專利名稱：一種具有低功耗無線通訊與太陽能采集機(jī)制的車輛檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種智能交通領(lǐng)域中的車輛檢測器，特別涉及一種具有低功耗無線通訊與太陽能采集機(jī)制的車輛檢測器。
背景技術(shù)：
車輛檢測器在智能交通系統(tǒng)(簡稱ITS)中，主要用于檢測車輛并提供車輛存在與否，甚或方向、速度等關(guān)鍵性輸入信息，是ITS感知層的核心功能部件。隨著ITS得到越來越廣泛的重視與開發(fā)建設(shè)，目前的車輛檢測器在實際使用中存在以下幾個問題有待克服1、產(chǎn)品安裝一般需要鋪管布線和破壞路面，土建施工量大，降低道路耐用性的同時也加重了保養(yǎng)負(fù)擔(dān)；2、車輛檢測器大多采用外部供電，少數(shù)采用內(nèi)部電池供電的無線產(chǎn)品使用兩年左右即須更換電池，后期維護(hù)量不容輕視，這當(dāng)中也有結(jié)合太陽能補(bǔ)充電能的方案，但其吸收轉(zhuǎn)換效率不高，小能量流失浪費(fèi)情況嚴(yán)重；3、現(xiàn)有的無線車輛檢測器在單片機(jī)運(yùn)算資源極為有限的情況下，難以同時獲得高準(zhǔn)確性的傳感器信號分析、高可靠性的無線通訊協(xié)議處理、低能量消耗三方面的最佳效果。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題，在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)方案的不足之處而提出一種采用各向異性磁阻式(Anisotropic Magnetoresistive,簡稱AMR)傳感器檢測車輛,具有節(jié)能環(huán)保、安裝維護(hù)簡便、檢測與通訊穩(wěn)定可靠的車輛檢測器。本實用新型解決所述的技術(shù)問題可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)設(shè)計、使用一種具有低功耗無線通訊與太陽能采集機(jī)制的車輛檢測器，所述車輛檢測器包括光伏能量采集與供電單元、AMR傳感器芯片模塊、ARM無線SOC處理器及其收發(fā)天線。光伏能量采集與供電單元的電源輸出與AMR傳感器芯片模塊及ARM無線SOC處理器的電源輸入端有線連接，AMR傳感器芯片模塊的信號端與ARM無線SOC處理器的信號端有線連接，ARM無線SOC處理器的天線端與收發(fā)天線有線連接。所述光伏能量采集與供電單元，包括太陽能電池板、能量采集芯片、內(nèi)置后備電池、放電控制電路、儲能器件與穩(wěn)壓器。所述太陽能電池板的正極連接所述能量采集芯片的輸入端，所述能量采集芯片的輸出端連接所述儲能器件的正極以及所述穩(wěn)壓器的輸入端，所述內(nèi)置后備電池的正極連接所述放電控制電路的輸入端，所述放電控制電路的輸出端連接儲能器件的正極和所述穩(wěn)壓器的輸入端，所述穩(wěn)壓器的輸出端即為電源輸出。所述光伏能量采集與供電單元主要作用為通過采集太陽能補(bǔ)充儲能器件電能以供日常工作所需，當(dāng)檢測發(fā)現(xiàn)儲能器件儲能不足時，通過放電控制電路把內(nèi)置后備電池的電能補(bǔ)充至儲能器件，而儲能器件所儲存的電能通過穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后作為電源輸出。更進(jìn)一步地，所述太陽能電池板，包括單晶硅、多晶硅或非晶硅太陽能電池板；所述能量采集芯片，具有低至微瓦級光伏電能的采集能力以及低功耗特性；所述儲能器件，包括超級電容、復(fù)合電容、可充電鋰電池或薄膜電池；所述內(nèi)置后備電池，是具有耐高溫、低自放電特性的、不可充電的一次性電池。更進(jìn)一步地，上述能量采集芯片，可以是TI公司的BQ25504、LINEAR公司的LTC3105、或 MAXM 公司的 MAX17710。所述AMR傳感器芯片模塊,是一種米用AMR各向異性磁阻技術(shù),具有在軸向上的高靈敏度與線性高精度特性以準(zhǔn)確測量地球磁場方向與磁力的傳感器芯片或傳感器模塊。