基于激光測距技術的車輛寬高檢測系統的設計

摘要：為實現高速公路車輛超寬超高治理工作的自動化、智能化，設計了一種基于激光脈沖測距技術的智能車輛寬高檢測系統。系統采用LMS二維激光測距傳感器，在新型高性能微處理器的控制下，對車輛輪廓進行高速動態掃描，將所接收到的實時數據進行分析處理，實現對行進車輛的寬高檢測和超限聲光報警。實驗結果表明，系統測量精度為±0．15m，測量準確率達到95％，系統性能滿足高速公路管理部門對于車輛寬高超限檢測的要求。
關鍵詞：激光測距技術；LMS激光傳感器；LM3S8962；寬高檢測

隨著我國經濟的快速發展，高速公路建設和公路運輸規模都得到了前所未有的發展，由此帶來的車輛超限超載現象也日益嚴重。超限運輸一方面會縮短公路和橋梁的使用壽命，另一方面會造成車體形狀的改變及車輛性能的下降，形成交通安全的嚴重隱患。目前，車輛超寬超高治理作為治超工作的重要組成部分，大多還處于人工階段，主要由工作人員用卷尺或者竹竿實測寬高，既增加了工作人員的工作量，又降低了工作效率。為實現超竟超高治理工作的自動化和智能化，采用激光測距技術，選用基于ARM Cortex-M3內核的處理器LM3S8962，設計開發了一套智能車輛寬高檢測系統。本系統可對行進車輛進行高精度動態掃描，實現寬高檢測。

1 激光測距傳感器的選擇
激光以其高亮度、高方向性、高單色性等優點，被廣泛應用于各種測量領域中。激光測距相比紅外測距，超聲波測距等方式，具有速度快，實時性強，獲取數據精度高等特點。激光測距技術已在汽車防撞，建筑或空地安全監護，軌道交通等領域得到了廣泛地應用。為了滿足高速公路車輛寬高檢測系統測量速度快，測量精度高的要求，還考慮到系統能在能見度較差的環境甚至夜間工作，系統選用德國SICK公司生產的LMS型雙脈沖激光測距傳感器。
LMS激光傳感器是一種戶外型非接觸式的高精度、高解析度外部傳感器，其工作原理是基于對激光束飛行時間的測量，其按照定義好的時間間隔發出激光脈沖，通過定時器計算發射脈沖和接收脈沖之間的時間間隔來得到與被測物體之間的距離。脈沖激光束經過測距傳感器內部的一個旋轉反光鏡的反射對周圍環境形成扇面掃描。激光掃描測距的工作原理如圖1所示。

目標物體的輪廓線由所接收剄的一系列脈沖序列來確定。LMS激光傳感器的掃描頻率是25 Hz／50 Hz，角度頻率是0．25°／0．5°，掃描角度范圍是0°～270°，最大掃描距離是20 m，標準測量精度為±30 mm，安全防護等級為IP67，對人眼安全。惡劣的環境因素對測量范圍沒有影響，可用于室外溫度-30～+50℃的環境中。

2 系統構成及工作原理
智能車輛寬高檢測系統通過對車輛進行連續動態掃描，采集車輛的外形輪廓信息，并將采樣數據實時傳遞給控制單元，控制單元通過處理、分析、計算采樣數據，得出車輛實際的寬度和高度，并將測量值顯示在液晶屏上，供現場工作人員查看，同時根據國家規定的限寬值和限高值判斷被測車輛能否通行。本系統能夠手動設定限寬值和限高值，可以對行進車輛進行實時檢測，具有聲光報警和語音提示功能。系統
在實際應用時，要求行進車輛車速控制在20km／h以下。實時快速測量也可避免交通擁堵現象。
智能車輛寬高檢測系統選用LM3S8962作為主控制器。LM3S8962是一款基于ARMCortex-M3內核的低功耗、高速度處理器。LMS激光傳感器通過500kb／s的高速串行接口將測量數據傳送給主控制器，不會造成數據的丟失?？刂破鲗⒔邮盏降膾呙钄祿M行處理，由于其內部數據存儲器空間大，不需外擴數據存儲器。系統結構框圖如圖2所示。

3 硬件電路設計
智能車輛寬高檢測系統電氣控制部分以基于ARMCortex-M3內核的LM3S8962處理器作為控制核心，按功能可劃分為以下模塊：電源模塊，主控制器模塊、時鐘模塊、數據通訊模塊、鍵盤輸入模塊、液晶顯示模塊、繼電器控制模塊等，以下對3個部分作較詳細介紹。