一種無線車輛檢測裝置及其檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種無線車輛檢測裝置。磁阻傳感器X軸的輸出通過信號調(diào)理和放大電路后，送到MCU的AD端口進行實時采集。采集到的信號通過MCU內(nèi)部算法處理可計算出檢測儀上方有無車輛的狀態(tài)。磁阻傳感器具有體積小，靈敏度高，成本低，功耗低，穩(wěn)定可靠的優(yōu)點。
【專利說明】一種無線車輛檢測裝置及其檢測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無線車輛檢測裝置及其檢測方法，特別是涉及一種適用于地磁檢測原理和無線通信的無線車輛檢測裝置及其檢測方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前車輛檢測儀有如下幾種方式:
線圈車輛檢測儀，設(shè)備成本較低且具有較高的車輛捕獲率。線圈的施工成本很高，壽命只有半年左右維護費用高昂，且采用有線傳輸方式需要架設(shè)線纜。
[0003]攝像車輛檢測儀，應(yīng)用成熟但是相對成本較高，檢測容易受到天氣等環(huán)境因素影響。
[0004]雷達檢測儀，多用于車輛速度檢測，但雷達對低速或靜止的車輛無法有效檢測。
[0005]車輛本身含有的鐵磁物質(zhì)會對車輛存在區(qū)域的地磁信號產(chǎn)生影響，使車輛存在區(qū)域的地球磁力線發(fā)生彎曲。當(dāng)車輛經(jīng)過傳感器附近，傳感器能夠靈敏感知到信號的變化，經(jīng)信號分析就可以得到檢測目標(biāo)的相關(guān)信息。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種實用范圍廣，維護費用低的無線車輛檢測裝置及其檢測方法
本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:一種無線車輛檢測裝置，其特征在于:包括依次相連的地磁檢測單元、信號調(diào)理電路、主控制器和無線收發(fā)芯片。
[0007]作為優(yōu)選，還包括與主控制器相連的供電單元，所述供電單元又通過開關(guān)管分別與地磁檢測單元和信號調(diào)理電路相連。
[0008]作為優(yōu)選，所述地磁檢測單元包括磁阻傳感器及與其相連的復(fù)位電路。
[0009]作為優(yōu)選，所述供電單元通過穩(wěn)壓芯片為磁阻傳感器供電。
[0010]作為優(yōu)選，所述信號調(diào)理電路包括依次相連的第一級放大電路和第二級放大電路；第一級放大電路的正極分別與穩(wěn)壓芯片和地相連，負極與第二級放大電路正極相連；第二級放大電路的正負極與磁阻傳感器的電橋相連。
[0011]作為優(yōu)選，所述無線收發(fā)芯片為Zigbee收發(fā)芯片。
[0012]作為優(yōu)選，還包括中繼器和接入器，每條道路對應(yīng)一個中繼器，每個路口配備一個接入器。
[0013]基于上述無線車輛檢測裝置的檢測方法，其特征在于:車輛檢測算法基于狀態(tài)機原理進行檢測計算；具體方法步驟為:步驟一，對采集的模擬信號AD轉(zhuǎn)換處理為二進制信號，判斷二進制信號是否為1，是則表示可能有車通過，否則進入步驟三；步驟二，對I進行計數(shù)，在計數(shù)過程中，在二進制為I的設(shè)定計數(shù)閾值范圍內(nèi)，判斷二進制信號是否為0，是則進入步驟三，否則表示有車通過；步驟三，對O進行計數(shù)，在二進制為O的設(shè)定計數(shù)閾值范圍內(nèi)，判斷二進制信號是否為I，是則進入步驟二，否則表示無車通過。
[0014]作為優(yōu)選，所述方法還包括，主控制器周期性的處于工作模式和休眠模式。
[0015]作為優(yōu)選，所述方法還包括，主控制器控制開關(guān)管的開關(guān)，當(dāng)不需要采集是關(guān)斷開關(guān)管。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明實用范圍廣、維護費用低，不易受環(huán)境影響，適用于對多重車輛的檢測。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明其中一實施例的裝置原理示意圖。
