一种基于加速度传感器和光敏元件的车辆检测装置制造方法
【专利摘要】本发明公开一种基于加速度传感器单元和光敏元件单元的车辆检测装置，包括加速度传感器单元、光敏元件单元、加速度信号调理电路、光敏元件单元信号调理电路、数据采集电路、微处理器、存储单元、无线发射模块；车辆行驶经过检测装置时，加速度传感器采集路面震动信号并将信号通过调理电路进行处理，同时，光敏元件感应光照变化产生光电信号，并将信号通过调理电路处理；数据采集单元将经过调理电路处理的信号输入微控制器，由微控制器对数据进行分析计算，获得车辆信息，并将车辆信息转存到存储单元，并通过无线发射模块发送。本发明安装维护简单，对道路破坏小，提高了检测精度、可靠性和使用寿命，具有体积小，成本低，功耗小的特点。
【专利说明】一种基于加速度传感器和光敏元件的车辆检测装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及道路交通检测技术，尤其是涉及一种基于加速度传感器和光敏元件的车辆检测装置。
【背景技术】
[0002]按照交通检测器所使用的检测传感器种类分类，可以将其分为压力、加速度、磁场、电感、超声波、频率、光电、图像传感等。它们通过感知、转换和传输相关物理量检测出某一界面车辆通过的时间、外形尺寸或者图像，并将其传输给计算机。计算机将这些传输过来的物理量转换为车辆要素值，如轴数、轴距、尺寸等。目前应用较广泛的检测器有环形线圈检测器、地磁检测器、超声波检测器及视频检测器。
[0003]环形线圈检测器可测参数较多，其感应灵敏度可调，使用的适应性较大，安装不太复杂，所以在国内外得到广泛的应用。缺点是线圈易受路面变形(沉降、裂缝、搓移等)影响，因此其使用效果及寿命受路面质量的影响很大。路面质量较差时，线圈检测器的使用寿命一般仅有2年左右。另外环境的变化和环形线圈的正常老化对检测器的工作性能有较大的影响。
[0004]地磁检测器具有安装容易，不易损坏，价格便宜等优点。缺点是对慢速车辆不能检测，有时会出现误检，且材料容易老化，灵敏度会逐年衰减。
[0005]超声波检测器探头可安装在行车道中间上方，也可以安装在路侧。由于超声波检测器采用悬挂式安装，这与路面埋设式检测器(如环形线圈)相比有许多优点。首先是不需破坏路面，也不受路面变形的影响；其次是使用寿命长，可移动、架设方便。不足之处是其检测范围呈锥形，受车型、车高变化的影响，检测精度较差，特别是车流严重拥挤的情况下；另外检测精度易受环境的影响，尤其是大风、暴雨等的影响；探头下方通过的人或物也会产生反射波，造成误检。
[0006]基于视频图像处理的交通检测技术是近年来逐步发展起来的一种新型的车辆检测方法，它具有无线、可一次检测多参数和检测范围较大的特点，使用灵活。另外视频检测系统装卸方便、不须破坏路面，不影响交通，在很多场合可以代替现有的环形线圈检测器。虽然视频检测器有着诸多优点，但仍然存在许多需要解决的问题:首先是视频检测器的检测精度是随着光照情况的变化而变化的，当光照良好时，如正午时，检测效果较好，反之如傍晚、雨雪天气则较差；其次是阴影问题，阴影是造成视频检测算法误检测的主要原因；再次是车辆在道路场景中的相互遮挡，也是必须考虑的问题。
[0007]此外，传统车辆检测技术大多采用测量某一种信号来得到检测结果，这就导致了错检和漏检等问题的存在，如超声波检测器，在大型车遮挡的情况下，就会发生漏检的情况，同时，单一信号检测也使得车辆检测受到周边环境的诸多限制，能够适应不同道路环境的车辆检测技术难以实现。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种基于加速度传感器和光敏元件的车辆检测装置，该装置安装于道路表面，并能够实现对于车辆自动检测，利用行驶中的车辆通过轮胎对路面产生连续激励及在路面产生阴影的客观事实，利用加速度传感器和光敏元件实现对车辆的检测，得到车辆计数数据。
