專利名稱：一種機動車特征數據采集分析器及分析方法
一種機動車特征數據采集分析器及分析方法本發(fā)明涉及智能交通車輛環(huán)形線圈檢測技術領域，具體的說是ー種用于機動車輛各類特征數據采集、統(tǒng)計與分析的儀器及方法。隨著國內智能交通行業(yè)的發(fā)展，機動車輛及交通信息檢測分析技術應用范圍隨之擴大，交通違法行為管理、道路流量監(jiān)測、特定場合客流分析、交通事件檢測等綜合分析管理系統(tǒng)所需要的基礎信息均依靠對機動車輛特征數據的檢測分析。目前國內外的機動車信息檢測模式主要有環(huán)形線圈、雷達、微波、紅外、激光、超聲波，由于受到技術原理局限，只有環(huán)形線圈檢測模式能夠滿足多方面的車輛信息及特征采集要求，其他技術模式均只能做到車輛存在及速度檢測，但是環(huán)形線圈檢測模式響應時間 長，從而影響到檢測精度，如車速誤差、小范圍內車輛定位偏差；采樣周期長(2-lOOms)造成采樣量不足，從而影響檢測靈敏度和車型判別等需要大量采樣點的特征分析功能的需求，如產生車型分析誤差、遇到復雜地形地況(如大橋橋面下設鋼筋、鉄板等狀況)無法檢測到車輛存在。不僅如此，國內外現有的環(huán)形線圈檢測技術均采用模擬振蕩器循環(huán)起振技木，當車輛通過道路上埋設的線圈時，引起由車檢器和線圈組成的振蕩電路頻率變化,車檢器頻率設定為毎秒千余次采樣分析判斷是否有車通過，同時刻僅一路振蕩器起振，雖無相鄰線圈頻率干擾問題，但掃描速度慢，例采樣周期是0. 5ms,掃描16路線圈就用時8ms，使測速精度大為降低。若改用同步起振技術則可避免以上問題，但國內外現有的檢測器均無法克服模擬振蕩器的互相干擾問題，一旦發(fā)生干擾，線圈數據將不能真實反映車輛通過狀態(tài)，造成誤判，嚴重時車檢器就不能使用。本發(fā)明的目的在于改進現有環(huán)形線圈檢測技術，利用二次高頻采樣原理的同步起振技術，提供ー種無干擾、檢測精確的采集分析器及分析方法。為實現上述目的，設計ー種機動車特征數據采集分析器，包括殼體、線路板、線圈、振蕩器、波形放大整流器、高速脈沖采樣電路、數字集成電路CPLD、中央處理器CPU、串ロ連接電路，其特征在于線路板上6個線圈的信號輸出端分別連接6個振蕩器的信號輸入端，6個振蕩器的信號輸出端分別連接數字集成電路CPLD的信號輸入端，CPLD的信號輸出端連接中央處理器CPU的信號輸入端，CPU的信號輸出端設有繼電器信號輸出電路和兩個串行接ロ模塊SP3223EEY及TTL電平信號輸出電路，車輛通過線圈感應的狀態(tài)將數據顯示在計算機上便于分析。振蕩器由電感Lll的一端連接5伏直流電源，電感Lll的另一端連接電阻R92 —端，電阻R92另一端連接電阻R76 —端，電阻R76另一端接地，電阻R76上并聯電容C25，在電感Lll和電阻R92之間抽頭一端分別連接電容C54 —端、電容C53—端、線圈Tl的3端，在電阻R92與電阻R76之間抽頭連接三極管Ql基板，電容C54另一端分別與振蕩器SWDIP4的I端2端、電容C35的一端、三極管Ql發(fā)射極、電阻R75 —端連接，電阻R75另一端接地，電容C53另一端連接振蕩器的4端，線圈Tl的4端接電容C45 —端、電容C35另一端、三極管Ql集電極，電容C45另一端接振蕩器的3端，在三極管Ql發(fā)射極接有反向的ニ極管D1，ニ極管Dl的正極連接數字集成電路CPLD的信號輸入端，CPLD的八路數據輸出信號接中央處理器CPU信號輸入端，線圈Tl的I端設有電阻RlOO與電容C77并聯電路，并與線圈Tl的2端接線圈的輸出信號線。