[0018]圖2為圖1所示實施例中磁場檢測部分放電電路原理示意圖。
[0019]圖3為圖1所示實施例中磁阻傳感器復(fù)位電路原理示意圖。
[0020]圖4為圖1所示實施例中檢測部分供電電路原理示意圖。
[0021]圖5為圖1所示實施例中網(wǎng)絡(luò)拓撲示意圖。
[0022]圖6為本發(fā)明其中一實施例的檢測方法的算法示意圖。

【具體實施方式】
[0023]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0024]本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或者具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
[0025]一種無線車輛檢測裝置，包括依次相連的地磁檢測單元、信號調(diào)理電路、主控制器和無線收發(fā)芯片。
[0026]還包括與主控制器相連的供電單元，所述供電單元又通過開關(guān)管分別與地磁檢測單元和信號調(diào)理電路相連。
所述地磁檢測單元包括磁阻傳感器及與其相連的復(fù)位電路。
[0027]如圖1所示，在本具體實施例中，地磁檢測由磁阻傳感器完成，磁阻傳感器核心是一個全橋電路，激勵源來自板載供電，當(dāng)磁阻傳感器對應(yīng)軸線方向的磁場發(fā)生變化后，電橋另兩端輸出毫伏級信號。主控制器主要包括MCU，MCU負責(zé)信號的采集、算法執(zhí)行和電路控制。磁阻傳感器X軸的輸出的毫伏級信號通過信號調(diào)理和放大電路后，送到MCU的AD端口進行實時采集。采集到的信號通過MCU內(nèi)部算法處理可計算出檢測儀上方有無車輛的狀態(tài)。磁阻傳感器具有體積小，靈敏度高，成本低，功耗低，穩(wěn)定可靠的優(yōu)點，使用它檢測車輛信息不需要大面積破壞路面，施工和維護成本低，天氣溫度等因素對其影響小，環(huán)境適用性好，同時功耗低使其可以使用電池供電，即使電網(wǎng)停電也可以正常工作。
[0028]磁阻傳感器輸出毫伏級信號需要進行調(diào)理和放大；磁阻傳感器受到強磁場干擾后會存在磁化現(xiàn)象，表現(xiàn)為磁阻傳感器靈敏度急劇下降，遲滯。本具體實施例中，采用復(fù)位電路產(chǎn)生脈沖電流使磁阻傳感器復(fù)位，恢復(fù)檢測靈敏度。
[0029]復(fù)位電路如圖3所示，磁阻傳感器受到大于1(Γ20高斯磁場干擾磁場的影響，磁阻傳感器可能出現(xiàn)磁化現(xiàn)象，表現(xiàn)為靈敏度下降，輸出遲滯。電路給磁阻傳感器置/復(fù)位端S/R+和S/R-端提供時間常數(shù)為2um的脈沖電流，電流強大于0.5A-4A的電流。Ctrl_SRO+和Ctrl_SRO-為單片機控制引腳，執(zhí)行復(fù)位操作時控制引腳由10，01，10切換。成對的N管、P管Q3，Q4控制電路導(dǎo)通對電容C1、C14執(zhí)行充電放電過程形成脈沖電流，時間常數(shù)由電容值和回路電阻值決定。
[0030]所述供電單元通過穩(wěn)壓芯片為磁阻傳感器供電。MCU控制穩(wěn)壓芯片的開關(guān)，周期性為磁阻傳感器供電，以降低工作的平均功耗，減小由于供電波動造成的檢測精度下降。
[0031]如圖2所示，所述信號調(diào)理電路包括依次相連的第一級放大電路和第二級放大電路；第一級放大電路的正極分別與穩(wěn)壓芯片和地相連，負極與第二級放大電路正極相連；第二級放大電路的正負極與磁阻傳感器的電橋相連。
[0032]來自穩(wěn)壓芯片的輸出V_BRG1，通過分壓后由運放U5B產(chǎn)生一個參考電壓，該電壓直接提供給磁阻傳感器輸出的一對浮地信號作參考。U5A對信號進行放大輸出。
[0033]所述無線收發(fā)芯片為Zigbee收發(fā)芯片。在本具體實施例中，采用Zigbee協(xié)議實現(xiàn)車輛檢測儀與后臺數(shù)據(jù)無線交互。MCU通過串口與Zigbee收發(fā)芯片實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，將檢測信息上報或下發(fā)參數(shù)設(shè)置。
