激光路面测量控制系统

发布于：2007/5/23 8:59:01 | 670 次阅读

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　　摘　要：介绍HS5010激光路面测量控制系统的基本工作原理、硬件组成，软件流程及设计思想。
　　关键词：激光；路面平整度测量；CPLD

Laser Measure and Control System for Measuring Road Surface

SHI Shujuan, CHEN Junzhang, SONG Xiaoying

(Shanghai Hisun Technology Ltd, Shanghai 200082, China)

　　Abstract: This paper presents the work principle, hardware and s oftware of HS5010 Road Surface Measure and Control System using Laser.
　　Keywords: laser; measuring flatness of road surface; CPLD

1系统的基本工作原理
　　如图1所示，三角支架顶端安置了激光源，该激光源发出一束水平旋转的激光束。另外，有一立杆，在立杆上装置了“光尺”(线阵图像传感器)，而激光测量控制器装在工程机械操纵室内。它通过通讯电缆与“光尺”相联。立杆底端钢性连接在施工机械例如刨地机上，当刨地机施工行驶时，由于路面不平，立杆上的“光尺”相对激光束有一上、下位移量，测量控制器将位移量转化为数字信号，控制刨地机工作状态，以此在大范围内提高路面的平整度和坡度质量。



2系统的组成
　　1)激光源
　　本激光源运用半导体激光器(图2)，它垂直发射出一束激光，在45°旋转棱镜上反射，形成一水平激光束。旋转电机以600转/分钟速率带动45°棱镜水平旋转，其效果为一束激光水平旋转。半导体激光器垂直安装在框架平台上，而45°棱镜及旋转电机安装在框架上板上。X 、Y轴控制电机通过传动机构使平台在水平X及Y轴方向倾斜调整。X、Y轴倾角传感器互相垂直固定在平台上。当框架平台与水平面不平行时，X、Y轴倾角传感器有一电信号送出，通过控制器驱动电机，使框架平台及框架上板处水平位置。因此，45°棱镜发出的激光束形成的光平面处于水平位置。
　　2)测量电路
　　测量电路由线阵图像传感器、弱信号检测器、信号预处理器、微处理器、键盘显示器、调宽脉冲控制器等六部分组成(图3)。当激光落入线阵图像传感器的范围内，产生一电信号。经过信号检测器滤除日光等光干扰信号，检测出有用的激光信号。激光信号经过信号预处理器送入微处理器，经运算、处理后找出激光在线阵图像传感器上的位置，以判定目前路面高度，控制电磁阀开关，调整刨地机油缸的动作，从而保证路面的平直度。
　　3)低功耗超高速CPLD
　　当旋转激光平面落入由光敏二极管组成的线阵图像传感器的范围内，在通过弱信号检测器滤除日光等光干扰信号后，还要在信号预处理器进行大量的信号处理，才能检测出激光平面照射在线阵图像传感器上的位置。由于系统的相对高度变化范围为200mm；相对高度分辨率为1 mm，换言之，有200路信号要处理。因此，采用美国Xilinx公司生产的XCR3064 VQ44，既可大大降低供电电流，又可实现高速处理信号。
　　本系统采用的集成电路都为低功耗器件，微处理器是低功耗的CPU 89LV55，面板显示屏为带背光64×128点阵LCD液晶屏，以中文、符号、图表形式显示测量状态、设置数据、测量数据、历史测量数据等。信号预处理器将信号送给微处理器，微处理器经运算、处理后找出激光平面照射在线阵图像传感器上的位置，将高度值显示在液晶屏上。
　　在野外作业时，由于受种种条件的制约，无法对测量数据进行详细分析，需要将所测数据存储下来，以便后期处理。AT45DB081提供1M Byte数据非易失存储空间，将所测的现场数据存储在内；通过RS232接口可将数据传送到PC机内，以便分析处理、存档。



3系统的软件设计
　　系统采用液晶显示屏，汉化显示。通过按键选择测量方式、测量频率，可改变显示的数值为相对值或。所有仪器参数设置都有记忆功能，包括零点设置。软件流程如图4、图5所示。

4结束语
　　HS5010激光路面测量系统的研制成功，可改变我国落后的现场工程施工状况，提高施工效率和施工质量，降低劳动强度。为高速公路路面摊铺作业的自动化、智能化创造了有利的条件。

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