中央處理器CPU型號為C8051F340的PO. 6端上設有U2型號為C8051F340/1/45電路，在CPU的PO. 3端上設有集成電路U10，型號為CAT25040。串ロ連接器U8型號為SP3223EEY的17、8、16、9端上分別設有電阻R212、電阻R213、電阻R214、電阻R218 一端，電阻R212、電阻R213、電阻R214、電阻R218另一端分別連接雙排插針SI的2、4、6、8端，U8的V+端連接電容C24 —端，電容C24另一端連接電容C2，并抽頭一端接地，電容C2另一端連接U8的V-端，U8的2端、4端、電容C72串聯，U8的5端、6端、電容C73串聯，U8的18端接地，U8的11端為信號輸出端。CPU輸入端設有線圈，數據通過8位數據線傳輸，外擴設有一 SPI接ロ的FLASH芯片，存儲設置的參數，掉電不丟失。串ロ連接器U8采用3. 3v電壓器件，型號為SP3223EEY，與CPU同一電壓，RXD和TXD分別連接CPU的I端和2端，雙排插針SI每ー根插針之間的距離為2. 54mm,與板卡連接時直接引線即可。一種機動車特征數據采集分析器的采集分析方法，包括6路振蕩器、6路波形放大整形器、I個數據計數采集器CPLD及中央處理器CPU、2個串ロ連接器組成，其特征在于振蕩器采用LC振蕩電路，并預設有錯頻開關，在頻率干擾時起到調節(jié)作用；振蕩電路的輸出端接波形放大整形器LM311的輸入端，LM311采用正電壓，參考電平為模擬地；6路LM311輸出頻率脈沖接入CPLD，CPLD為高速脈沖采樣器件，線圈頻率先轉換為頻率脈沖，進入采樣電路CPLD，通過對頻率脈沖進行二次高頻采樣，CPLD內部做成多級計數器，具有16路16位計數的能力，晶振30MHz-40MHz，相對于一般振蕩電路100KHz-200KHz來說，這樣可將原來頻率脈沖變化值的采樣值可放大到原來的幾十甚至幾百倍，最大變化值達到1500-2000，將線圈頻率的微小變化都能最直觀的顯示出來，對車型的車軸、車長、車速檢測，進行特征分析比對，便可識別出車輛型號及車輛參數；CPLD的數據輸出接CPU的8位數據輸入端，CPU采用普通的地址數據復用方式連接CPLD，所有數據的計算和參數的設置包括速度值、各個線圈的門限值，車道的配置參數都由此CPU模塊完成，CPU的車輛數據的輸出接串ロ連接器SP3223EEY的輸入端，串ロ連接器SP3223EEY的輸出端則和電腦相連。振蕩器采用LC振蕩電路，線圈接入后產生自激振蕩，車輛通過線圈時引起線圈磁通量變化，導致振蕩器頻率變化，中間撥碼開關調節(jié)頻率；數字集成電路CPLD高速脈沖采樣，線圈頻率先轉換為頻率脈沖，進入數字集成電路CPLD，通過對頻率脈沖進行二次高頻采樣，振蕩器原始頻率在50KHz到300KHz，車輛經過線圈時頻率可能只有0. 2KHz到IKHz的變化，頻率脈沖在I毫秒間隔采樣時的頻率變化數值只有5-20個，CPLD內部做了兩級計數器，利用CPLD高頻進行采樣，采樣頻率在30MHz到40MHz，將原來頻率脈沖變化值的采樣值最大放大到原來的300倍，最大變化值達到1500-2000，將線圈頻率的微小變化都能最直觀的顯示出來，對車型的車軸、車長、車速檢測進行特征分析比對，識別車輛型號及車輛參數。該方法的技術參數為采樣頻率可達40MHz/S ;環(huán)形線圈同步起振檢測周期達