更進(jìn)一步地，上述AMR傳感器芯片模塊，為霍尼維爾(Honeywell)公司的HMC5883L、HMC1022或HMC1052L各向異性磁阻式傳感器芯片模塊。所述ARM無線SOC處理器，是一種結(jié)合ARM高性能內(nèi)核及高速無線通訊部件的SOC 一體化低功耗處理器，通訊頻段包括ISM 2. 4GHz頻段或ISM 433MHz頻段，通訊協(xié)議具有抗干擾機(jī)制，滿足安全穩(wěn)定無線通訊的要求，通訊協(xié)議可以是BLE低功耗藍(lán)牙、ANT或ZigBee0更進(jìn)一步地，上述ARM無線SOC處理器，為Nordic公司的nRF51系列單芯片多協(xié)議32位ARM Cortex MO及2. 4GHz無線SOC —體化低功耗處理器。同現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實用新型一種具有低功耗無線通訊與太陽能采集機(jī)制的車輛檢測器，具有如下技術(shù)效果1、采用體積小巧靈敏度高的AMR傳感器芯片模塊檢測車輛，只需鉆幾個安裝孔把產(chǎn)品固定好即可使用，減少了大面積切割路面所產(chǎn)生的諸多問題，道路更堅固耐用；2、具備低至微瓦級弱小能量的采集能力與轉(zhuǎn)存機(jī)制，最大程度上延長了電池更換周期，使產(chǎn)品能長時間穩(wěn)定可靠工作；3、使用資源充沛、運(yùn)算速度快的低功耗ARM處理器作AMR信號分析處理，結(jié)合高速抗干擾無線通訊協(xié)議處理機(jī)制，產(chǎn)品適用面廣、環(huán)境適應(yīng)能力更強(qiáng)。

圖1是本實用新型車輛檢測器結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖2是本實用新型車輛檢測器中的光伏能量采集與供電單元結(jié)構(gòu)原理示意圖。
具體實施方式
如圖1，本實用新型一種具有低功耗無線通訊與太陽能采集機(jī)制的車輛檢測器，所述車輛檢測器，包括光伏能量采集與供電單元3、AMR傳感器芯片模塊1、ARM無線SOC處理器2及其收發(fā)天線21。光伏能量采集與供電單元3的電源輸出與AMR傳感器芯片模塊I及ARM無線SOC處理器2的電源輸入端有線連接，AMR傳感器芯片模塊I的信號端與ARM無線SOC處理器2的信號端有線連接，ARM無線SOC處理器2的天線端與收發(fā)天線21有線連接。如圖2，所述光伏能量采集與供電單元3，包括太陽能電池板31、能量采集芯片
32、內(nèi)置后備電池33、放電控制電路34、儲能器件35與穩(wěn)壓器36。所述太陽能電池板31的正極連接所述能量采集芯片32的輸入端，所述能量采集芯片32的輸出端連接所述儲能器件35的正極以及所述穩(wěn)壓器36的輸入端，所述內(nèi)置后備電池33的正極連接所述放電控制電路34的輸入端，所述放電控制電路34的輸出端連接儲能器件35的正極和所述穩(wěn)壓器36的輸入端，所述穩(wěn)壓器36的輸出端即為電源輸出。所述光伏能量采集與供電單元3主要作用為通過采集太陽能補(bǔ)充儲能器件35電能以供日常工作所需，當(dāng)檢測發(fā)現(xiàn)儲能器件35儲能不足時，通過放電控制電路34把內(nèi)置后備電池33的電能補(bǔ)充至儲能器件35，而儲能器件35所儲存的電能通過穩(wěn)壓器36穩(wěn)壓后作為電源輸出。所述太陽能電池板31，包括單晶硅、多晶硅或非晶硅太陽能電池板，由于多晶硅性價比高，作為最優(yōu)，使用多晶硅太陽能電池板。所述能量采集芯片32，具有低至微瓦級光伏電能的采集能力以及低功耗特性，可以是TI公司的BQ25504、LINEAR公司的LTC3105、或MAXM公司的MAX17710。作為最優(yōu)，選擇具有MPPT最大功率點跟蹤功能、太陽能采集效率較高的TI公司的BQ25504芯片。所述內(nèi)置后備電池33，是具有耐高溫、低自放電特性的、不可充電的一次性電池，可以是鋰/亞硫酰氯電池或鋰/二氧化錳電池，作為最優(yōu)，使用溫度特性最好的鋰/亞硫酰氯電池。所述儲能器件35，包括超級電容、復(fù)合電容、可充電鋰電池或薄膜電池，作為最優(yōu)，使用性價比最高的超級電容作為儲能器件。