管的發(fā)射極接地，集電極接紅外發(fā)射管；反相器的輸出端與數(shù)字相關器中的數(shù)據(jù)鎖存器的清零端CLR相接；紅外接收管接收紅外發(fā)射管發(fā)出的信號，其輸出信號經(jīng)前置放大器、限幅器、帶通濾波器、檢波器、積分器、整形器后輸出給數(shù)字相關器中數(shù)據(jù)鎖存器的D輸入端，數(shù)據(jù)鎖存器輸出端Q接或門的一個輸入端，另一輸入端與選通脈沖發(fā)生器中譯碼器的輸出端Y相接，或門的輸出端連接與非門的輸入端，與非門的輸出端經(jīng)編碼器后輸給微機。本裝置的工作原理是在驅動脈沖發(fā)生器中，先由振蕩器產(chǎn)生40KHz的基本調制脈沖，該脈沖經(jīng)分頻器后產(chǎn)生5KHz的掃描脈沖，一路給計數(shù)器作計數(shù)循環(huán)，另一路給選通脈沖發(fā)生器產(chǎn)生選通脈沖，該選通脈沖產(chǎn)生后又與40KHz的調制脈沖在對應的或非門中組合，產(chǎn)生掃描驅動脈沖，然后經(jīng)限流電阻后觸發(fā)開關管，再由開關管驅動垂直區(qū)和水平區(qū)的紅外發(fā)射管，在測量區(qū)內紅外對管安置多少，則就有多少路選通脈沖和或非門與之對應。另外，發(fā)射部分同時還產(chǎn)生時鐘脈沖CK1、CK2和清零脈沖CR1、CR2，送數(shù)字相關器進行相關檢測用，其中CK1和CR2用于控制相關器中的數(shù)據(jù)鎖存器對紅外管接收信號進行采樣和鎖存，形成數(shù)字信號，而CK2、CR1控制相關器中的選通脈沖發(fā)生器產(chǎn)生參考脈沖信號。參考脈沖信號與數(shù)字信號在或門和與非門中作相關運算。本裝置的垂直區(qū)一直處于工作狀態(tài)，水平區(qū)受車輛駛入信號控制，當車輛進入檢測區(qū)后，先由檢測區(qū)中的垂直區(qū)給出車輛駛入信號，該信號觸發(fā)水平區(qū)開始工作，同時垂直區(qū)從上而下順序掃描，發(fā)射管被擋，則相關器就會輸出“0”，沒有擋，則輸出“1”，編碼器對被擋點在垂直區(qū)所處的位置進行編碼，編碼后的二進制數(shù)值就代表車輛在這一點的高度，車輛駛出垂直區(qū)時發(fā)出車輛終結信號，裝置停止采集數(shù)據(jù)，只要統(tǒng)計該車輛一共被采到多少組數(shù)據(jù)，該組數(shù)乘以水平區(qū)紅外對管的間距，即為該車輛的長度。垂直區(qū)中C區(qū)的兩組紅外對管是對輪軸數(shù)進行檢測，當兩組紅外對管在同一時刻同時被擋，則作為輪軸檢測數(shù)據(jù)，如只有一組被擋則不是，車輛駛出垂直區(qū)后，該車輛的所有數(shù)據(jù)就送入計算機進行判別和定費。在本裝置中，由于相關器輸出只有“0”、“1”兩個狀態(tài)，所以不會產(chǎn)生誤觸發(fā)，采用脈沖數(shù)字相關，也可以避免陽光、燈光等直流輻射干擾。另外，在每個循環(huán)周期內，按順序只有一個紅外發(fā)射管被選通工作，因此，本發(fā)明不存在相鄰紅外干擾，一個周期內每個紅外發(fā)射管只工作一次，工作時間短，可以增大瞬時發(fā)射功率，加長工作距離。
本實用新型與現(xiàn)有技術相比，具有以下幾個顯著的優(yōu)點(1)本裝置采用了順序調制掃描和數(shù)字相關檢測技術，不僅克服了相鄰紅外干擾，而且也避免了陽光、燈光等直流輻射干擾，提高了抗干擾能力；(2)本裝置中的每個紅外發(fā)射管只用一個調制頻率工作，因此裝置裝調十分簡單；(3)利用一個垂直區(qū)和水平區(qū)可準確無誤地測得車輛外形的全部參數(shù)，為計算機判別提供了可靠的依據(jù)；(4)由于每個紅外管在一個循環(huán)周期內只工作一次，因此它的瞬時發(fā)射功率較大，一般可達到200mA電流，從而增大了作用距離，實際工作距離大于6.5m，適用于各種公路收費通道對車輛進行自動識別和定費。
