CN101206769A - 一种红外车辆分离信号检测方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种公路自动化收费技术，具体地说是一种公路自动收费***检测用的红外车辆分离信号检测方法及其装置。采用一发多收循环扫描方式，通过红外线载波频率调制和红外线光束的循环扫描实现对接收到的检测区域的红外线信号进行解码、放大并自动调节接收增益；控制程序进行区域检测，判断检测区域遮挡物的尺寸，对检测区域内的两个车辆间的分离信号进行检测、报警以及状态显示。本发明检测精度更高，具有自适应性强；用于公路收费***，本发明能将所通过的半挂车、全挂车、单车可靠地检测分离出来。
Description
技术领域
本发明涉及公路自动化收费技术，具体地说是一种公路自动收费***检测用的红外车辆分离信号检测方法及其装置。
背景技术
红外车辆分离器是专为公路自动化收费***的车辆分离检测而设计的，应用于***中能够完全消除跟车现象，并将半挂车、全挂车、单车可靠分离。保证了***收费数据与车辆的一一对应关系，不会出现由于误判而出现的多车或少车的现象。
传统的红外车辆分离器多数采用一发一收的循环方式所形成的光幕对车辆进行检测。即一束光对应一个红外线接收头，由多组平行的红外线光形成光幕。这样不紧增加成本，而且当一个红外线接收头或发射头出现故障将会出现丢失空间一个平面的检测光线，大大降低了***的检测精度。对于传统红外分离器接收端一般采用一体化接收头接收红外线信号，一体化接收头接收频率的带宽比较窄，当***长期运行于恶劣现场环境中，表面积累的灰尘遮挡住接收头，一体化接收头无法实现自身放大倍数的调节，***在恶劣的天气与环境下的适应性、鲁棒性差。
发明内容
本发明的目的是提供一种检测精度更高、低成本、并具有自适应性的自动调节接收增益功能的红外车辆分离信号检测方法及其装置。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
红外车辆分离信号检测方法：采用一发多收循环扫描方式，通过红外线载波频率调制和红外线光束的循环扫描实现对接收到的检测区域的红外线信号进行解码、放大并自动调节接收增益；控制程序进行区域检测，判断检测区域遮挡物的尺寸，对检测区域内的两个车辆间的分离信号进行检测、报警以及状态显示；
其中检测区域遮挡物尺寸的判断分两种情况：第一种情况：当光电隔离器输出未曾被激发过时，检测区域如果有至少连续半数以上红外接收模块被遮挡，遮挡区域中遮挡时间至少为600u，激发光电隔离器，输出检测区域被遮挡信号；第二种情况：当光电隔离器输出已被激发时，只要有一个红外接收模块信号被遮挡，保持光电隔离器输出的激发状态，直到最后一个红外接收模块解除遮挡至少为10ms，光电隔离器转为不激发状态，两个车辆间的分离信号被检测。
红外车辆分离信号检测装置包括：
一装置发射端，由发射控制模块和至少1个红外发射模块组成，其中：
红外发射模块，线性排列，在检测区域对遮挡物(车辆)进行检测，通过发射控制模块的循环调制，将检测信号送至红外接收模块；
发射控制模块，控制红外发射模块的扫描时序与红外信号编码调制；
一装置接收端，由接收控制模块和至少1个红外接收模块组成，其中：
红外接收模块，线性排列，在检测区域对遮挡物(车辆)进行检测，接收红外光信号，将其转换为电信号将信号送至接收控制模块；
接收控制模块，输入信号为红外接收模块的检测信号，输出通过测量分离程序对车辆的分离检测；
装置发射端和装置接收端通过屏蔽同步电缆相连，以提高***的可靠性；