0.25ms ;門限值和各種參數可設定；TTL電平輸出響應時間〈1ms ;RS232波特率可達115200 ;輸出車輛波形。波形的處理方法為單車道2個線圈原始數據波形輸出，根據波形查看振蕩器基準頻率是否穩(wěn)定、車輛變化值是否達到檢測要求、埋設線圈是否合乎標準，根據波形任意設置每個線圈的有車判斷門限值，做到可視化的無級可調，所述的門限控制原則板載8級靈敏度調節(jié)開關，程序4-256級可調，快速設置靈敏度；根據線圈輸出波形依各種現場需求設置靈敏度，尤其在地形地況復雜處通過數據分析，設置合理門限，在磁通量趨近飽和的情況下檢測車輛，體現檢測效果。 本發(fā)明與現有技術相比，利用二次高頻采樣原理的同步起振技術，克服模擬振蕩器的互相干擾問題；高采樣頻率數字化后檢測波形接近于原波形，量化后檢測數據量更大，細節(jié)體現更豐富；環(huán)形線圈檢測器采樣周期短，僅0. 25ms,從而加大采樣量，令車型檢測等車輛特征數據采集分析功能得以實現且具有極高準確性；環(huán)形線圈檢測器響應時間短，平均可達0. 75ms，達到全球范圍內同類產品中的最高級別(同類產品一般響應時間是f 40ms)，令車輛測速更精準、圖片抓取定位更精準，環(huán)形線圈檢測器還能任意設置靈敏度，可應用在更多特殊物理環(huán)境中；本發(fā)明可應用于機動車交通違法行為檢測、各等級公路車輛智能監(jiān)測、收費站及各類出入口車輛檢測等多種場合。圖I為本發(fā)明結構框圖；圖2為振蕩器和線圈電原理圖；圖3為CPU部分電原理圖；圖4為串ロ連接器電原理圖；圖5為連續(xù)通過的不同機動車特征數據采集分析圖；圖6為圖5中個別車型特征數據采集分析圖放大圖；下面結合附圖
對本發(fā)明作進ー步闡述，其產品構造及方法是本領域技術人員可以實現的。所謂采樣(sampling)就是采集模擬信號的樣本，將時間上、幅值上都連續(xù)的模擬信號，在采樣脈沖的作用，轉換成時間上離散但幅值上仍連續(xù)的離散模擬信號，又稱為波形的離散化過程。本發(fā)明根據二次高頻采樣原理，克服模擬振蕩器的互相干擾問題，使同步起振技術應用得以實現。在本發(fā)明中如圖I所示，用6個環(huán)形線圈結合6個振蕩器采集車輛經過線圈時產生的信號變化輸入到數字集成電路CPLD，將其轉化為波形信號傳送至中央處理器CPU，CPU的信號輸出端設有繼電器信號輸出電路和兩個串行接ロ模塊SP3223EEY及TTL電平信號輸出電路，將車輛通過線圈感應的狀態(tài)將數據顯示在計算機上便于分析。
環(huán)形線圈與振蕩器組成的電路如圖2所示，采用LC振蕩電路，由電感Lll的一端連接5伏直流電源，電感Lll的另一端連接電阻R92 —端，電阻R92另一端連接電阻R76 —端，電阻R76另一端接地，電阻R76上并聯電容C25，在電感Lll和電阻R92之間抽頭一端分別連接電容C54 —端、電容C53 —端、線圈Tl的3端，在電阻R92與電阻R76之間抽頭連接三極管Ql基板，電容C54另一端分別與振蕩器SWDIP4的I端2端、電容C35的一端、三極管Ql發(fā)射極、電阻R75 —端連接，電阻R75另一端接地，電容C53另一端連接振蕩器的4端，線圈Tl的4端接電容C45 —端、電容C35另一端、三極管Ql集電極，電容C45另一端接振蕩器的3端，在三極管Ql發(fā)射極接有反向的ニ極管D1，ニ極管Dl的正極連接數字集成電路CPLD的信號輸入端，CPLD的八路數據輸出信號接中央處理器CPU信號輸入端，線圈Tl的I端設有電阻RlOO與電容C77并聯電路，并與線圈Tl的2端接線圈的輸出信號線。中央處理器CPU如圖3所示，型號為C8051F340的PO. 6端上設有U2型號為C8051F340/1/45電路，在CPU的PO. 3端上設有集成電路U10，型號為CAT25040。