一种基于psd的车载积水深度检测报警装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种基于PSD的车载积水深度检测报警装置，特别涉及一种汽车在泥浆或浑浊水域实时测量路面水深显示和报警装置，属测量与测控装置技术领域。
【背景技术】
[0002]暴雨导致的城市道路渍水严重，这些渍水易导致行驶在道路上的车辆熄火抛锚，造成群众财产损失，甚至威胁到生命安全。驾驶员由于不易判断积水深度，特别是在夜间，容易冒险将车辆涉水驶入，造成熄火等状况，而有些司机则会下车亲自勘探，这不光给司机带来麻烦，且易发生交通事故，甚至是人员伤亡。针对这种情况，目前，交管部门也做出了相应的措施，比如放置路标进行提醒，实时对路段进行监测等。然而，这种方法毕竟只是一种被动的提醒方式，司机仍然不能在第一时间及时了解行驶路段的积水状况。已有的积水深度监测方法及装置如:利用电阻式液位计，水位传感器等，均需要将设备放置于水中进行测量，或提前了解可能发生积水的路段，在夜间时，这也难于及时的让司机知道积水深度，还有使用不便、测量装置成本较高等问题。另一方面，泥浆水、浑浊水容易造成较大的测量误差，流动的渍水更是易于冲走已有测量装置。发明专利《基于激光的船舶吃水深度测量装置及其测量方法》(CN102530197A)所公开的，是使用两端带有透明窗口的空心密封直管作为激光传播方向转换的载体，附带水下探头的测量方法及装置，该结构装置並不能引用到道路水深的实时测量与报警方案中。
[0003]根据激光粒度仪的原理，激光束是可以穿透悬浊液，基于PSD激光三角测距原理的激光发射与接收装置，PSD接收到的反射光强会因为被测积水中的悬浮粒子的吸收散射而减弱，但只需增强激光器的出射功率即可达到要求，且积水深度一般不超过激光被完全吸收的行程，PSD即能够接收到水底反射回的光线。当然，受到散射影响，当积水较深且非常浑浊时，测量精度相对有所降低，但对于驾驶员的安全行车来说，厘米级的精度误差完全可满足要求。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的是针对【背景技术】所提出问题，设计一种基于PSD的车载积水深度检测报警装置，所述装置安装在汽车前方保险杠上，包括PSD探测模块、数据控制处理模块、显示报警装置。是利用半导体激光器进行主动照明，采用激光三角法PSD测距，利用水体目标反射折射光线，无需将检测器探入水下，能及时获取车辆前方的积水深度，并具有深度显示和报警功能。成本低廉、组装简单、检测装置整体精简、体积小、操作方法简单快捷。
[0005]为了达到上述目的，本实用新型采用以下方案:
[0006]一种基于PSD的车载积水深度检测报警装置，包括水深检测装置和显示报警装置，所述水深检测装置安装在汽车前方保险杠上，所述显示报警装置放置于汽车内部；其特征在于:
[0007]所述水深检测装置包括:PSD探测模块、数据控制处理模块，所述PSD探测模块用于发射激光信号和获取反射的激光信号；
[0008]所述数据控制处理模块包括:单片机及外围电路，用于处理输入输出信号、计算积水深度，还用于控制A/D转换单元，并与显示报警装置无线通信；所述外围电路包括电流电压转换电路，所述电流电压转换电路用于把PSD输出的微弱电路信号转换为电压信号并滤波放大后，再传送至单片机信号输入端；
[0009]所述显示报警装置包括:控制所述水深检测装置的启动与停止按钮、实时显示积水深度屏幕、当积水深度超过安全值时的声光报警功能模块；所述声光报警功能模块包括蜂鸣器和LED灯；
[0010]所述显示报警装置与水深检测装置之间是无线通信；
[0011 ] 所述PSD探测模块包括:带主动照明的半导体激光器模块、带调整激光输出的准直透镜、接收透镜和PSD，接收透镜和PSD用于接收反射回的激光束；所述激光器输出激光的轴线、接收透镜的光轴以及PSD三者位于同一平面，激光器输出激光与PSD形成三角测距。
[0012]本实用新型基于PSD的车载积水深度检测报警装置的工作原理是:
[0013]当司机在开车行驶过程中，遇到前方道路积水时，开启显示报警装置上启动按钮，启动车载积水深度检测报警装置，激光器发射激光并经准直透镜准直，从积水水面上折射入水中，再射到道路上形成反射光束，并再次折射出水面，出水面后通过接收透镜传输到PSD探测模块上作为传感信号。PSD输出的电信号准确地反映了传感器接收到的光束传输的距离信息。PSD输出电流信号，经过数据控制处理模块，首先由电流电压转换电路转换为适当的小电压信号，并经过放大，通过单片机控制A/D转换，读取转换结果，并计算得到积水下路面的距离信息，减去装置与积水水面的距离则可得到积水深度值，当测量出的积水深度大于致使车辆抛锚的深度时，发出报警信号，无线传输到车内的显示报警装置上。
[0014]本实用新型的有益效果是:
[0015]⑴采用PSD和单片机作为探测主要芯片，由半导体激光器进行主动照明，白天夜晚均可以简单快捷的检测和报警，成本低廉、测量精度高、组装简单、检测装置整体精简、体积大幅缩小；有深度显示和报警模块，操作方法简单快捷。
[0016]⑵采用激光三角法PSD测距，利用水体目标反射折射光线，无需将检测器深入水下，工业防水等级可以适当放宽要求，降低了装置封装和设计的难度及成本。
[0017]⑶实用性强，能及时获取车辆前方的积水深度，避免事故的发生。