所述AMR傳感器芯片模塊1，是一種米用AMR各向異性磁阻技術(shù),具有在軸向上的高靈敏度與線性高精度特性以準(zhǔn)確測量地球磁場方向與磁力的傳感器芯片或傳感器模塊，作為最優(yōu)，采用霍尼維爾(Honeywell)公司的AMR各向異性磁阻式傳感器芯片模塊，可以是HMC5883L、HMC1022或HMC1052L傳感器芯片模塊，此例中進(jìn)一步優(yōu)選集成化程度最高的HMC5883L AMR傳感器芯片。所述ARM無線SOC處理器2，是一種結(jié)合ARM高性能內(nèi)核及高速無線通訊部件的SOC —體化低功耗處理器，通訊頻段包括ISM 2. 4GHz頻段或ISM 433MHz頻段，通訊協(xié)議具有抗干擾機(jī)制，滿足安全穩(wěn)定無線通訊的要求，通訊協(xié)議可以是BLE低功耗藍(lán)牙、ANT或ZigBee。作為最優(yōu)，采用Nordic公司的nRF51系列單芯片多協(xié)議32位ARM CortexMO及2. 4GHz無線SOC —體化低功耗處理器，此例進(jìn)一步優(yōu)選可搭載BLE低功耗藍(lán)牙的nRF51822，該處理器在運(yùn)算速度、RAM與Flash空間等方面數(shù)倍于現(xiàn)有車檢器單片機(jī)，而靜態(tài)及峰值功耗卻與之相差無幾甚至更低，這些充沛資源是進(jìn)行高強(qiáng)度信號分析與無線通訊算法處理的重要基礎(chǔ)。本實施例中的霍尼韋爾HMC5883L磁阻傳感器是一種體積小巧靈敏度高的三軸傳感器，通過施加供電電源，傳感器可以將量測軸方向上的任何入射磁場轉(zhuǎn)變成一種差分電壓輸出，隨著磁場在感應(yīng)方向上不斷增強(qiáng)，電壓也會正向增長。任何磁場擾動都能產(chǎn)生這種高精度的變化信號，ARM無線SOC處理器2正是基于這些變化信號來進(jìn)行車輛特征分析與識別判定的。本例具體工作過程為首先是設(shè)定ARM無線SOC處理器2的通訊頻點及相關(guān)工作參數(shù)，使之與收集車輛檢測數(shù)據(jù)的路側(cè)設(shè)備或上位機(jī)能夠通訊匹配對接、互通互聯(lián)。設(shè)備上電后，通過ARM無線SOC處理器2的I2C信號線對AMR傳感器芯片模塊I進(jìn)行相關(guān)初始化設(shè)定，AMR傳感器芯片模塊I按照所設(shè)定的操作模式，把采集到的數(shù)據(jù)通過I2C信號線傳送到ARM無線SOC處理器2做信號分析與處理，ARM無線SOC處理器2再把分析處理結(jié)果以無線方式送到路側(cè)設(shè)備或上位機(jī)。本實用新型車輛檢測器，在上電工作過程中，光伏能量采集與供電單元3承擔(dān)著能量采集、能量轉(zhuǎn)存、放電控制、穩(wěn)壓供電的作用。同時，能量采集芯片32或放電控制電路34具備實時監(jiān)測儲能器件35正極電壓變化的機(jī)制，所以在通常情況下，完全可以利用太陽能作為主要供電，一旦發(fā)現(xiàn)儲能不足，立即通過放電控制電路34使用內(nèi)置后備電池33供電，直到判定儲能充足后，放電控制電路34才關(guān)閉停止內(nèi)置后備電池33向儲能器件35供電，該管理機(jī)制保證了產(chǎn)品能夠長時間不間斷可靠運(yùn)行。
權(quán)利要求1.一種具有低功耗無線通訊與太陽能采集機(jī)制的車輛檢測器，其特征在于，包括光伏能量采集與供電單元、AMR傳感器芯片模塊、ARM無線SOC處理器及其收發(fā)天線；光伏能量采集與供電單元的電源輸出與AMR傳感器芯片模塊及ARM無線SOC處理器的電源輸入端有線連接，AMR傳感器芯片模塊的信號端與ARM無線SOC處理器的信號端有線連接，ARM無線SOC處理器的天線端與收發(fā)天線有線連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種具有低功耗無線通訊與太陽能采集機(jī)制的車輛檢測器， 