[0034]還包括中繼器和接入器，每條道路對應(yīng)一個中繼器，每個路口配備一個接入器。
[0035]在本具體實施例中，車輛檢測裝置與其配合的中繼器和接入器通過Zigbee網(wǎng)絡(luò)進行無線通信，其拓撲結(jié)構(gòu)如圖5所示。在Zigbee網(wǎng)絡(luò)拓撲中，車輛檢測裝置屬于終端節(jié)點，中繼器屬于中間節(jié)點，接入器屬于網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。原則上在通信良好的情況下一個路口配備一個接入器，負責(zé)Zigbee協(xié)議與其它網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的轉(zhuǎn)換，負責(zé)與路口所有中繼器數(shù)據(jù)交互；路口中所含的每一條路對應(yīng)一個中繼器，中繼器負責(zé)與其所管轄的一組檢測裝置通信。
[0036]基于上述無線車輛檢測裝置的檢測方法，其特征在于:車輛檢測算法基于狀態(tài)機原理進行檢測計算；具體方法步驟為:步驟一，對采集的模擬信號AD轉(zhuǎn)換處理為二進制信號，判斷二進制信號是否為1，是則表示可能有車通過，否則進入步驟三；步驟二，對I進行計數(shù)，在計數(shù)過程中，在二進制為I的設(shè)定計數(shù)閾值范圍內(nèi)，判斷二進制信號是否為0，是則進入步驟三，否則表示有車通過；步驟三，對O進行計數(shù)，在二進制為O的設(shè)定計數(shù)閾值范圍內(nèi)，判斷二進制信號是否為I，是則進入步驟二，否則表示無車通過。
[0037]在本具體實施例中，采用狀態(tài)機檢測方法，將采集的地磁信號與固定閾值比較。由于地磁檢測的應(yīng)用環(huán)境較為復(fù)雜，容易受到多種因素的干擾，檢測的時間序列存在個別的斷電和異常值，從而引起車輛的誤檢和虛警。采用的狀態(tài)機檢測法可設(shè)定中間狀態(tài)的方法來消除相鄰車道或者其它噪聲的干擾，增強了算法的魯棒性。不僅判斷車輛何時進入檢測區(qū)，還增加了判斷車輛離開檢測器的中間狀態(tài)，能夠更好地從時間序列。
[0038]在本具體實施例中，狀態(tài)機包括5個狀態(tài):nocar (無車)、car (有車)、countl、countO和countOO,輸入為u (k),其中間狀態(tài)為count0、count00,輸出為car (有車)、nocar(無車)，如圖6所示。
[0039]首先對采集的模擬信號f(k)進行處理，轉(zhuǎn)換為二進制信號u (k)作為狀態(tài)機輸入，設(shè)置閾值T(k),當(dāng)f(k) > T (k)時，u(k)=l,否貝丨J u(k)=0。狀態(tài)機中的countl、countO和countOO狀態(tài)都設(shè)置了一個計數(shù)器，并設(shè)定閾值Ns、Ms,每當(dāng)發(fā)生狀態(tài)轉(zhuǎn)換時該計數(shù)器的值均置為O。
[0040]工作過程為: 起始狀態(tài)為nocar,若u (k)為O時保持在該狀態(tài),若u (k)為I時,進入countl ；
進入countl后,若u(k)為O,跳至countO,否則對連續(xù)出現(xiàn)的I序列進行計數(shù)，當(dāng)u(k)為I且計數(shù)值大于或等于Ns，則進入car ；
進入countO后，對連續(xù)出現(xiàn)的O序列進行計數(shù)，當(dāng)u(k)為O且計數(shù)值大于或等于Ms時，貝1J進入nocar,否則返回到countl ；
進入car后,若u (k)為I,則保持該狀態(tài),否則進入countOO ；
進入countOO后，若u (k)為I且計數(shù)值小于Ms，則返回到car，若u (k)為0，對后面連續(xù)的O序列計數(shù),當(dāng)u (k)為O且計數(shù)值大于等于Ms,進入nocar。輸出car代表有車,nocar代表無車。
