本实用新型涉及激光雷达系统技术领域，具体涉及一种智能化的激光雷达天窗加热除湿吹扫破碎保护装置。
背景技术：
对于固定点激光雷达系统，一般常安装在站房中，激光雷达需要将探测光速发射至大气层中同时接收来自大气层中的向后散射信号，因此需要在沿激光雷达光束方向的房顶上开设天窗以满足这一要求，天窗的开设破坏了站房的完整性使得站房与外界相通，因此需要在天窗上安装一块保护玻璃，窗口玻璃需要满足以下几个指标：
1，机械强度的要求；
2，对发射光束的吸收率低。环境因数变化对窗口玻璃的吸收率这一指标影响很大，其主要影响过程如下：由于外界天气的变化如(雨、雪、冰雹、湿度大等等)造成天窗玻璃表面凝结水汽、结冰或积雪，一般形成于玻璃外侧，另外，在站房温度比外界温度高且湿度大时会在玻璃内侧产生水珠，这些因数将导致激光雷达探测数据不稳定甚至无效，且易造成激光光束反射回发射单元(望远镜)，进而损坏激光雷达系统。
目前，为了保障雷达的正常工作，需要设备维护人员定期去清理天窗表面的水汽、雪和冰等，极大的降低了激光雷达在冬天的使用时间和激光雷达无人值守的能力。因此，设计实用性激光雷达系统天窗保护装置对于保障激光雷达系统稳定可靠工作具有重要的意义。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提供一种保障数据的稳定有效性以及激光雷达系统可靠性，实现激光雷达天窗保护的智能化，进一步提高了激光雷达无人值守的能力和其有效工作时间的激光雷达天窗加热除湿吹扫破碎保护装置。
为了解决背景技术所存在的问题，本实用新型是采用以下技术方案：一种激光雷达天窗加热除湿吹扫破碎保护装置，它包含采集单元、执行单元、MCU和上位机，其中，所述的采集单元包含室内温湿度传感器、室外温湿度传感器和定向音频探测器，所述的执行单元包含加热装置、室内风机和室外风机；数个加热装置安装在天窗玻璃的边沿上，天窗玻璃的一端内、外两侧分别安装有室内风机和室外风机，天窗玻璃的另一端内、外两侧分别安装有室内温湿度传感器和室外温湿度传感器，且天窗玻璃的一端固定安装有定向音频探测器；加热装置通过继电器一连接MCU，室内风机和室外风机通过继电器二连接MCU，定向音频探测器、室内温湿度传感器和室外温湿度传感器均通过RS485接口连接至MCU，上位机通过RS232串口与MCU连接通信。
作为本实用新型的进一步改进；所述的加热装置为PTC陶瓷加热片，且PTC陶瓷加热片安装在天窗玻璃周围。
作为本实用新型的进一步改进；所述的定向音频探测器采用SL-810型模块。
作为本实用新型的进一步改进；所述的MCU为STM32F407型微控制器。
作为本实用新型的进一步改进；所述的室内温湿度传感器和室外温湿度传感器均是由单片机、温度探测器和RS485转换芯片组成，温度探测器通过IIC与单片机连接，单片机连接RS485转换芯片；其中，单片机为STC11F04E型单片机，温度探测器为GSM11。
作为本实用新型的进一步改进；所述的室内风机和室外风机为横流风机。
作为本实用新型的进一步改进；所述的上位机为内置信号采集系统的工控机。
本实用新型的采集单元实时采集室内外温湿度数据和噪声数据；采集单元获取的信息采用RS485通信电缆上传给MCU；MCU定期向采集单元“咨询”数据，对获取的数据进行算法处理，产生相应的指令给执行单元，同时，根据噪声信息判断天窗玻璃是否损坏，是否有下雨、下雪天气。执行单元收到MCU指令后产生相应动作，对天窗玻璃进行加热、吹扫、除湿等动作，完成对天窗玻璃的保护工作，若判断天窗有损坏现象，立即将信息上传给上位机，上位机保存相应的信息，通知维修人员进行处理。上位机在解读回波信号时，若发现回拨信号太弱，也会启动天窗保护机制，清除天窗周围的杂物(在光路调节合适的情况下)。上位机会从网络上获取区域的天气状况，与温湿度传感器获取的信息进行比较，并进一步补充是否发生下雨、下雪、冰雹等情况。
采用上述技术方案后，本实用新型具有以下有益效果：
1、实时采集站房室内和室外温湿度以及天窗玻璃外侧的噪声信息，结合上位机提供的天气信息完成天窗保护机制，具有很强的数据可靠性和系统稳定性；
2、智能化的天窗保护机制进一步增加了激光雷达无人值守的能力，增加了激光雷达的有效工作时间；
3、系统结构简单，易于移植，具有很好的兼容性，可用于站房固定点以及走航雷达观测系统。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型所提供的实施例的安装结构示意图；
图2为本实用新型所提供的实施例中天窗玻璃的截面示意图；
图3为本实用新型所提供的实施例的结构框图；
图4为本实用新型所提供的实施例中温湿度传感器的结构框图；
附图标记：
1-天窗玻璃；2-加热装置；3-室内风机；4-定向音频探测器；5-继电器-；6-继电器二；7-MCU；8-上位机；9-室内温湿度传感器；10-室外风机；11-室外温湿度传感器；12-单片机；13-温湿度探测器；14-RS485转换芯片。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
