一、规划摘要：
大气中包含空气分子、凝结核、烟尘、雾以及雪花等降水粒子单元，这些大巨细小的粒子包含水或雾等对阳光与气候的散射是决议大气透明度最重要的要素。所谓大气散射是入射的光波遇到大气里巨细不等的粒子，这些粒子将入射光波的一部分“阻拦”下来，使这些光波改变方向并以粒子为中心按必定的规则向四周发射出去，其成果显然是使本来入射方向的光强削弱。沿水平方向调查远处方针物时，将遭到太阳的直射光，天空云层以及地上的漫射光影响，它们被大气层的气溶胶粒子散射，使调查者感到大气中好象是有一层遮幕，降低了方针物和背静间的比照，然后减少了调查者能看见方针物的间隔。这就使咱们能够观测到物体的视距呈现了远和近的改变，然后形成了能见度。
能见度的概念最早来源于气候部门，所以在没有特别阐明的状况下，一般所称的能见度就是指气候能见度。能见度一般是视力正常的人在白日无云的天空布景下能够辨认出一个视角为0.50~5。的黑色方针物体概括和形体的最大间隔。在夜间则是在黑色布景下能够辨认出必定强度的灯火的最大间隔。从上述界说能够知道能见度取决于人眼的生理特性，方针物和布景的光学性质，以及人与方针物间的大气的物理性质。
在我国高速公路在促进国民经济快速开展的一起，不断攀升的高速公路交通事端发生率和逝世率也给经济的高速开展、社会的持续安稳和公民的生命财产安全带来了许多的晦气影响。高速公路本以高速、快捷、高容量及高安全性著称，一般发达国家的高速公路的交通事端总数和逝世率只要一般公路的1/3到1/2。但在我国因为高速公路因为开展较晚，相关安全和预警办法不完善等原因，致使我国高速公路的交通事端的发生率比一般公路高2到3倍。据公安部网站音讯，2008年，全国共发生交通事端265204起，形成73484人逝世、304919人受伤，直接财产损失10.1亿元。据统计，在所有高速公路的交通事端中，因雨雾等恶劣气候影响形成的交通事端就占1/4左右，雾天高速公路地事端率时往常地10倍。就是说低能见度环境是形成高速公路交通事端的一个非常重要的要素。因而，对高速公路沿线的气候尤其是能见度状况进行全程全天候的实时监控，随时预警低能见度特别是随机雾团、瞬时雨雪、沙尘等短时低能见度气候，对交通运输有着非常重要的含义。
本体系使用光的折射原理，发射近红外光并接纳其在环境中的折射光，比照前后两次的光能量的巨细来得出能见度。该设备结合近红外光发生设备，多种传感器，语音及LCD显现设备，首要处理操控部分运用Microchip公司出产的高性能MIPS核MCU–PIC32MX460F512L开发板Cerebot 32MX4 Board作为主控板，AD采样芯片完结数模信号的转化，并运用无线传输模块传递数据，可完结远间隔对体系的操控。
本体系的规划是对当时高速公路交通问题的一大改善，意图是研讨并规划一种具有本钱较低，适于大规模出产，有宽广的市场前景的高速公路能见度预警体系。
二、体系原理和立异规划：
体系运用Microchip公司供给的80 MHz 32位MIPS处理器，以及丰厚的外围设备，如：16通道，10位，500ksps A/D变频器，完结电信号的剖析，滤波，提取等处理作业，得出能见度的巨细，并操控语音芯片进行语音提示，驱动LCD进行显现，且将处理成果经过无线模块传输给终端主机做记载处理，抵达实时能见度检测的作用。
整个设备首要有近红外光发射端、接纳端、无线传输模块、电源模块、MIPS处理器操控模块五部分组成，下面别离对各部分的规划进行详细介绍：
1. 近红外光发射端规划
为了使近红外光正常发射，避免遭到雾气、雨雪对端口的影响（如：浸湿透镜，结冰霜等）需要对发射端处进行实时的温度监控，并需设备加热设备对其进行温度调理，去除水汽。在此咱们选用单线数字温度计DS18B20来实时收集发射端口处温度，降低本钱咱们选用电阻式加热器调控温度。
DS18B20 单总线数字温度计特性如下：
(1) 可用数据线供电，电压规模：3.0~5.5V；
(2) 测温规模：-55~+125℃，在-10~+85℃时精度为±0.5℃；
(3) 可编程的分辩率为9~12位，对应的可分辩温度别离为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃；
(4) 12位分辩率时最多在750ms内把温度值转化为数字；
(5) 负压特性：电源极性接反时，温度计不会发热焚毁，但不能正常作业。
光源的挑选要求有多方面优势：发光功率大、运用寿命长、发光效率高、安稳性好、光谱散布规模窄、发光面积小等特色，归纳各方面的考虑，咱们挑选了 GT-P03IR4101 型近红外发光二极管作为光源。详细参数如下：
2. 近红外光接纳端规划