串ロ連接器U8如圖4所示，型號為SP3223EEY的17、8、16、9端上分別設有電阻R212、電阻R213、電阻R214、電阻R218 —端，電阻R212、電阻R213、電阻R214、電阻R218另 一端分別連接雙排插針SI的2、4、6、8端，U8的V+端連接電容C24 —端，電容C24另一端連接電容C2，并抽頭一端接地，電容C2另一端連接U8的V-端，U8的2端、4端、電容C72串聯，U8的5端、6端、電容C73串聯，U8的18端接地，U8的11端為信號輸出端。其采集分析方法，包括6路振蕩器、6路波形放大整形器、I個數據計數采集器CPLD及中央處理器CPU、2個串ロ連接器組成，其特征在于振蕩器采用LC振蕩電路，并預設有錯頻開關，在頻率干擾時起到調節(jié)作用；振蕩電路的輸出端接波形放大整形器LM311的輸入端，LM311采用正電壓，參考電平為模擬地；6路LM311輸出頻率脈沖接入CPLD，CPLD為高速脈沖采樣器件，線圈頻率先轉換為頻率脈沖，進入采樣電路CPLD，通過對頻率脈沖進行ニ次高頻采樣，CPLD內部做成多級計數器，具有16路16位計數的能力，晶振30MHz-40MHz，相對于一般振蕩電路100KHz-200KHz來說，這樣可將原來頻率脈沖變化值的采樣值可放大到原來的幾十甚至幾百倍，最大變化值達到1500-2000，將線圈頻率的微小變化都能最直觀的顯示出來，對車型的車軸、車長、車速檢測，進行特征分析比對，便可識別出車輛型號及車輛參數；CPLD的數據輸出接CPU的8位數據輸入端，CPU采用普通的地址數據復用方式連接CPLD，所有數據的計算和參數的設置包括速度值、各個線圈的門限值，車道的配置參數都由此CPU模塊完成，CPU的車輛數據的輸出接串ロ連接器SP3223EEY的輸入端，串ロ連接器SP3223EEY的輸出端則和電腦相連。該方法的技術參數為采樣頻率40MHz/S ;環(huán)形線圈同步起振檢測周期達0. 25ms ；門限值和各種參數可設定；TTL電平輸出響應時間〈1ms郵232波特率可達115200 ;輸出車輛波形。波形的處理方法為單車道2個線圈原始數據波形輸出，根據波形查看振蕩器基準頻率是否穩(wěn)定、車輛變化值是否達到檢測要求、埋設線圈是否合乎標準，根據波形任意設置每個線圈的有車判斷門限值，做到可視化的無級可調，所述的門限控制原則板載8級靈敏度調節(jié)開關，程序4-256級可調，快速設置靈敏度；根據線圈輸出波形依各種現場需求設置靈敏度，尤其在地形地況復雜處通過數據分析，設置合理門限，在磁通量趨近飽和的情況下檢測車輛，體現檢測效果。
經識別后的車輛信息波形如圖5圖6所示，不同的車型波形不同，可以此作為判斷車型的依據。本發(fā)明可檢測道路流量，車道ニ線圈敷設下，檢測器自動對順行方向的機動車進行計數，通過RS232報文即時輸出有車信息；車輛方向判斷，檢測器通過車輛存在檢測，在本機自動完成ニ線圈有車存在的邏輯判斷，自動識別車輛行進方向，定位信息輸出；提供速度檢測功能，當機動車通過前后兩組線圈時，檢測器分別獲取機動車存在信息，根據ニ組線圈的固定距離計算機動車運動速度；及車型分析車型數據，當機動車駛離后再由檢測器對 完整數據進行分析，由于車檢器采用的是高頻采樣獨特技術，根據機動車底盤構造特性，所采集的頻率幅值差異顯著，MCU采用模式識別快速算法，準確判斷各類車型。
權利要求