请参阅图1-图4，本具体实施方式采用以下技术方案：一种激光雷达天窗加热除湿吹扫破碎保护装置，它包含天窗玻璃1、加热装置2、室内风机3、定向音频探测器4、继电器一5、继电器二6、MCU 7、上位机8、室内温湿度传感器9、室外风机10和室外温湿度传感器11，其中，数个加热装置2安装在天窗玻璃1的边沿上，天窗玻璃1的一端内、外两侧分别安装有室内风机3和室外风机10，天窗玻璃1的另一端内、外两侧分别安装有室内温湿度传感器9和室外温湿度传感器11，且天窗玻璃1的一端固定安装有定向音频探测器4；加热装置2通过继电器一5连接MCU 7，室内风机3和室外风机10通过继电器二6连接MCU 7，定向音频探测器4、室内温湿度传感器9和室外温湿度传感器11均通过RS485接口连接至MCU 7，上位机8通过RS232串口与MCU 7连接通信。
所述的加热装置2为PTC陶瓷加热片，PTC陶瓷加热片安装在天窗玻璃1周围，通过热传导方式给天窗玻璃1加热，PTC陶瓷加热片为220V AC供电，在电源与PTC陶瓷加热片之间加入控制继电器一5(控制电压为24V DC)，控制信号由MCU 7提供，MCU 7输出高电平(24V)，继电器一5开关闭合，PTC陶瓷加热片启动工作。
请参阅图2，所述的室内风机3和室外风机10为横流风机，分别置于天窗玻璃1内外两侧，控制方式与加热装置2类似，通过继电器二6控制动作。
请参阅图4，所述的室内温湿度传感器9和室外温湿度传感器11均是由单片机12、温度探测器13和RS485转换芯片14组成，温度探测器13通过IIC与单片机12连接，单片机12连接RS485转换芯片14；其中，单片机12为STC11F04E型单片机，温度探测器为GSM11。温湿度探测器13实时探测环境温度和湿度并储存在其内置的寄存器中，单片机12通过IIC与温度探测器13通信获取温度和湿度数据。单片机12将数据存储在数组中，定时通过485接口发送给MCU 7。MCU 7不直接读取温度探测器13数据的原因是IIC通信只适合在短距离传输，将IIC转换成485接口可以延长传输距离。
所述的定向音频探测器4采用SL-810型模块，为专用玻璃破碎探测器。定向音频探测器4为压缩压电式传感器，工作电流和电压分别为12.5mA，9-16VDC，响应时间为20s，定向音频探测器4通过RS485接口与MCU 7进行数据传输，当采集的声频信号强度为10-60dB并且持续产生时，说明此时为雨雪天气，当采集的声频信号强度＞80dB，且为单个脉冲信号，说明玻璃有破碎现象，此时需要访问上位机8查看回波信号强度，以验证这一结果。
所述的MCU 7为STM32F407型微控制器，上位机8为工控机(研祥IPC-810系列产品)，内置信号采集软件，负责采集激光雷达回波信号的电信号，并将电信号反演为环境参数；工控机通过RS232串口与MCU 7通信，一方面，通过网络获取天气信息发送给MCU 7；另一方面，实时采集回波电信号，并判断电信号幅值是否正常，如果小于规定值，则认为天窗表面杂质较多，通过RS232接口发送指令给MCU 7，控制执行单元动作。
本实用新型中，MCU 7具有以下功能：
A，获取采集信息：通过RS485线缆与采集单元数据交流，获取站房室内外温度湿度和噪声信息，通过RS232线缆与上位机8通信，实时获取天气信息；
B，分析和处理：第一情况，如果室外温度低于0℃且室外湿度大于90％RH，认为天窗外侧有水珠存在。MUC 7控制执行单元吹扫的室外风机10进行吹风，同时启动加热装置2加速水汽蒸发实现快速除冰、除凝结水或除雪。
第二种情况，如果室外温度一直低于0℃或湿度大于90％RH，则持续启动室外风机10给天窗吹扫，以保证天窗不会出现水珠等杂质。
第三种情况，如果从上位机8获取的天气为下雨、下雪、下冰雹且噪声信息持续有信号(达到上限)，则认为天窗玻璃1上有水珠等杂质存在，此时告诉上位机8停止信号采集。
第四种情况，如果站房内温度比室外高，室内湿度大于90％RH且上位机8反馈回波信号弱，则认为天窗玻璃1内侧有水珠存在，此时需启动室内风机3和加热装置2并持续吹扫加热。
第五种情况，如果站房内温度比室外高，室内湿度大于90％RH，则认为天窗玻璃1内侧有水珠产生的可能性，启动室内风机3对天窗玻璃1进行吹扫。
第六种情况，如果室外温度大于5℃或小于80％RH且噪声信息达到下限，则停止吹扫。
C，采集单元包括室内温湿度传感器9、室外温湿度传感器11和定向音频探测器4，室内温湿度传感器9和室外温湿度传感器11负责实时采集室内和室外的温度和湿度，定向音频探测器4收集天窗玻璃1外侧的噪声信息，通过分析噪声信息可以判断玻璃是否损坏，玻璃上是否有击打声(下雨、雪等情况)。
D，执行单元包括加热装置2、室内风机3和室外风机10，加热装置2负责对天窗玻璃1均匀可靠加热，室内风机3和室外风机10负责对天窗玻璃1上杂质进行可靠吹扫清除。
本实用新型能够保证天窗玻璃不会存在冰、水汽或雪等杂质，能够保证激光雷达光束高质量输出，在冬天雨雪等恶劣的环境下正常工作，提高了激光雷达无人值守的能力，延长了激光雷达系统的有效工作时间。
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。