所述红外发射模块由红外线发光管组成，10对红外线发光管为一组，与红外发射控制模块电连接；所述红外线发光管10对为一组；所述发射控制模块由分频器、第1-2计数器、多谐振荡器组成，其中，多谐振荡器的时钟信号至分频器，分频器输出送至相互串联的第1-2计数器，进行红外线载波频率调制和红外线光束的循环扫描，输出红外信号送至红外接收模块，第2计数器的同步信号通过屏蔽同步电缆接至装置接收端的接收控制模块；所述红外线接收模块包括第4-7运算放大器、译码器、数字电位器，其中第4运算放大器的两级放大的红外信号接至第5运算放大器，其限幅滤波后的信号通过第6运算放大器检波，检波后的信号经过第7运算放大器积分、整形输出至接收控制模块；所述译码器接收控制模块的输出信号，输出端与数字电位器相连；
所述接收控制模块包括：
微处理器，微处理器内部存储有控制程序，控制锁存器的读写，通过串口与主机通讯；通过光电隔离器触发继电器输出检测信号；
第1-3锁存器，分别与微处理器通信，第1锁存器接收反相器的红外接收信号；第2锁存器输出控制红外接收模块译码器选通信号，控制相应红外接收模块的数字电位器片选，并调其增益；第3锁存器输出至液晶显示器，显示***工作状态；
译码器，地址译码选择输出信号至第2-3锁存器；
所述控制程序具体流程为：首先对各寄存器进行初始化，然后对装置发射端和装置接收端进行通讯测试；如果红外发射模块和红外接收模块全部正常通讯，进入处理车辆通过子程序；当***通信不正常时，直接进入故障处理；在故障处理中，判断***是否可以进行降级处理，如果至少有两个红外接收模块出现故障，***不进入降级处理模式，触发报警控制输出；否则，***进入降级处理子程序；
所述处理车辆通过子程序具体流程为：车辆通过的检测过程中，判断红外接收模块遮挡数量是否可以激发个光电隔离器，如果有至少连续半数以上红外接收模块信号被遮挡，光电隔离器输出被激发；否则，调节相应红外接收模块增益，其中，判断红外接收模块增益调节是否为最大值，如果是最大值，***进入故障处理子程序，否则，退出处理车辆通过子程序。当光电隔离器输出被激发后，判断是否有车辆已经通过，只要有一个红外接收模块被遮挡，***循环等待，直到最后一个红外接收模块解除遮挡，则检测出行走的两个车辆间的分离信号，***退出处理车辆通过子程序；
所述降级处理子程序指：记录有故障的红外接收模块的地址，屏蔽此地址红外接收模块信号不作为遮挡判断依据，判断红外接收模块遮挡数量是否可以激发光电隔离器，如果有至少连续半数以上红外接收模块信号被遮挡，光电隔离器输出被激发；否则，调节相应红外接收模块增益，其中，判断红外接收模块增益调节是否为最大值，如果是最大值，***进入故障处理子程序，否则，退出处理车辆通过子程序。当光电隔离器输出被激发后，判断是否有车辆已经通过，只要有一个红外接收模块被遮挡，***循环等待，直到最后一个红外接收模块解除遮挡，则检测出行走的两个车辆间的分离信号，***退出处理车辆通过子程序。
本发明原理如下：
装置发射控制模块对红外信号进行编码调制，经过屏蔽同步电缆与装置接收控制模块相连。装置发射端与接收端采用一发多收循环扫描方式形成检测区域。 如果有车辆进入检测区域，它将遮挡一个或多个光接收器，按所述红外车辆分离信号检测方法，对检测区域内的两个车辆间的分离信号进行检测、报警以及状态显示。当一个红外接收模块的灰度自动增加到一个门限值时(LED有灰尘积累的情况下)，接收控制模块的MCU通过锁存器U11输出控制红外接收模块译码器选通信号，控制相应红外接收模块的数字电位器片选，并调其增益，使红外线光电隔离器恢复到正常工作状态。
本发明优点如下：
1.检测精度高。本发明红外车辆分离信号检测装置的光幕采用一发多收循环扫描方式，即当一组红外发射模块工作时，全部红外接收模块同时接收，从而增加检测范围，提高检测精度，降低成本。
2.本发明采用的红外接收模块通过接收控制模块的反馈功能，自动定期调节接收增益，增大红外信号接收频率带宽，增强了红外车辆分离器工作环境的适应性、稳定性、鲁棒性。
3.本发明可用于公路收费***，操作人员可以通过本发明所提供的检测分离信号，进行安全操作，进而完全消除跟车现象；本发明能将所通过的半挂车、全挂车、单车可靠地检测分离出来。
附图说明
图1为本发明总体结构原理图。
图2为本发明发射控制模块基本原理图。