本實用新型的具體結構由以下附圖和實施例給出。


圖1為行駛車輛外形參數(shù)紅外檢測裝置的電路結構方框圖。
圖2為發(fā)射裝置中驅動脈沖發(fā)生器的電路原理圖。
圖3為檢測區(qū)紅外管的布局示意圖。
圖4為數(shù)據(jù)處理裝置中數(shù)字相關器的電路原理圖。
下面以HJI型原理樣機為例，對本實用新型作進一步詳細描述。
根據(jù)本實用新型制作的行駛車輛外形參數(shù)紅外檢測裝置是由發(fā)射、接收和數(shù)據(jù)處理三大部分組成，共有122對紅外發(fā)射、接收管，分別由圖2、圖4電路結構組合而成。參見圖1，這三部分包括驅動脈沖發(fā)生器(1)、紅外對管(2、3)，前置放大器(4)、限幅器(5)、帶通濾波器(6)、檢波器(7)、積分器(8)、整形器(9)、數(shù)字相關器(10)、編碼器(11)和微機(12)，其中，發(fā)射裝置部分采用“順序調制掃描”技術，見圖2所示，發(fā)射部分中的驅動脈沖發(fā)生器(1)是由振蕩器(13)、分頻器(14)、循環(huán)計數(shù)器(15)、選通脈沖發(fā)生器(16)、或非門(17)、限流電阻(18)、開關三極管(19)組成。振蕩器(13)由兩個非門74LS04、電位器10KΩ、電容200PF組成，分頻器(14)由計數(shù)器74LS393和D觸發(fā)器74LS74組成，循環(huán)計數(shù)器(15)的型號為74LS161，選通脈沖發(fā)生器(16)由16片譯碼器74LS138和計數(shù)器74LS393組成。振蕩器(13)的頻率輸出端與分頻器(14)中74LS393的時鐘端CLK相連，同時該路還與122個或非門(17)74LS02的一個輸入端相連，在分頻器(10)中，74LS393的Q1輸出端與74LS74的時鐘端CLK相連，74LS74的D與Q短接，對輸入頻率二分頻，同相輸出端Q與循環(huán)計數(shù)器(15)74LS161的時鐘端CLK相接，同時該路還與數(shù)字相關器(10)中數(shù)據(jù)鎖存器(21)的時鐘端CLK相連，反相輸出端Q與選通脈沖發(fā)生器(16)中的74LS393時鐘端CLK相連，同時該路還與數(shù)字相關器(10)中選通脈沖發(fā)生器(22)的74LS393時鐘端CLK相連，循環(huán)計數(shù)器(15)74LS161的進位端TC分別接選通脈沖發(fā)生器(16)中74LS393的清零端MR和反相器(20)74LS04的輸入端，同時該路還接數(shù)字相關器(10)中的選通脈沖發(fā)生器(22)的74LS393清零端MR。在選通脈沖發(fā)生器(16)中，74LS393的前三位輸出Q0、Q1、Q2分別與16片譯碼器74LS138的輸入端A、B、C相連，16片74LS138輸出端Y分別與122個或非門(17)74LS02的另一輸入端相連，另外有122個10KΩ限流電阻(18)和122個開關三極管(19)8050與之對應。限流電阻(18)的兩端分別與或非門(17)的輸出端和開關三極管(19)8050的基極相連。開關管8050的發(fā)射極接地，集電極接紅外發(fā)射管(2)。反相器(20)74LS04的輸出端與數(shù)字相關器(10)中數(shù)據(jù)鎖存器(21)的清零端CLR相連。