1.一種機動車特征數據采集分析器，包括殼體、線路板、線圈、振蕩器、波形放大整流器、高速脈沖采樣電路、數字集成電路CPLD、中央處理器CPU、串ロ連接電路，其特征在于線路板上6個線圈的信號輸出端分別連接6個振蕩器的信號輸入端，6個振蕩器的信號輸出端分別連接數字集成電路CPLD的信號輸入端，CPLD的信號輸出端連接中央處理器CPU的信號輸入端，CPU的信號輸出端設有繼電器信號輸出電路和兩個串行接ロ模塊SP3223EEY及TTL電平信號輸出電路，車輛通過線圈感應的狀態(tài)將數據顯示在計算機上便于分析。
2.如權利要求I所述的ー種機動車特征數據采集分析器，其特征在于振蕩器由電感Lll的一端連接5伏直流電源，電感Lll的另一端連接電阻R92 —端，電阻R92另一端連接電阻R76 —端，電阻R76另一端接地，電阻R76上并聯電容C25，在電感Lll和電阻R92之間抽頭一端分別連接電容C54 —端、電容C53 —端、線圈Tl的3端，在電阻R92與電阻R76之間抽頭連接三極管Ql基板，電容C54另一端分別與振蕩器SWDIP4的I端2端、電容C35的一端、三極管Ql發(fā)射極、電阻R75—端連接，電阻R75另一端接地，電容C53另一端連接振蕩器的4端，線圈Tl的4端接電容C45 —端、電容C35另一端、三極管Ql集電極，電容C45另一端接振蕩器的3端，在三極管Ql發(fā)射極接有反向的ニ極管D1，ニ極管Dl的正極連接數字集成電路CPLD的信號輸入端，CPLD的八路數據輸出信號接中央處理器CPU信號輸入端，線圈Tl的I端設有電阻RlOO與電容C77并聯電路，并與線圈Tl的2端接線圈的輸出信號線。
3.如權利要求I所述的ー種機動車特征數據采集分析器，其特征在于中央處理器CPU型號為C8051F340的PO. 6端上設有U2型號為C8051F340/1/45電路，在CPU的PO. 3端上設有集成電路U10，型號為CAT25040。
4.如權利要求I所述的ー種機動車特征數據采集分析器，其特征在于串ロ連接器U8型號為SP3223EEY的17、8、16、9端上分別設有電阻R212、電阻R213、電阻R214、電阻R218 一端，電阻R212、電阻R213、電阻R214、電阻R218另一端分別連接雙排插針SI的2、4、6、8端，U8的V+端連接電容C24 —端，電容C24另一端連接電容C2，并抽頭一端接地，電容C2另ー端連接U8的V-端，U8的2端、4端、電容C72串聯，U8的5端、6端、電容C73串聯，U8的18端接地，U8的11端為信號輸出端。
5.如權利要求I所述的ー種機動車特征數據采集分析器，其特征在于CPU輸入端設有線圈，數據通過8位數據線傳輸，外擴設有一 SPI接ロ的FLASH芯片，存儲設置的參數，掉電不丟失。
6.如權利要求I所述的ー種機動車特征數據采集分析器，其特征在于串ロ連接器U8采用3. 3v電壓器件，型號為SP3223EEY，與CPU同一電壓，RXD和TXD分別連接CPU的I端和2端，雙排插針SI每ー根插針之間的距離為2. 54_，與板卡連接時直接引線即可。
7.一種機動車特征數據采集分析器的采集分析方法，包括6路振蕩器、6路波形放大整形器、I個數據計數采集器CPLD及中央處理器CPU、2個串ロ連接器組成，其特征在于振蕩器采用LC振蕩電路，并預設有錯頻開關，在頻率干擾時起到調節(jié)作用；振蕩電路的輸出端接波形放大整形器LM311的輸入端，LM311采用正電壓，參考電平為模擬地；6路LM311輸出頻率脈沖接入CPLD，CPLD為高速脈沖采樣器件，線圈頻率先轉換為頻率脈沖，進入采樣電路CPLD，通過對頻率脈沖進行二次高頻采樣，CPLD內部做成多級計數器，具有16路16位計數的能力，晶振30MHz-40MHz，相對于一般振蕩電路100KHz-200KHz來說，這樣可將原來頻率脈沖變化值的采樣值可放大到原來的幾十甚至幾百倍，最大變化值達到1500-2000，將線圈頻率的微小變化都能最直觀的顯示出來，對車型的車軸、車長、車速檢測，進行特征分析比對，便可識別出車輛型號及車輛參數；CPLD的數據輸出接CPU的8位數據輸入端，CPU采用普通的地址數據復用方式連接CPLD，所有數據的計算和參數的設置包括速度值、各個線圈的門限值，車道的配置參數都由此CPU模塊完成，CPU的車輛數據的輸出接串ロ連接器SP3223EEY的輸入端，串ロ連接器SP3223EEY的輸出端則和電腦相連。