图3为本发明红外接收模块基本原理图。
图4为本发明接收控制模块基本原理图。
图5为本发明软件基本流程图。
图6为本发明处理车辆通过子程序。
图7为本发明降级处理子程序。
具体实施方式
下面结合附图和实施例作进一步详细说明。
如图1所示，本发明包括：
装置发射端，由发射控制模块和至少1个红外发射模块组成，其中：
红外发射模块，线性排列，在检测区对车辆进行检测，通过发射控制模块的循环调制，将检测信号送至红外接收模块；
发射控制模块，控制红外发射模块的扫描时序与红外信号编码调制；
装置接收端，由接收控制模块和至少1个红外接收模块组成，其中：
红外接收模块，线性排列，在检测区对车辆进行检测，接收红外接收模块光信号，将其转换为电信号将信号送至接收控制模块；
接收控制模块，输入信号为红外接收模块的检测信号，输出通过测量分离程序对车辆的分离检测；
所述装置发射端和装置接收端通过屏蔽同步电缆相连，以提高***的可靠性。
如图1所示，所述红外发射模块由红外线发光管LED组成，10对红外线发光管LED为一组，可以多组(本实施例为八组)，通过的跳线可以配置相应的地址，与红外发射控制模块电连接。
如图2所示，所述发射控制模块由分频器U1、第1-2计数器U2-U3、多谐振荡器组成，其中，多谐振荡器的时钟信号至分频器U1，分频器U1输出送至相互串联的第1-2计数器U2-U3，第1-2计数器U2-U3控制发射模块，实现红外线载波频率调制和红外线光束(本实施例为80对光束)的循环扫描，输出红外信号送至红外接收模块，第2计数器U3的同步信号通过屏蔽同步电缆接至分离器接收端的接收控制模块。
如图3所示，红外线接收模块，包括第4-7运算放大器U4-U7(本实施例采用TL072低噪声场效应双运算放大器)、第4运算放大器U4对接收的红外信号进行两级放大，放大后信号经过第5运算放大器U5进行限幅滤波，滤波后信号经过第6运算放大器U6进行检波，检波后信号经过第47运算放大器U7进行积分并整形输出，输出的信号传送至接收控制模块。红外接收模块还包括译码器U8(本实施例采用4-10位译码器)，接收控制模块信号，通过译码器选通红外接收模块的数字电位器U9(本实施例采用非易失数字电位计X9C103)的片选调节放大倍数，使***自动适应恶劣环境。
如图4所示，接收控制模块包括微处理器MCU(实施例采用89C51内核单片机飞利浦P89V51RD2)，微处理器MCU内部存储有控制程序，包括64K程序存储器。所述接收控制模块还包括第1-3锁存器U10-U12(本实施例采用74HC373锁存器)，微处理器MCU控制锁存器的读写，第1锁存器U10读取反相器U13(本实施例采用带施密特功能的反相器74HC14)的红外接收信号，第2锁存器U11输出控制红外接收模块译码器选通控制相应红外接收模块的数字电位器片选。第3锁存器U12输出控制液晶显示器LED，显示***工作状态。另外，译码器U12(本实施例采用74HC138三-八译码器)地址译码选择输出控制第2-3锁存器U11-U12。微处理器MCU通过串口U15(本实施例采用MAX232串口电平转换芯片)实现与主机通讯。微处理器MCU通过光电隔离器U16(本实施例采用MCT62)控制触发继电器输出检测信号(本实施例可以将检测信号输出至工控制机)。
如图5所示，控制程序具体流程为：首先对各寄存器进行初始化，包括串口、定时器以及中断；然后对分离器发射端和分离器接收端进行通讯测试；如果红外发射模块和红外接收模块全部正常通讯，进入处理车辆通过子程序；当***通信不正常时，直接进入故障处理；在故障处理中，判断***是否可以进行降级处理，如果至少有两个红外接收模块出现故障，***不进入降级处理模式，触发报警控制输出；否则，***进入降级处理子程序。