[0041]在本具體實施例中，主控制器周期性的處于工作模式和休眠模式。采用休眠-工作交替的工作模式，實現(xiàn)檢測裝置超低平均功耗?？臻e模式下的節(jié)點大部分時間處于休眠狀態(tài)，只是周期性的喚醒檢查有無來自服務(wù)器的控制命令，以更好地節(jié)約能耗；工作模式下檢測裝置節(jié)點按配置的采樣率進行數(shù)據(jù)采集發(fā)送，周期性轉(zhuǎn)入休眠并自動喚醒。為了實現(xiàn)超低功耗采用MCU控制磁阻傳感器和調(diào)理電路供電，MCU在工作模式狀態(tài)下提供一小段窗口期打開供電開關(guān)管，磁阻傳感器和調(diào)理電路工作，MCU采集信號。
[0042]在本具體實施例中，主控制器控制開關(guān)管的開關(guān)，當(dāng)不需要采集是關(guān)斷開關(guān)管。如圖4所示，電池U2為磁阻傳感器和運放參考電壓提供3.3V穩(wěn)壓輸出。Q9作為開關(guān)受控于MCU,當(dāng)不需要采集的時候MCU關(guān)斷Q9節(jié)約功耗。
【權(quán)利要求】
1.一種無線車輛檢測裝置，其特征在于:包括依次相連的地磁檢測單元、信號調(diào)理電路、主控制器和無線收發(fā)芯片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線車輛檢測裝置，其特征在于:還包括與主控制器相連的供電單元，所述供電單元又通過開關(guān)管分別與地磁檢測單元和信號調(diào)理電路相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線車輛檢測裝置，其特征在于:所述地磁檢測單元包括磁阻傳感器及與其相連的復(fù)位電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線車輛檢測裝置，其特征在于:所述供電單元通過穩(wěn)壓芯片為磁阻傳感器供電。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無線車輛檢測裝置，其特征在于:所述信號調(diào)理電路包括依次相連的第一級放大電路和第二級放大電路；第一級放大電路的正極分別與穩(wěn)壓芯片和地相連，負極與第二級放大電路的正極相連；第二級放大電路的正負極與磁阻傳感器的電橋相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線車輛檢測裝置，其特征在于:所述無線收發(fā)芯片為Zigbee收發(fā)芯片。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無線車輛檢測裝置，其特征在于:還包括中繼器和接入器，每條道路對應(yīng)一個中繼器，每個路口配備一個接入器。
8.基于權(quán)利要求1所述的無線車輛檢測裝置的檢測方法，其特征在于:車輛檢測算法基于狀態(tài)機原理進行檢測計算；具體方法步驟為:步驟一，對采集的模擬信號AD轉(zhuǎn)換處理為二進制信號，判斷二進制信號是否為1，是則表示可能有車通過，否則進入步驟三；步驟二，對I進行計數(shù)，在計數(shù)過程中，在二進制為I的設(shè)定計數(shù)閾值范圍內(nèi)，判斷二進制信號是否為O，是則進入步驟三，否則表示有車通過；步驟三，對O進行計數(shù)，在二進制為O的設(shè)定計數(shù)閾值范圍內(nèi)，判斷二進制信號是否為I，是則進入步驟二，否則表示無車通過。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的無線車輛檢測方法，其特征在于:所述方法還包括，主控制器周期性的處于工作模式和休眠模式。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的無線車輛檢測方法，其特征在于:所述方法還包括，主控制器控制開關(guān)管的開關(guān)，當(dāng)不需要采集是關(guān)斷開關(guān)管。
【文檔編號】G08G1/01GK104332056SQ201410315020
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月4日
【發(fā)明者】齊永龍, 梁晨 申請人:成都天奧測控技術(shù)有限公司