參見圖3，紅外對管(2、3)采用平行等距離紅外線族結構，它分為垂直區(qū)域和水平區(qū)域，垂直區(qū)域又分為A、B、C三個區(qū)，其中A區(qū)長度為164cm，順序排有20對紅外發(fā)射、接收管，用于檢測車高；B區(qū)長度為75cm，內也順序排有20對紅外管，用于檢測車高和掛鉤；C區(qū)為離地面20cm的兩對并排設置的紅外管，用于檢測輪軸數(shù)，垂直區(qū)一直處于工作狀態(tài)，檢測有無車輛駛入。水平區(qū)D區(qū)長度為2000cm，其內順序排列80對紅外管，主要用于檢測車長和等距離采集車高數(shù)據(jù)，該區(qū)受車輛駛入信號控制。紅外接收管(3)接收紅外發(fā)射管(2)發(fā)出的信號，其輸出信號經(jīng)前置放大器(4)、限幅器(5)、帶通濾波器(6)、檢波器(7)、積分器(8)、整形器(9)后輸出給數(shù)字相關器(10)中的數(shù)據(jù)鎖存器(21)，參見圖4，數(shù)字相關器(10)是由16片數(shù)據(jù)鎖存器(21)、選通脈沖發(fā)生器(22)、或門(23)、與非門(24)組成，紅外接收管(3)接收到的信號送入數(shù)據(jù)鎖存器(21)74LS273的數(shù)據(jù)輸入端D，數(shù)據(jù)鎖存器(21)的輸出端Q分別與122個或門(23)74LS32的一個輸入端相連，或門(23)的另一輸入端與選通脈沖發(fā)生器(22)中16片譯碼器74LS138的輸出端Y相連，在選通脈沖發(fā)生器(22)中，計數(shù)器74LS393的前三位輸出Q0、Q1、Q2分別與16片譯碼器74LS138的輸入端A、B、C相連?；蜷T(23)的輸出端連接16片與非門(24)74LS30的輸入端，與非門(24)的輸出端經(jīng)編碼器(11)編碼后輸出給微機(12)。
本裝置在使用時，垂直區(qū)的紅外對管一直處于工作狀態(tài)，而水平區(qū)的紅外對管并不工作，只有當車輛駛入時，由垂直區(qū)給出一個駛入信號，觸發(fā)循環(huán)計數(shù)器(15)的清零端MR，此時，水平區(qū)的紅外對管才在其控制下開始工作。本檢測裝置在車輛駛入檢測區(qū)后，垂直區(qū)是從上而下順序掃描，當檢測區(qū)被擋，則自第一個被擋點以下全置“1”，編碼器(11)對這個點在垂直區(qū)所處的位置進行編碼，編碼后的二進制數(shù)值為車輛在該點的高度數(shù)據(jù)。水平區(qū)采用等距離檢測方法，即車輛前進時每擋一個點就采一次數(shù)據(jù)，這樣就能使數(shù)據(jù)采集與車速無關，從而保證所檢測的車形不發(fā)生畸變。C區(qū)的兩對紅外管采用雙脈沖檢測方法，在同一時刻用兩個掃描脈沖驅動發(fā)射管，當兩個紅外發(fā)射管都被阻擋，則作為輪軸進行計數(shù)，如只有一個被擋，就不作輪軸處理，這樣就排除了車輪擋泥板及拖地細小雜物的影響，使車輪數(shù)的測量更加可靠準確。車長則是通過統(tǒng)計車輛被采集數(shù)據(jù)的組數(shù)，用組數(shù)乘以水平區(qū)紅外管的間距得到。
本實用新型的原理樣機，經(jīng)試運行，完全達到設計目標，能準確可靠地提供車輛的外形、掛鉤、車長以及輪軸數(shù)，并能在各種復雜環(huán)境下長期穩(wěn)定工作。