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型实施例基于PSD的车载积水深度检测报警装置安装位置示意图；
[0019]图2是基于PSD的车载积水深度检测报警装置原理框图。
【具体实施方式】
[0020]以下结合附图对本实用新型实施例作进一步说明:
[0021]如图1、图2所示，本实用新型一种基于PSD的车载积水深度检测报警装置；包括水深检测装置和显示报警装置两部分，其中水深检测装置安装在汽车前方保险杠上，显示报警装置是放置于汽车内部的手持式装置。水深检测装置包括:PSD探测模块和数据控制处理模块，所述PSD探测模块用于发射激光信号和获取反射的激光信号。
[0022]数据控制处理模块包括:单片机及外围电路，用于处理输入输出信号、计算积水深度，还用于控制A/D转换单元，并实现与显示报警装置之间的无线通信。其中外围电路还包括电流电压转换电路，所述电流电压转换电路用于把PSD输出的微弱电流信号转换为电压信号并滤波放大后，再传送至单片机信号输入端，由单片机进行计算处理。
[0023]显示报警装置包括:控制所述水深检测装置的启动与停止按钮、实时显示积水深度屏幕、当积水深度超过安全值时的声光报警功能模块；该声光报警功能模块是蜂鸣器和LED灯，提醒司机积水过深，无法通行。
[0024]本实用新型实施例中，显示报警装置与水深检测装置之间的通信是无线通信，如W1-FI通信等。
[0025]所述PSD探测模块包括:带主动照明的半导体激光器模块、带调整激光输出的准直透镜、接收透镜和PSD，接收透镜和PSD用于接收反射回的激光束；所述激光器输出激光的轴线、接收透镜的光轴以及PSD三者位于同一平面，激光器输出激光与PSD形成三角测距。
[0026]本实用新型工作时，激光器通过准直透镜将激光光束经水面折射到积水下的路面，反射的光线经水面折射后将形成最终反射光束，将其作为传感信号，通过接收透镜成像会聚在PSD上，从而可以通过计算得到积水下路面的距离信息，减去装置与积水水面的距离则可得到积水深度值。激光三角测距法能有效屏蔽掉水面的直接反射光束，从而实现检测装置在水面上直接测量。
[0027]在开始探测前，先测出并记录背景光产生的信号，再控制激光器发射光束，通过选通门采集信号，然后在软件中减去背景信号，根据公式计算出具体深度值，并将深度值与致使汽车抛锚的积水深度安全值进行比较，当积水深度超过安全值则启动报警。
[0028]参见图1，本实用新型实施例中，数据控制处理模块的运算过程如下，由单片机控制PSD模块以选通门方式工作，启动后，首先接收背景光束，测出其产生的信号强度，然后激光器发射激光，为避免积水表面反射光的干扰，等待时间后(式中:c为光速)，开始捕获反射回的光束，当获取到信号时，送入单片机，将PSD测得的距离值z减去激光器距水面距离可得积水深度为。
[0029]本实用新型实施例中，PSD接收到的反射光强会因为被测积水中的悬浮粒子的吸收散射而减弱，采用增强激光器的出射功率方法即可达到精度要求，实际应用中的测量精度误差值约为± 2cm，完全可满足要求。
[0030]以上仅为本实用新型的实施例，但并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。
【主权项】
1.一种基于PSD的车载积水深度检测报警装置，包括水深检测装置和显示报警装置，所述水深检测装置安装在汽车前方保险杠上，所述显示报警装置放置于汽车内部；其特征在于: 所述水深检测装置包括:PSD探测模块、数据控制处理模块，所述PSD探测模块用于发射激光信号和获取反射的激光信号； 所述数据控制处理模块包括单片机及外围电路，用于处理输入输出信号、计算积水深度，还用于控制A/D转换单元，并与显示报警装置无线通信；所述外围电路包括电流电压转换电路，所述电流电压转换电路用于把PSD输出的微弱电路信号转换为电压信号并滤波放大后，再传送至单片机信号输入端； 所述显示报警装置包括:控制所述水深检测装置的启动与停止按钮、实时显示积水深度屏幕、当积水深度超过安全值时的声光报警功能模块；所述声光报警功能模块包括蜂鸣器和LED灯； 所述显示报警装置与水深检测装置之间是无线通信。2.如权利要求1所述的一种基于PSD的车载积水深度检测报警装置，其特征在于: 所述PSD探测模块包括:带主动照明的半导体激光器模块、带调整激光输出的准直透镜、接收透镜和PSD，接收透镜和PSD用于接收反射回的激光束；所述激光器输出激光的轴线、接收透镜的光轴以及PSD三者位于同一平面，激光器输出激光与PSD形成三角测距。
【专利摘要】本实用新型公开一种基于PSD的车载积水深度检测报警装置，所述装置安装在汽车前方保险杠上，包括PSD探测模块、数据控制处理模块、显示报警装置。是利用半导体激光器进行主动照明，采用激光三角法PSD测距，利用水体目标反射折射光线，无需将检测器探入水下，能及时获取车辆前方的积水深度，并具有深度显示和报警功能，探测装置与显示报警装置之间采用无线通信。成本低廉、组装简单、检测装置整体精简、体积小、操作方法简单快捷。
【IPC分类】G01S17/48, B60Q9/00, G08C17/02
【公开号】CN204821318
【申请号】CN201520550049
【发明人】谌雨章, 杨婉璐
【申请人】湖北大学
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年7月27日