专利名称：一种车辆超高预警装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及车辆桥梁安全预警装置技术，具体为一种当超高车辆驶向桥梁或涵洞时可立即提供预警信号的车辆超高预警装置，国际专利分类号拟为Int.C1 G01B 21/08(2006.01)。
背景技术：
道路上的桥梁、涵洞通行高度都有一定限制。超高车辆穿过桥梁或涵洞时，往往会造成各种事故，甚至给生命财产带来严重损失。
目前解决所述车辆超高问题的方法有以下几种1.在桥梁或涵洞前悬挂限高警示标牌；2.在桥梁或涵洞前架设等高标杆；3.在桥梁或涵洞前安装车辆超高预警装置。
1、2所述的悬挂限高警示标牌或架设等高标杆的方法属于传统的道路安全方法，结构简单，成本低，安装方便，有一定效用，目前仍被广泛使用着。但是司机因各种原因对限高警示标牌或等高标杆的漠视，或是对自身车辆高度估计不足或错误，以及可能存在的侥幸心理等，使得传统悬挂警示标牌或架设等高标杆的方法效用有限，或说难以高效预警；另外，架设等高标杆的方法还会破坏道路及城市的景观，也会对超高车辆造成一定损坏。
所述第3种安装超高预警装置的方法则是一种现代道路安全措施。它反应迅速及时，预警信号明显，有更好的安全预警效果。例如，专利(ZL03241403.X)提出的一种车辆超高监测预警装置。它由调制激光发射电路、接收由于车辆超高部分阻挡而漫反射回来的调制激光接收电路、与调制激光接收电路输出连接的解调电路、与解调电路输出连接的警示电路组成，该车辆超高监测预警装置安装于公路桥梁侧面，其发射的红外调制激光波束离地面的高度为公路桥梁的限高高度。当超高车辆驶向公路桥梁并进入有效监测范围时，该装置的接收电路将接收到由于车辆超高部分阻挡而漫反射回来的红外调制激光，对其进行光电转换、放大和解调等处理后，驱动系统的示警电路发出声光预警。但这种方法由于接收的是车辆超高部分阻挡而漫反射回来的红外调制激光，这样就会受到车辆在路面上的位置(车辆需要通过激光交汇点)、车体形状及超高部分反射率的影响，从而降低监测的准确率，使预警不准、失误或漏报，效能下降。
又例如，专利(ZL02288918.3)提出了一种智能识别桥梁高度的语音警示器，它由无线电发射机和无线电接收机两个部件组成，其无线电发射机由发射模块、高度设置开关、编码器、发射机电源和发射天线组成；无线电接收机由接收模块、解码器、译码器、高度选择开关、闪光报警电路、语音电路、扬声器、接收机电源接收天线组成。无线电发射机和无线电接收机分别装在各自的盒体中。它可使机动车在通过桥梁前的一个安全的距离内得到一个车辆已超高的语音提示。但这种智能识别桥梁高度语音警示器，结构复杂，成本较高，特别是它既需要将无线电发射机放置在要保护的桥梁主体上或离桥一定距离的路灯杆、电线杆或红绿灯杆上，又需要将无线电接收机放置在机动车驾驶室内，这样会受到运行车辆的限制，还需要司机配合，不仅增加成本，而且难于很好实现。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是设计一种车辆超高预警装置，该装置预警准确可靠、安装方便、结构简单，成本低廉，不破坏城市景观，适于多车道判断，可有效地防止各种车辆超高事故，保护桥梁、涵洞、车辆及司乘人员和财产的安全。
本发明解决所述技术问题的技术方案是设计一种车辆超高预警装置，该装置包括封装在发射盒体内的激光发射系统，封装在接收盒内的与所述激光发射系统匹配的激光接收系统、与激光接收系统依次电连接的信号处理电路、汽车位置判断电路和警示装置。
与现有技术相比，本发明采用了组合透射式发射接收装置，接收器直接接收激光器发射的激光来控制报警器的方法测量车辆是否超高，优点在于检测信号的抗干扰能力强，准确性好，即使多车道情况也可做出准确判断，可避免现有技术反射式监测由于车辆位置、车体形状及超高物体表面反射率造成的超高监控失真和误差，而且本发明可以准确判断并警示多车道情况下的超高车辆，同时本发明装置的设计结构简单，成本低，稳定性好，使用更方便，便于实际推广应用。
