一种高速公路团雾检测系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及高速公路团雾检测技术，具体是一种高速公路团雾检测系统及方法。本发明专利技术解决了现有高速公路团雾检测技术结构复杂、成本昂贵的问题。一种高速公路团雾检测系统，包括团雾传感器、单片机信号处理系统、上位机通信系统；所述团雾传感器包括玻璃管、前导气管、后导气管、输气泵、激光头、光电二极管；所述单片机信号处理系统包括限流电阻、负载电阻、电容、单片机、锁存器、数码管、RS232收发器、下级RS232/RS485转换器、电位器；所述上位机通信系统包括总线、上级RS232/RS485转换器、上位机。本发明专利技术适用于高速公路。

Highway mass fog detection system and method

The invention relates to a highway mass fog detection technology, in particular to a highway group fog detection system and method. The invention solves the problems of complicated structure and expensive cost of the existing highway fog detection technology. A highway fog detection system, including fog sensor, signal processing system and computer communication system; the fog sensor comprises a glass tube, a pipe and the rear air guide pipe, gas pump, laser head, photoelectric diode; the signal processing system includes a current limiting resistor, resistor, capacitor, load microcontroller, latch, digital tube, RS232 transceiver, RS232/RS485 converter, subordinate potentiometer; communication system comprises an upper computer bus, RS232/RS485 converter, superior PC. The invention is suitable for highway.

【技术实现步骤摘要】
一种高速公路团雾检测系统及方法
本专利技术涉及高速公路团雾检测技术，具体是一种高速公路团雾检测系统及方法。
技术介绍
团雾似乎是近年来忽然变热的一个词，由于冬春时节频繁报道的高速公路上团雾引发的连环追尾事故。但是，人们对雾的研究和检测却由来已久。例如，1992年，K.J.Noone等人就比较了当时较为流行的测量雾中水分含量的4种方法（Arends,B.G.;Kos,G.P.A.;Wobrock,W.;Schell,D.;Noone,K.J.;Fuzzi,S.;Pahl,S.Comparisonoftechniquesformeasurementsoffogliquidwatercontent.Tellus1992,44B,604–611.），并指出基于前散射激光光谱仪（forwardscatteringlaserspectromemter）的PVM具有最好的性能指标。在2008年，JeffreyL.CollettJr.等人又设计出一个基于光衰减原理的云/雾检测器（Carrillo,JH.;Emert,SE.;Sherman,DE.;Herckes,P.;Collett,JL.Aneconomicalopticalcloud/fogdetector.AtmosphericResearch2008,87,259-267.），并通过与PVM的对比实验得出结论，他们的新云/雾检测器通常情况下能够胜任检测任务，关键是比PVM的产品便宜的多，一套只需约500美元。可见，随着光电子器件的不断进步，采用新器件大幅降低传感器的成本从而便于市场化，这也是人们关注的一个研究方向。本专利技术将提出的传感器，原理也是基于光衰减，但由于采用了新的不同的元器件和结构，使传感器成本降到500人民币以下，同时也应能够满足检测团雾的要求。国际上用能见度对雾的分类见下表（GwangLee․，Bong-KeunKim.StudyonDevelopmentandUtilizationofWideAreaVisibilityInformationSystemUsingCCTVontheHighway.JKIECS,vol.9,no.6,665-672,2014）：。