如图6所示，处理车辆通过子程序具体流程为：车辆通过的检测过程中，判断红外接收模块遮挡数量是否可以激发红外车辆分离器，如果有至少连续半数以上红外接收模块信号被遮挡，光电隔离器输出被激发；否则，调节相应红外接收模块增益，其中，判断红外接收模块增益调节是否为最大值，如果是最大值，***进入故障处理子程序，否则，退出处理车辆通过子程序。当光电隔离器输出被激发后，判断是否有车辆已经通过，只要有一个红外接收模块被遮挡，***循环等待，直到最后一个红外接收模块解除遮挡，***退出处理车辆通过子程序。
如图7所示，降级处理子程序具体流程为：记录有故障的红外接收模块的地址，屏蔽此地址红外接收模块信号不作为遮挡判断依据，判断红外接收模块遮挡数量是否可以激发光电隔离器，如果有至少连续半数以上红外接收模块信号被遮挡，光电隔离器输出被激发；否则，调节相应红外接收模块增益，其中，判断红外接收模块增益调节是否为最大值，如果是最大值，***进入故障处理子程序，否则，退出处理车辆通过子程序。当光电隔离器输出被激发后，判断是否有车辆已经通过，只要有一个红外接收模块被遮挡，***循环等待，直到最后一个红外接收模块解除遮挡，则检测出行走的两个车辆间的分离信号，***退出处理车辆通过子程序。
本发明方法为：采用一发多收循环扫描方式，通过红外线载波频率调制和红外线光束的循环扫描实现对接收到的检测区域的红外线信号进行解码、放大并自动调节接收增益；进行检测区域遮挡物尺寸的判断，对检测区域内的两个车辆间的分离信号进行检测、报警以及状态显示。检测区域遮挡物尺寸为，检测区域遮挡物尺寸的判断分两种情况：第一种情况，当光电隔离器输出未曾被激发过时，检测区域如果有至少连续半数以上红外接收模块被遮挡，检测区域中遮挡时间至少为600us，光电隔离器输出被激发。第二种情况，当光电隔离器输出已被激发时，只要有一个红外接收模块信号被遮挡，所述光电隔离器输出将保持激发状态，直到最后一个红外接收模块解除遮挡至少为10ms，光电隔离器转为不激发状态，两个车辆间的分离信号被检测。
当红外接收模块的灰度自动增加到一个门限值时(LED有灰尘积累的情况下)，其通过接收控制模块的反馈功能，自动定期调节接收强度，来使红外接收模块恢复到正常工作。当无法恢复到正常状态时，接收控制模块判断是否可以进行降级处理，如果只有一个红外接收模块出现故障，而其他光线通讯仍然正常时，红外车辆分离器进入降级处理模式，并触发报警同时通过LED显示有故障发射接收模块；如果有多个红外线发光管或两个以上接收模块出现故障，***触发报警控制输出。
Claims (11)
1.一种红外车辆分离信号检测方法，其特征在于：
采用一发多收循环扫描方式，通过红外线载波频率调制和红外线光束的循环扫描实现对接收到的检测区域的红外线信号进行解码、放大并自动调节接收增益；控制程序进行区域检测，判断检测区域遮挡物的尺寸，对检测区域内的两个车辆间的分离信号进行检测、报警以及状态显示。
2.按权利要求1所述红外车辆分离信号检测方法，其特征在于：其中检测区域遮挡物尺寸的判断分两种情况：第一种情况：当光电隔离器输出未曾被激发过时，检测区域如果有至少连续半数以上红外接收模块被遮挡，遮挡区域中遮挡时间至少为600u，激发光电隔离器，输出检测区域被遮挡信号；第二种情况：当光电隔离器输出已被激发时，只要有一个红外接收模块信号被遮挡，保持光电隔离器输出的激发状态，直到最后一个红外接收模块解除遮挡至少为10ms，光电隔离器转为不激发状态，两个车辆间的分离信号被检测。
3.一种应用按权利要求1所述红外车辆分离信号检测方法的检测装置，其特征在于包括：
一装置发射端，由发射控制模块和至少1个红外发射模块组成，其中：
红外发射模块，线性排列，在检测区域对遮挡物进行检测，通过发射控制模块的循环调制，将检测信号送至红外接收模块；
发射控制模块，控制红外发射模块的扫描时序与红外信号编码调制；
一装置接收端，由接收控制模块和至少1个红外接收模块组成，其中：
红外接收模块，线性排列，在检测区域对遮挡物进行检测，接收红外光信号，将其转换为电信号将信号送至接收控制模块；
接收控制模块，输入信号为红外接收模块的检测信号，输出通过测量分离程序对车辆的分离检测；