其特征在于所述光伏能量采集與供電單元，包括太陽能電池板、能量采集芯片、內(nèi)置后備電池、放電控制電路、儲能器件與穩(wěn)壓器；所述太陽能電池板的正極連接所述能量采集芯片的輸入端，所述能量采集芯片的輸出端連接所述儲能器件的正極以及所述穩(wěn)壓器的輸入端，所述內(nèi)置后備電池的正極連接所述放電控制電路的輸入端，所述放電控制電路的輸出端連接儲能器件的正極和所述穩(wěn)壓器的輸入端，所述穩(wěn)壓器的輸出端即為電源輸出；所述光伏能量采集與供電單元主要作用為通過采集太陽能補(bǔ)充儲能器件電能以供日常工作所需，當(dāng)檢測發(fā)現(xiàn)儲能器件儲能不足時，通過放電控制電路把內(nèi)置后備電池的電能補(bǔ)充至儲能器件，而儲能器件所儲存的電能通過穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后作為電源輸出。
3.如權(quán)利要求2所述的一種具有低功耗無線通訊與太陽能采集機(jī)制的車輛檢測器，其特征在于所述太陽能電池板為單晶硅、多晶硅或非晶硅太陽能電池板；所述能量采集芯片，具有低至微瓦級光伏電能的采集能力以及低功耗特性；所述儲能器件為超級電容、復(fù)合電容、可充電鋰電池或薄膜電池；所述內(nèi)置后備電池，是具有耐高溫、低自放電特性的、不可充電的一次性電池。
4.如權(quán)利要求3所述的一種具有低功耗無線通訊與太陽能采集機(jī)制的車輛檢測器，其特征在于所述能量采集芯片為TI公司的BQ25504、LINEAR公司的LTC3105或MAXM公司的 MAX17710。
5.如權(quán)利要求1至4之任一項所述的一種具有低功耗無線通訊與太陽能采集機(jī)制的車輛檢測器，其特征在于所述AMR傳感器芯片模塊，是一種采用AMR各向異性磁阻技術(shù)，具有在軸向上的高靈敏度與線性高精度特性以準(zhǔn)確測量地球磁場方向與磁力的傳感器芯片或傳感器模塊。
6.如權(quán)利要求5所述的一種具有低功耗無線通訊與太陽能采集機(jī)制的車輛檢測器，其特征在于所述AMR傳感器芯片模塊，為霍尼維爾(Honeywell)公司的HMC5883L、HMC1022 或HMC1052L各向異性磁阻式傳感器芯片模塊。
7.如權(quán)利要求1至4之任一項所述的一種具有低功耗無線通訊與太陽能采集機(jī)制的車輛檢測器，其特征在于所述ARM無線SOC處理器，是一種結(jié)合ARM高性能內(nèi)核及高速無線通訊部件的SOC —體化低功耗處理器，通訊頻段包括ISM 2. 4GHz頻段或ISM 433MHz 頻段，通訊協(xié)議具有抗干擾機(jī)制，滿足安全穩(wěn)定無線通訊的要求，通訊協(xié)議為BLE低功耗藍(lán)牙、ANT 或 ZigBee。
8.如權(quán)利要求7所述的一種具有低功耗無線通訊與太陽能采集機(jī)制的車輛檢測器，其特征在于所述ARM無線SOC處理器，為Nordic公司的nRF51系列單芯片多協(xié)議32位ARM Cortex MO及2. 4GHz無線SOC —體化低功耗處理器。
專利摘要本實用新型公開了一種具有低功耗無線通訊與太陽能采集機(jī)制的車輛檢測器，包括光伏能量采集與供電單元、AMR傳感器芯片模塊、ARM無線SOC處理器及其收發(fā)天線。光伏能量采集與供電單元的電源輸出與AMR傳感器芯片模塊及ARM無線SOC處理器的電源輸入端有線連接，AMR傳感器芯片模塊的信號端與ARM無線SOC處理器的信號端有線連接，ARM無線SOC處理器的天線端與收發(fā)天線有線連接。本技術(shù)方案使用高靈敏AMR傳感器芯片模塊檢測車輛，具備低功耗、抗干擾無線通訊協(xié)議處理機(jī)制與微瓦級太陽能采集機(jī)制，大幅延長了電池更換周期，安裝方便、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。產(chǎn)品適用于各種智能交通應(yīng)用，如ETC系統(tǒng)、智能咪表、車位管理等。
文檔編號G08G1/042GK202887453SQ201220578700
公開日2013年4月17日 申請日期2012年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月5日
發(fā)明者陳秋和, 李木旺, 郭如亮 申請人:深圳市迅朗科技有限公司