權利要求一種行駛車輛外形參數(shù)紅外檢測裝置，它是由發(fā)射、接收和數(shù)據(jù)處理三大部分組成，發(fā)射部分包括有驅動脈沖發(fā)生器〔1〕和紅外發(fā)射管〔2〕，接收部分包括紅外接收管〔3〕，依次還接有前置放大器〔4〕、限幅器〔5〕、帶通濾波器〔6〕、檢波器〔7〕、積分器〔8〕和整形器〔9〕；數(shù)據(jù)處理部分是由數(shù)字相關器〔10〕、編碼器〔11〕和微機〔12〕組成；上述紅外發(fā)射管〔2〕和紅外接收管〔3〕采用平行等距離紅外線族檢測結構；其特征是(1)發(fā)射部分中的驅動脈沖發(fā)生器〔1〕是由振蕩器〔13〕、分頻器〔14〕、計數(shù)器〔15〕、選通脈沖發(fā)生器〔16〕、或非門〔17〕、限流電阻〔18〕、開關管〔19〕和反相器〔20〕組成；
(2)紅外發(fā)射管〔2〕和紅外接收管〔3〕都設有對應的垂直區(qū)域(A、B、C)和水平區(qū)域D，其中A、B、D區(qū)域內的紅外管為順序排列，垂直區(qū)域內的C區(qū)是由兩組紅外管并行排列構成；
(3)數(shù)據(jù)處理部分中的數(shù)字相關器〔10〕是由數(shù)據(jù)鎖存器〔21〕、選通脈沖發(fā)生器〔22〕、或門〔23〕和與非門〔24〕組成；
(4)它們的電連接關系是振蕩器〔13〕的頻率輸出端分別與分頻器〔14〕的一個時鐘端CLK和或非門〔17〕的一個輸入端相接，分頻器〔14〕的同相輸出端Q分別與循環(huán)計數(shù)器〔15〕和數(shù)字相關器〔10〕中數(shù)據(jù)鎖存器〔21〕的時鐘端CLK相連，分頻器〔14〕的反相輸出端Q分別與選通脈沖發(fā)生器〔16〕和數(shù)字相關器〔10〕中的選通脈沖發(fā)生器〔22〕時鐘端CLK相連；循環(huán)計數(shù)器〔15〕的進位端TC分別與選通脈沖發(fā)生器〔16〕和數(shù)字相關器〔10〕中選通脈沖發(fā)生器〔22〕的清零端MR以及反相器〔20〕的輸入端相連；選通脈沖發(fā)生器〔16〕和〔22〕中譯碼器的輸出端Y分別與或非門〔17〕的另一輸入端相連；限流電阻〔18〕的兩端分別與或非門〔17〕的輸出端和開關管〔19〕的基相相接；開關管〔19〕的發(fā)射極接地，集電極接紅外發(fā)射管〔2〕；反相器〔20〕的輸出端與數(shù)字相關器〔10〕中的數(shù)據(jù)鎖存器〔21〕的清零端CLR相接；紅外接收管〔3〕接收紅外發(fā)射管〔2〕發(fā)出的信號，其輸出信號經(jīng)前置放大器〔4〕、限幅器〔5〕、帶通濾波器〔6〕、檢波器〔7〕、積分器〔8〕、整形器〔9〕后輸出給數(shù)字相關器〔10〕中數(shù)據(jù)鎖存器〔21〕的D端，數(shù)據(jù)鎖存器〔21〕 輸出端Q接或門〔23〕的一個輸入端，另一輸入端與選通脈沖發(fā)生器〔22〕中譯碼器的輸出端Y相接，或門〔23〕的輸出端連接與非門〔24〕的輸入端，與非門〔24〕的輸出端經(jīng)編碼器〔11〕后輸給微機〔12〕。
專利摘要本實用新型公開了一種新的行駛車輛外形參數(shù)紅外檢測裝置，它是由發(fā)射、接收和數(shù)據(jù)處理三部分構成，其發(fā)明特征是裝置的發(fā)射部分和數(shù)據(jù)處理部分分別采用了順序調制掃描技術和數(shù)字相關檢測技術，有效地克服了相鄰紅外干擾和陽光、燈光等直流輻射干擾，結構、裝調簡單，作用距離大于6.5m，能準確無誤地測得行駛車輛外形的所有參數(shù)，適用于各種公路收費站進行車輛的自動識別和定費。
文檔編號G01B11/24GK2253465SQ9524012
公開日1997年4月30日 申請日期1995年7月12日 優(yōu)先權日1994年11月18日
發(fā)明者張保民, 陳錢, 顧國華, 劉濱, 王慶寶, 劉世才, 魏殿修, 張開華, 徐宗和 申請人:南京理工大學