图1为本发明车辆超高预警装置一种实施例的组成结构方框图；图2为本发明车辆超高预警装置一种用于双车道实施例的逻辑方框图；图3为本发明车辆超高预警装置一种用于双车道实施例的工作原理图；图4为本发明车辆超高预警装置一种实施例电路构成方框图；图5为本发明车辆超高预警装置一种实施例接收装置(LM339)的电路图；图6为本发明车辆超高预警装置一种实施例(555构成)的延时电路图；图7为本发明车辆超高预警装置一种实施例电路开关(三极管开关)的电路图；图8为本发明车辆超高预警装置一种实施例的汽车位置判断电路及警示电路图。
具体实施例方式
下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明，但本发明不受实施例的限制本发明车辆超高预警装置(以下简称预警装置，参见图1)包括激光发射系统A(以下简称发射系统A)、与激光发射系统A匹配的激光接收系统B(以下简称接收系统B)、与接收系统B依次电连接的信号处理电路C、汽车位置判断电路D和警示装置E。
对于N车道情况，所述的发射系统A由N+1个激光器组成；所述接收系统B有N+1个接收器组成。所述的接收器是由LM339比较器、光电二极管和电阻构成的电压比较电路，此电路采用典型的电压比较器电路。即光电二极管和电阻分别接入LM339比较器的两个输入端。接收端为光电二极管，由它接收发射系统A发出的激光。输出端分别供给信号处理电路C的555延时电路的继电器和“与”门电路。工作原理光电二极管在有光和无光的条件下阻值发生很大变化。由此在电压比较器两端产生电压差，使电压比较器输出高电位信号。
所述信号处理电路C包括依次电连接的555延时电路、“与”门电路和开关电路，“与”门电路的两个输入端分别来自接收系统B的输出和汽车位置判断电路D的“或”门的输出。“与”门的输出接入开关电路的输入端，开关电路的输出接入555延时电路的电源供给端。同时555延时电路的继电器的输入则来自接收系统B的输出。555延时电路的输出接到汽车位置判断电路D的输入端。工作原理若“与”门电路的两个输入端中有一个为低电位，则“与”门电路输出低电位，此低电位使开关电路输出高电位，给信号处理电路C的555延时电路供电，使其工作，若此时有高电位驱动了该555延时电路的继电器，则该555延时电路输出高电位信号；若“与”门的两个输入端同时输入高电位信号，则“与”门输出为高电位，此高电位使开关电路输出为低电位信号，则555延时电路因无电源而不工作，不论继电器是否触发都不输出信号。
汽车位置判断电路D包括有与车道数目相同的由依次电连接的LM339比较器、光电二极管和“或”门电路构成的电压比较电路，其中LM339比较器和光电二极管构成电压比较电路与接收系统B中的结构和工作原理相同。汽车位置判断电路D共有N套这样的电压比较电路。汽车位置判断电路D的输入端即为各个电压比较电路的电源供给端。电压比较电路的输出分别接对应的警示装置E以及“或”门的一个输入端。“或”门的输出端接到信号处理电路C的“与”门的一个输入端。工作原理当信号处理电路C输出高电位供给位置判断电路D时，电压比较电路开始工作，其工作过程与接收系统B的电压比较电路的工作过程相同。当全部的电压比较电路的光电二极管有光照时，电压比较电路输出低电压，警示装置E不启动，“或”门输出低电压；当有一个电压比较电路的光电二极管所接收的激光被遮挡时，该二极管所在的电压比较电路输出高电压，此高电压驱动相应的警示装置E，且此高电压进入“或”门后经运算后输出高电压，送入“与”门电路中。
警示装置E由555延时电路、警示电路和告警装置(警示信号灯等)构成。警示装置E的输入端即为555延时电路的继电器电压输入端，555延时电路的输出端连接相应的警示电路和告警装置(警示信号灯等)。警示灯是与车道数量相等的N个警示信号灯并排构成。工作原理当位置判断电路D输出高电位时，驱动警示装置E的555延时电路的继电器启动，从而555延时电路输出高电位信号，使警示电路和告警装置工作，其工作的时间即为555延时电路所延时间的长度。