装置发射端和装置接收端通过屏蔽同步电缆相连，以提高***的可靠性。
4.按权利要求3所述检测装置，其特征在于：所述红外发射模块由红外线发光管(LED)组成，10对红外线发光管(LED)为一组，与红外发射控制模块电连接。
5.按权利要求4所述检测装置，其特征在于：所述红外线发光管(LED)10对为一组。
6.按权利要求3所述检测装置，其特征在于：所述发射控制模块由分频器(U1)、第1-2计数器(U2-U3)、多谐振荡器组成，其中，多谐振荡器的时钟信号至分频器(U1)，分频器(U1)输出送至相互串联的第1-2计数器(U2-U3)，进行红外线载波频率调制和红外线光束的循环扫描，输出红外信号送至红外接收模块，第2计数器(U3)的同步信号通过屏蔽同步电缆接至装置接收端的接收控制模块。
7.按权利要求3所述检测装置，其特征在于：所述红外线接收模块包括第4-7运算放大器(U4-U7)、译码器(U8)、数字电位器(U9)，其中第4运算放大器(U4)的两级放大的红外信号接至第5运算放大器(U5)，其限幅滤波后的信号通过第6运算放大器(U6)检波，检波后的信号经过第7运算放大器(U7)积分、整形输出至接收控制模块；所述译码器(U8)接收控制模块的输出信号，输出端与数字电位器(U9)相连。
8.按权利要求3所述检测装置，其特征在于：所述接收控制模块包括：
微处理器(MCU)，微处理器(MCU)内部存储有控制程序，控制锁存器的读写，通过串口(U15)与主机通讯；通过光电隔离器(U16)触发继电器输出检测信号；
第1-3锁存器(U10-U12)，分别与微处理器(MCU)通信，第1锁存器(U10)接收反相器(U13)的红外接收信号；第2锁存器(U11)输出控制红外接收模块译码器选通信号，控制相应红外接收模块的数字电位器片选，并调其增益；第3锁存器(U12)输出至液晶显示器(LED)，显示***工作状态；
译码器(U12)，地址译码选择输出信号至第2-3锁存器(U11-U12)。
9.按权利要求3所述检测装置，其特征在于：所述控制程序具体流程为：首先对各寄存器进行初始化，然后对装置发射端和装置接收端进行通讯测试；如果红外发射模块和红外接收模块全部正常通讯，进入处理车辆通过子程序；当***通信不正常时，直接进入故障处理；在故障处理中，判断***是否可以进行降级处理，如果至少有两个红外接收模块出现故障，***不进入降级处理模式，触发报警控制输出；否则，***进入降级处理子程序。
10.按权利要求9所述检测装置，其特征在于：所述处理车辆通过子程序具体流程为：车辆通过的检测过程中，判断红外接收模块遮挡数量是否可以激发个光电隔离器，如果有至少连续半数以上红外接收模块信号被遮挡，光电隔离器输出被激发；否则，调节相应红外接收模块增益，其中，判断红外接收模块增益调节是否为最大值，如果是最大值，***进入故障处理子程序，否则，退出处理车辆通过子程序。当光电隔离器输出被激发后，判断是否有车辆已经通过，只要有一个红外接收模块被遮挡，***循环等待，直到最后一个红外接收模块解除遮挡，则检测出行走的两个车辆间的分离信号，***退出处理车辆通过子程序。
11.按权利要求9所述检测装置，其特征在于：所述降级处理子程序指：记录有故障的红外接收模块的地址，屏蔽此地址红外接收模块信号不作为遮挡判断依据，判断红外接收模块遮挡数量是否可以激发光电隔离器，如果有至少连续半数以上红外接收模块信号被遮挡，光电隔离器输出被激发；否则，调节相应红外接收模块增益，其中，判断红外接收模块增益调节是否为最大值，如果是最大值，***进入故障处理子程序，否则，退出处理车辆通过子程序。当光电隔离器输出被激发后，判断是否有车辆已经通过，只要有一个红外接收模块被遮挡，***循环等待，直到最后一个红外接收模块解除遮挡，则检测出行走的两个车辆间的分离信号，***退出处理车辆通过子程序。
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