激光车辆限高仪的设计和实现

　　0　引　言

　　随着现代城市交通发展越来越快,交通事故特别是超高大货车的卡桥、撞桥事故的发生率上升趋势较为明显。交通管理部门多数采用的是增设限高标志等措施进行防范,但是此类的交通事故还是时有发生。

　　若在道路两边立柱并配备激光车辆限高仪,采用停车红灯来警示,可以更有效地减少此类事故。但是目前国内的交通系统很少配备该种装置。首先,该种装置的价格昂贵,无法推广使用;其次,目前国内生产激光车辆限高仪产品的公司只有北京某一家公司,而且采用对射式(发射机和接收机分离),安装调试复杂,也影响了该产品的推广应用。同时,该产品没有识别超高车辆所在车道的功能,误报率较高。为此设计一种经济的单机多车道激光车辆限高仪,具有很好的实际意义。

　　1　工作原理及电路组成

　　激光车辆限高仪是一种用于检测桥梁、隧道车辆高度的检测器,利用激光调制波实现对多车道车辆的实时检测。它的工作电路组成如图1所示。

　　激光管发出按某一频率f变化的正弦调制光波,通过发射透镜,发射出高度聚焦光束。当有超过限制高度的车辆通过时,激光束立即被反射。反射回来带有距离相位信息的调制光,经接收透镜聚焦,投射到雪崩管上。雪崩管将接收到的光信号转换为电信号,这个信号的频率仍为f,而相位却延迟了ω·t2D,即距离相位信息(Δφ=ω·t2D)。此信号再经过混频、整形等电路,传送给CPLD检测相位延迟Δφ,最后由ARM芯片处理,使用相位法测距的基本公式:

　　式中,c为光速,f为发射频率。计算出相对距离D,指出超高车辆所在的车道,发出指令并触发其他设备(如用来拍车牌号的照相机、停车红灯等)。另外,为了降低对超高车辆的漏报率,采用双机侧向安装进行检测。如图2所示,将两台激光车辆限高仪分别安装于道路两边侧立柱,安装的高度就是桥梁、隧道的限制高度H。车A、车B都超

　　过限制高度,两车在激光限高仪1发出的激光束的同一方向上,并且车A比车B高。在时刻1,因为超高车辆A挡住车辆B,激光限高仪1会漏报超高车辆B。采用双向安装后,在时刻2,激光限高仪2会补报出车B超高。

　　分辨车道的测距部分设计采用单测尺方案,本文设计的激光发射和接收测尺长度为40米,所发射的光波的调制频率是3·690MHz。测尺长度计算公式:

　　同时采用差频测相,即将含有距离信息的信号经过混频器变成低频信号后,再测量相位的方法,因为低频测相比高频测相容易得多,而且精度高、易于数字化。带有相位延迟信息的高频信号变换为低频信号,是一种相位延迟不变的转换过程。