接纳端首要由光电转化、增益操控、温度检测、A/D采样等部分组成，为进步体系的抗搅扰性消除环境光的影响，在透镜之前加上一块通带中心波长与发射器宣布红外光中心波长相同的窄带红外滤镜。各部分暂定设备如下：
光电转化部分选用常用的 BPW76 型硅光电三极管，其灵敏度高，到达规划要求。用单芯片光电转化扩大器 OPT10对转化后的电信号进行扩大处理；在终究进行AD采样前，先进行硬件滤波，去除体系或许引入的50Hz工频搅扰。温度收集和操控选用跟接纳端相同的设备。
3. 无线传输模块
该模块选用上海Digilent公司的PmodRF1无线电收发器，它能够有挑选的在以下区域内进行装备操作：北美ISM频段的902MHz到928MHz、欧洲SRD频段的863MHz到870MHz或我国WPAN频段的779MHz到787MHz。这样能够确保来自世界各地的用户，定心安全的将其运用于无线通讯的项目中。 该PmodRF1集成了Atmel AT86RF212，一个功耗低、规模广的无线电收发器。且顺便一个6英寸12针下载线，一个6英寸双6针下载线，一个12针接口和两个6针接口，便利接入。其具有独立收发器在6公里规模内的通讯才能，便利将处理好的数据成果传输给长途终端主机进行进一步的剖析和操控。
4、电源模块
为节约能源，到达重复使用，选用鹏辉9V锂离子电池350mAh 9V锂充电电池，并用稳压芯片ASM1117-3.3和ASM1117-5.0取得3.3V和5.0V的电压，别离给体系中的数字模块和模仿电路供电。
5、MIPS处理器操控模块
此模块运用Cerebot 32MX4 Board开发板，完结对接纳端信号的滤波，发送与接纳光能量的核算。
因为在环境关线和白日太阳光中都存在激烈的近红外光，极易吞没光电管发射的测验近红外光有用信号，为了从中提取弱小的折射信号核算接纳的光能量，咱们选用双相位锁相的办法完结，其详细原理如下图所示：
被测信号 Asin(ωt+θ1)别离和两个与有用信号频率相同且正交的参阅信号sin(ωt+θ2)、sin(ωt+θ2-π/2)相乘，相乘后的信号别离经过两个数字低通滤波器滤出高频重量，得到两个反相的直流重量 Acos(θ1-θ2)/2 、Asin(θ1-2)/2，然后经过运算得到有用信号的起伏和相位：
起伏A=
相位
=
从上式的起伏相位咱们便能够得出相对于发射端的近红外光，接纳端的红外光的能量衰减多少，比照得出能见度的巨细。
其间参阅信号由C言语查找表方法发生，低通滤波器（LPF）则选用有限长数字滤波器（FIR），亦选用C言语完结，其滤波参数可有Matlab规划得出。
三、总体系框图：
本规划以Cerebot 32MX4 Board开发板完结中心算法和体系操控，全体体系框图如下所示：
以下是体系什物设备规划图，归纳考虑此能见度的运用环境要素以及实践设备，以满意高速公路能见度预警要求。
能见度丈量仪的全体框图如上图所示。它首要由发射端、接纳端和信号操控处理器组成。发射端和接纳端被别离设备在1m长的横梁两头并坚持水平，为了坚持散射角为33°、避免太阳光的直射以及雨水的腐蚀，设备时使发射端和接纳端都与水平横梁成16.5°角。作业时，由发射端宣布一束频率较低的光脉冲，发射光经过大气的散射后，由设备在散射角为33°方向上的接纳端接纳，在经过自动增益操控电路将信号扩大到恰当倍数，然后经过A/D转化芯片将其转化为数字信号，并有信号操控处理器经过相关检测手法在得到的数字信号中将散射信号检测出来，最终经过前向散射法能见度丈量的理论公式核算得到相应的气候能见度。
因为散射信号先对入射光强度非常弱小，要精确丈量散射光的强度就要对体系各个部分提出严厉的要求：
◆ 发射端：确保所发射红外脉冲强度的安稳和脉冲频率的单一性。
◆接纳端：确保自动增益电路的安稳、快速运转，即确保在散射光的强度改变时快速调理扩大倍数，使A/D芯片得到的信号强度一直在一个适宜规模内。
◆信号操控处理器：确保强噪声布景下精确检测到散射信号。
◆透镜：确保发射端和接纳端的聚光透镜上没有结霜结冰，确保实时检测镜头污染状况并对其作出处理。
◆体系：确保体系作业在一个适当稳定的温度下。
四、软件流程图
首要体系启动后进行初始化，然后判别体系是否现已开端进行检测，没有开端则持续等候，开端则进行两项操作：1、发射端发送红外光，红外光经过散射由接纳端接纳到后进行光电转化并收集，经过软件的滤波与算法处理后，将能见度数据一方面经过射频模块传给终端操控台，另一方面临司机进行语音提示。2、温度传感器收集数据，判别温度是否低于规范，若低于规范温度则进行调理，一起将温度显现在LCD显现器上，若高于规范温度则只进行显现。