以往的团雾检测器（见下面专利）在设计时就希望它能测量较宽的能见度范围，这样会导致传感器结构复杂价格昂贵。按照上表，团雾的能见度范围应该是0到40米。如果在设计团雾传感器时重点考虑0～40m能见度的测量而适当忽略长距离能见度的测量，则可大幅简化传感器结构和减低其成本。这也是本专利技术的设计思路之一。团雾通常出现在高速公路沿线，其容易造成高速公路能见度低，由此引发重大交通事故。为了避免因团雾引发的交通事故，目前出现了各种各样的高速公路团雾检测技术（例如中国专利ZL200910184845.X公开的一种高速公路团雾实时监测仪、中国专利ZL201210226642.4公开的一种基于图像颜色空间特征的雾天检测方法、中国专利ZL201420112447.3公开的一种基于数字摄像的团雾实时预警系统、中国专利ZL201310325570.3公开的一种基于通视距离监测的高速公路团雾预警系统及预警方法）。然而，现有高速公路团雾检测技术由于自身原理所限，存在如下问题：其一，现有高速公路团雾检测技术普遍是针对各种能见度的雾（能见度为0-40km的雾）而设计的，而并非专门针对团雾（团雾的能见度为0-40m）而设计，由此导致其检测对象缺乏针对性，从而导致其结构复杂、成本昂贵。其二，现有高速公路团雾检测技术普遍采用老旧的电子器件设计而成，由此同样导致其结构复杂、成本昂贵。基于此，有必要专利技术一种全新的高速公路团雾检测技术，以解决现有高速公路团雾检测技术存在的上述问题。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有高速公路团雾检测技术结构复杂、成本昂贵的问题，提供了一种高速公路团雾检测系统及方法。本专利技术是采用如下技术方案实现的：一种高速公路团雾检测系统，包括团雾传感器、单片机信号处理系统、上位机通信系统；所述团雾传感器包括玻璃管、前导气管、后导气管、输气泵、激光头、光电二极管；玻璃管的前端和后端均设有端壁；玻璃管的前部侧面开设有内外贯通的前导气孔；玻璃管的后部侧面开设有内外贯通的后导气孔；前导气管贯穿固定于前导气孔内；后导气管贯穿固定于后导气孔内；输气泵的出气口与前导气管的外端管口连通；激光头的出射端与玻璃管的前端端壁相互正对；光电二极管的入射端与玻璃管的后端端壁相互正对；所述单片机信号处理系统包括限流电阻、负载电阻、电容、单片机、锁存器、数码管、RS232收发器、下级RS232/RS485转换器、电位器；限流电阻的一端与光电二极管的阴极连接，另一端与电源端连接；负载电阻的一端与光电二极管的阳极连接，另一端接地；电容的一端与光电二极管的阴极连接，另一端接地；单片机的信号输入端与光电二极管的阳极连接；锁存器的信号输入端与单片机的信号输出端连接；数码管的信号输入端与锁存器的信号输出端连接；RS232收发器与单片机双向连接；下级RS232/RS485转换器与RS232收发器双向连接；电位器的电源输入端与单片机的电源输出端连接；电位器的电源输出端与激光头的电源输入端连接；所述上位机通信系统包括总线、上级RS232/RS485转换器、上位机；上级RS232/RS485转换器通过总线与下级RS232/RS485转换器双向连接；上位机与上级RS232/RS485转换器双向连接。一种高速公路团雾检测方法（该方法是基于本专利技术所述的一种高速公路团雾检测系统实现的），该方法是采用如下步骤实现的：a.在高速公路沿线每隔1200m安装一个团雾传感器和一个单片机信号处理系统；在高速公路监控中心安装一个上位机通信系统；各个团雾传感器与各个单片机信号处理系统一一对应连接；各个单片机信号处理系统均与上位机通信系统连接；b.启动各个输气泵；各个输气泵持续抽吸高速公路沿线各处的团雾，并通过各个前导气管将团雾持续送入各个玻璃管内；各个玻璃管内的团雾自前向后持续流动，并通过各个后导气管持续排出；此时，启动各个激光头；各个激光头发出的激光穿透各个玻璃管内的团雾后入射到各个光电二极管，使得各个光电二极管产生反向电流，由此使得各个光电二极管的阳极产生电压；在此过程中，各个单片机通过各个电位器向各个激光头持续供电，通过各个电位器可以调节各个激光头的工作电压，由此调节各个激光头发出的激光光强；c.各个单片机实时检测各个光电二极管的阳极电压，并根据各个光电二极管的阳极电压计算出各个光电二极管的反向电流；然后，各个单片机根据各个光电二极管的反向电流计算出入射到各个光电二极管的激光光强，并根据入射到各个光电二极管的激光光强和各个激光头发出的激光光强计算出各个激光头发出的激光透射率；然后，各个单片机根据各个激光头发出的激光透射率计算出各个玻璃管内的团雾分子数密度，并根据各个玻璃管内的团雾分子数密度计算出各个玻璃管内的团雾浓度，由此检测出高速公路沿线各处的团雾浓度；d.