8.如權利要求7所述的ー種機動車特征數據采集分析器的采集分析方法，其特征在于振蕩器采用LC振蕩電路，線圈接入后產生自激振蕩，車輛通過線圈時引起線圈磁通量變化，導致振蕩器頻率變化，中間撥碼開關調節(jié)頻率；數字集成電路CPLD高速脈沖采樣，線圈頻率先轉換為頻率脈沖，進入數字集成電路CPLD，通過對頻率脈沖進行二次高頻采樣，振蕩器原始頻率在50KHz到300KHz，車輛經過線圈時頻率可能只有0. 2KHz到IKHz的變化，頻率脈沖在I毫秒間隔采樣時的頻率變化數值只有5-20個，CPLD內部做了兩級計數器，利用CPLD高頻進行采樣，采樣頻率在30MHz到40MHz，將原來頻率脈沖變化值的采樣值最大放大到原來的300倍，最大變化值達到1500-2000，將線圈頻率的微小變化都能最直觀的顯示出來，對車型的車軸、車長、車速檢測進行特征分析比對，識別車輛型號及車輛參數。
9.如權利要求7所述的ー種機動車特征數據采集分析器的采集分析方法，其特征在于該方法的技術參數為采樣頻率可達40MHz/S ;環(huán)形線圈同步起振檢測周期達0. 25ms ;門限值和各種參數可設定；TTL電平輸出響應時間〈1ms ;1 232波特率可達115200 ;輸出車輛波形。
10.如權利要求4所述的ー種機動車特征數據采集分析器的采集分析方法，其特征在于波形的處理方法為單車道2個線圈原始數據波形輸出，根據波形查看振蕩器基準頻率是否穩(wěn)定、車輛變化值是否達到檢測要求、埋設線圈是否合乎標準，根據波形任意設置每個線圈的有車判斷門限值，做到可視化的無級可調，所述的門限控制原則板載8級靈敏度調節(jié)開關，程序4-256級可調，快速設置靈敏度；根據線圈輸出波形依各種現場需求設置靈敏度，尤其在地形地況復雜處通過數據分析，設置合理門限，在磁通量趨近飽和的情況下檢測車輛，體現檢測效果。
全文摘要
本發(fā)明涉及智能交通車輛環(huán)形線圈檢測技術領域，具體的說是一種用于機動車輛各類特征數據采集、統(tǒng)計與分析的儀器及方法，線路板上線圈的信號輸出端分別連接振蕩器的信號輸入端，振蕩器的信號輸出端分別連接數字集成電路CPLD的信號輸入端，CPLD的信號輸出端連接中央處理器CPU的信號輸入端，CPU的信號輸出端設有繼電器信號輸出電路和兩個串行接口模塊SP3223EEY及TTL電平信號輸出電路，車輛通過線圈感應的狀態(tài)將數據顯示在計算機上便于分析。本發(fā)明無干擾，高采樣頻率，采樣量大，令車型檢測準確，檢測器響應時間短，令車輛測速更精準，本發(fā)明可應用于機動車交通違法行為檢測、各等級公路車輛智能監(jiān)測、收費站及各類出入口車輛檢測等多種場合。
文檔編號G08G1/042GK102779413SQ20121025634
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月23日 優(yōu)先權日2012年7月23日
發(fā)明者潘世敏, 王瑩, 薛永斌 申請人:上海漢世智能交通科技發(fā)展有限公司