本发明自行设计了由用555延时电路、“与”门、“或”门、三极管开关电路构成的一个自开关电路(参见图4)，即由555延时电路在接到高电位信号后，输出延时的高电位信号驱动汽车位置判断电路D。当汽车位置判断电路D输出高电位信号后，分别经过“或”门、“与”门和开关电路最后输出低电位把555延时电路关闭，从而达到关闭汽车位置判断电路D的目的。
申请人在先的一件专利申请(200520028014.0)“一种车辆超高预警装置”公开了由红外激光发射器、红外激光接收器、触发电路、和声光警示系统组成的车辆超高预警装置，它采用了直接接收激光器发射激光来控制警示电路的方法，但它仅适于单车道的情况，对于多车道情况无法判断是哪个车道的车辆超高。本发明与该申请的区别在于在预警装置结构上增加了激光发射与接收的组合系统(参见图3)，增加了555延时电路(参见图6)，增加了预判过程，并设计了汽车位置判断电路(参见图8)，这些新的设计可以克服其所存在的不足，使本发明车辆超高预警装置更准确、更可靠地判断多车道车辆超高情况并及时给予警示，保证多车道行车和道路设施的安全。
本发明预警装置适用于各种宽度的车道，包括单车道、双车道和双车道以上的多车道。其区别主要在于发射系统A内激光发射器数量与接收系统B内的激光接收器数量的配置不同。但它们都依据N+1原则配置，即激光发射器数量＝激光接收器数量＝车道数量+1。换言之，本发明预警装置可制成系列产品，使用依据是用于单车道时，选择1型；用于双车道时，选择2型；用于N个车道时，则选择N型。所述1型预警装置的发射系统A由1个可连续地发射激光的激光发射器组成，而接收系统B也由1个与所述激光发射器对应的激光接收器组成；所述2型预警装置的发射系统A由3个可连续地发射激光的激光发射器组成，而接收系统B也由3个与所述激光发射器对应的激光接收器组成；余类推，所述N型预警装置的发射系统A由N+1个可连续地发射激光的激光发射器组成，而接收系统B也由N+1个与所述激光发射器对应的激光接收器组成。任何型号预警装置的工作原理和其他结构设计都没有本质区别。所述激光发射系统A的激光发射器实施例采用波长＝635nm、功率5mW的半导体激光器，其结构简单、功能够用，且价格低廉，当然使用更好的激光发射器，例如红外波段、稍大功率的激光器等效果会更理想。所述的激光接收系统B的激光接收器与激光发射系统A的激光发射器对应设计。
在所述激光发射系统A中，不论有多少个激光发射器，其中只有1个激光发射器用于预判断，由于汽车位置判断电路在预判系统启动后才启动，因此其余的激光发射器只有在超高车通过预判激光束时才起作用，用于超高车辆所在车道的判断。以下以双车道为例加以说明(参见图3)。图3中的A1、A2、A3为激光发射器，B1、B2、B3为与A1、A2、A3对应的激光接收器；E1、E2为对应于两个车道的告警装置(警示信号灯)。所述A1、A2、A3激光发射器所发出的激光光束的高度都等高于桥梁或涵洞的最高通过高度(或限高高度或安全高度)。当无超高车辆时，只有A1、B1装置工作，只要B1接收到从A1发射来的激光光束就输出低电平，汽车位置判断电路D和警示装置E都处于关闭状态；而当有超高车通过时，A1发出的激光光束被挡住，此时B1会立即输出一个高电平信号，汽车位置判断电路D也会立即启动工作。假设M车超高，那么当它通过时，一定会先阻挡A3发射的光束，与之对应的接收器B2就会发出一个高电位，此高电位一方面驱动对应路侧的警示装置E的驱动电路使E1工作，对超高车辆司机进行告警，另一方面驱动关闭整个汽车位置判断电路D；由于警示装置E的驱动电路设计有延时功能，可使警示装置持续一段时间而不随汽车位置判断电路D的关闭而停止工作。
本发明车辆超高预警装置的发射系统A和接收系统B分别安装在通往桥梁和涵洞的道路距桥梁或涵洞一定距离L的两侧路灯杆或电线杆上，安装时特别要注意发射系统A与接收系统B距地高度的对应一致性，以确保发射系统A射出的激光可被接收系统B直线式直接接收到。同时所述的距地高度应当与桥梁或涵洞的安全高度一致。所述的一定距离L是指安全距离，即司机得到警示信息后从容处置车辆安全避险所需要的最短距离，距离L应按安全距离来设定。