各个单片机通过各个锁存器将高速公路沿线各处的团雾浓度发送至各个数码管进行就地显示，以提醒过路司机注意；同时，各个单片机依次通过各个RS232收发器、各个下级RS232/RS485转换器、总线、上级RS232/RS485转换器将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速公路团雾检测系统，其特征在于：包括团雾传感器、单片机信号处理系统、上位机通信系统；所述团雾传感器包括玻璃管（11）、前导气管（12）、后导气管（13）、输气泵（14）、激光头（15）、光电二极管（16）；玻璃管（11）的前端和后端均设有端壁；玻璃管（11）的前部侧面开设有内外贯通的前导气孔；玻璃管（11）的后部侧面开设有内外贯通的后导气孔；前导气管（12）贯穿固定于前导气孔内；后导气管（13）贯穿固定于后导气孔内；输气泵（14）的出气口与前导气管（12）的外端管口连通；激光头（15）的出射端与玻璃管（11）的前端端壁相互正对；光电二极管（16）的入射端与玻璃管（11）的后端端壁相互正对；所述单片机信号处理系统包括限流电阻（21）、负载电阻（22）、电容（23）、单片机（24）、锁存器（25）、数码管（26）、RS232收发器（27）、下级RS232/RS485转换器（28）、电位器（29）；限流电阻（21）的一端与光电二极管（16）的阴极连接，另一端与电源端连接；负载电阻（22）的一端与光电二极管（16）的阳极连接，另一端接地；电容（23）的一端与光电二极管（16）的阴极连接，另一端接地；单片机（24）的信号输入端与光电二极管（16）的阳极连接；锁存器（25）的信号输入端与单片机（24）的信号输出端连接；数码管（26）的信号输入端与锁存器（25）的信号输出端连接；RS232收发器（27）与单片机（24）双向连接；下级RS232/RS485转换器（28）与RS232收发器（27）双向连接；电位器（29）的电源输入端与单片机（24）的电源输出端连接；电位器（29）的电源输出端与激光头（15）的电源输入端连接；所述上位机通信系统包括总线（31）、上级RS232/RS485转换器（32）、上位机（33）；上级RS232/RS485转换器（32）通过总线（31）与下级RS232/RS485转换器（28）双向连接；上位机（33）与上级RS232/RS485转换器（32）双向连接。...

【技术特征摘要】
1.一种高速公路团雾检测系统，其特征在于：包括团雾传感器、单片机信号处理系统、上位机通信系统；所述团雾传感器包括玻璃管（11）、前导气管（12）、后导气管（13）、输气泵（14）、激光头（15）、光电二极管（16）；玻璃管（11）的前端和后端均设有端壁；玻璃管（11）的前部侧面开设有内外贯通的前导气孔；玻璃管（11）的后部侧面开设有内外贯通的后导气孔；前导气管（12）贯穿固定于前导气孔内；后导气管（13）贯穿固定于后导气孔内；输气泵（14）的出气口与前导气管（12）的外端管口连通；激光头（15）的出射端与玻璃管（11）的前端端壁相互正对；光电二极管（16）的入射端与玻璃管（11）的后端端壁相互正对；所述单片机信号处理系统包括限流电阻（21）、负载电阻（22）、电容（23）、单片机（24）、锁存器（25）、数码管（26）、RS232收发器（27）、下级RS232/RS485转换器（28）、电位器（29）；限流电阻（21）的一端与光电二极管（16）的阴极连接，另一端与电源端连接；负载电阻（22）的一端与光电二极管（16）的阳极连接，另一端接地；电容（23）的一端与光电二极管（16）的阴极连接，另一端接地；单片机（24）的信号输入端与光电二极管（16）的阳极连接；锁存器（25）的信号输入端与单片机（24）的信号输出端连接；数码管（26）的信号输入端与锁存器（25）的信号输出端连接；RS232收发器（27）与单片机（24）双向连接；下级RS232/RS485转换器（28）与RS232收发器（27）双向连接；电位器（29）的电源输入端与单片机（24）的电源输出端连接；电位器（29）的电源输出端与激光头（15）的电源输入端连接；所述上位机通信系统包括总线（31）、上级RS232/RS485转换器（32）、上位机（33）；上级RS232/RS485转换器（32）通过总线（31）与下级RS232/RS485转换器（28）双向连接；上位机（33）与上级RS232/RS485转换器（32）双向连接。2.根据权利要求1所述的一种高速公路团雾检测系统，其特征在于：所述玻璃管（11）采用长度为20cm、内径为10mm的石英玻璃管；所述前导气孔的孔径、后导气孔的孔径均为3mm；所述激光头（15）采用长度为20mm、直径为9mm、激光波长为650nm、出光功率为5mW、工作电压为DC2.5-5V的可调焦距的激光头；所述光电二极管（16）采用FDS100型硅光电二极管，其检测波长范围为350-1100nm、感光区域为3.6mm*3.6mm；所述限流电阻（21）的阻值为1KΩ；所述负载电阻（22）的阻值为2.2KΩ；所述电容（23）的容量为0.1μF；所述单片机（24）...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱子鹏，康爱国，冷乐天，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14