本发明预警装置的工作过程说明如下(参见图3-8)车道上没有超高车辆通过时，Ua为低电平，后续电路关闭，允许车辆通过；有超高车挡住A1---B1激光时，1LM339通过比较，发出一个高电位，即Ua为高电平。该信号一方面输送给1号555芯片(参见图6)，驱动其中的继电器；另一方面信号经4号555芯片对高电位延时，然后该高电位经“与”门电路运算后输送给由三极管构成的开关电路(参见图7)。使开关电路处于开的状态，三极管开关电路输出高电位给1号555芯片作电源供电。得到电源供电的1号555芯片在其继电器驱动后，输出延时的高电位信号，该信号驱动汽车位置判断电路D，A2、A3激光发射器和B3、B2接收器开始工作。根据车辆遮挡A2-B3、B2-A3的先后，对应于首先被遮住光路的LM339发出高电位信号，进入相应的555延时电路中去，由其驱动相应的警示电路；另一方面高电位进入“或”门电路中，经过运算，“或”门电路输出高电位。进入“与”门电路，经运算后使电路开关处于关闭状态。于是1号555失去工作电源，1号555立即停止输出高电位信号，汽车位置判断电路D全面关闭，等待下一次预判电路的信号(告警装置延时不受影响)。
本发明车辆超高预警装置安装后，如果没有超高车辆通过，报警装置处于关闭状态，车辆可正常通过；而当有超高车辆驶过时，其所在车道的报警装置发出相应的警示信息，提醒司机注意，从而保护桥梁、涵洞和车辆人员的安全。本发明已制成模型，实验验证确实可行。
本发明不需要在车辆中安装任何配套装置，也不受行驶车辆的位置、形状和超高部分材质的影响，因此抗干扰能力更强，准确性更高，并且结构更简单、成本更低、可操作性更强，可确保司乘人身、财产和道路交通设施的安全。
权利要求
1.一种车辆超高预警装置，其包括激光发射系统、与激光发射系统匹配的激光接收系统、与激光接收系统依次电连接的信号处理电路、汽车位置判断电路和警示装置；其特征在于所述的激光发射系统由车道数目+1个激光器组成；所述的接收系统也包括对应的车道数目+1个接收器，还包括由LM339比较器、光电二极管和电阻构成的电压比较电路；所述的信号处理电路包括依次电连接的555延时电路、“与”门电路和开关电路，“与”门电路的两个输入端分别来自激光接收系统的输出和汽车位置判断电路的“或”门的输出。“与”门电路的输出接入开关电路的输入端，开关电路的输出接入555延时电路的电源供给端，同时555延时电路的继电器的输入则来自激光接收系统的输出，555延时电路的输出接到汽车位置判断电路的输入端；所述的汽车位置判断电路包括有与车道数目相同的由依次电连接的LM339比较器、光电二极管和“或”门电路构成的电压比较电路，其输入端接入电源供给端，输出端分别连接与车道对应的警示装置以及所述“或”门电路的一个输入端，“或”门电路的输出端接到所述“与”门电路的一个输入端；所述的警示装置由555延时电路、警示电路和告警装置构成，警示装置的输入端为所述555延时电路的继电器电压输入端，555延时电路的输出端分别连接与车道对应的警示电路和告警装置。
2.根据权利要求1所述的车辆超高预警装置，其特征在于所述的激光发射系统的激光发射器采用波长＝635nm、功率5mW的半导体激光器；所述的激光接收系统的激光接收器与激光发射系统的激光发射器对应设计。
全文摘要
本发明涉及一种车辆超高预警装置，其包括激光发射系统、激光接收系统和依次电连接的信号处理电路、汽车位置判断电路和警示装置；其特征在于激光发射系统由车道数目+1个激光器组成；接收系统也包括对应的车道数目+1个接收器，还包括由LM339比较器、光电二极管和电阻构成的电压比较电路；信号处理电路包括依次电连接的555延时电路、“与”门电路和开关电路；汽车位置判断电路包括有与车道数目相同的由依次电连接的LM339比较器、光电二极管和“或”门电路构成的电压比较电路；警示装置由555延时电路、警示电路和告警装置构成。本发明抗干扰能力强，准确性好，适用于多车道，同时设计结构简单，成本低，稳定性好，使用方便，便于实际应用。
文档编号G01S17/00GK101009050SQ20061013008
公开日2007年8月1日 申请日期2006年12月12日 优先权日2006年12月12日
发明者高贵, 郑学智, 尹利, 史平, 黄镇江, 程其柏 申请人:天津工业大学