[0009]本发明的目的是这样实现的:一种基于加速度检测单元和光敏检测单元的车辆检测装置，包括加速度检测单元、光敏检测单元、加速度信号调理电路、光敏检测信号调理电路、数据采集电路、微处理器、存储单元、无线发射模块，加速度检测单元与加速度信号调理电路电信号连接，光敏检测单元与光敏检测信号调理电路电信号连接，数据采集电路分别与加速度信号调理电路、光敏检测信号调理电路电信号连接，数据采集电路与微处理器电信号连接，微处理器分别与存储单元、无线发射模块电信号连接，加速度检测单元、光敏检测单元安装在车道中央或车道一侧的道路表面，车辆行驶经过检测装置时，加速度检测单元采集路面震动信号并将信号通过加速度信号调理电路进行处理；同时，光敏检测单元感应光照变化产生光电信号并将信号通过光敏检测信号调理电路处理；数据采集单元将经过加速度信号调理电路和光敏检测信号调理电路处理的信号输入微处理器，由微处理器对数据进行分析计算，进行如下步骤:
[0010]步骤一，首先微处理器分析光电信号，初步判断是否有车辆经过；当光敏检测单元发出的信号出现符合车辆经过的判断条件，则此步骤判断结果为“是”，进入步骤三；如果光敏检测单元发出的信号没有出现符合车辆经过的判断条件，则此步骤判断结果为“否”，则需要进入步骤二，进一步检验是否有车辆经过，以免由于环境光照强度过低造成的漏检；
[0011]步骤二，当步骤一判断结果为“否”时，微处理器需要根据加速度检测单元发出的加速度信号进一步判断是否有车辆经过；微处理器中存有车辆造成路面震动信号的相应特征信息，包括震动信号强度和频率分布范围，通过对比分析采集到的信号特征信息，判断是否有车辆经过，若判断结果为有车辆经过则进入步骤三；
[0012]步骤三，微处理器将内部用于车数统计的计数器值加一，并在特定的时间将车辆计数信息转存到存储单元，并通过无线发射模块发送给接收终端。
[0013]本发明还具有如下技术特征:
[0014]1、所述加速度检测单元包括多个按一定阵型排列的加速度传感器，用于检测车辆经过路面产生的震动波数据。
[0015]2、所述光敏检测单元包括多个光敏传感器，用于检测车辆经过时，由于光的遮挡所产生的光强的变化。
[0016]本发明具有以下优点:
[0017]1.本发明采用的震动检测原理及光学检测原理相结合的方式获取车辆计数信息。与传统检测原理相比，震动传播介质为路面，因此不受雨、雪、雾等天气因素和车辆的外形尺寸等因素的影响；而结合光敏元件对行车阴影的检测可有效的提高车辆检测精度。
[0018]2.本发明提出的装置安装方法，与应用较普遍的传统交通检测器的安装方法相比，安装在道路表面，尤其安装于车道中央或车道一侧的道路表面。这种安装和检测方式不用破坏道路，也不用架设梁架。不易受到车辆碾压，从而提高了检测可靠性和使用寿命。
[0019]3.本发明所采用的加速度传感器与光敏元件相结合的方式，与传统检测传感器相t匕，具有体积小，成本低，易于安装，功耗小等特点。【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本发明的装置结构图。
[0021]图2是本发明工作步骤框图。
【具体实施方式】
[0022]实施例1
[0023]一种基于加速度检测单元和光敏检测单元的车辆检测装置，包括加速度检测单元1、光敏检测单元2、加速度信号调理电路3、光敏检测信号调理电路4、数据采集电路6、微处理器7、存储单元8和无线发射模块5，加速度检测单元与加速度信号调理电路电信号连接，光敏检测单元与光敏检测信号调理电路电信号连接，数据采集电路分别与加速度信号调理电路、光敏检测信号调理电路电信号连接，数据采集电路与微处理器电信号连接，微处理器分别与存储单元、无线发射模块电信号连接，加速度检测单元、光敏检测单元安装在车道中央或车道一侧的道路表面，车辆行驶经过检测装置时，加速度检测单元采集路面震动信号并将信号通过加速度信号调理电路进行处理；同时，光敏检测单元感应光照变化产生光电信号，并将信号通过光敏检测信号调理电路处理；数据采集单元将经过加速度信号调理电路和光敏检测信号调理电路处理的信号输入微处理器，由微处理器对数据进行分析计算，进行如下步骤:
[0024]步骤一，首先微处理器分析光电信号，初步判断是否有车辆经过；当光敏检测单元发出的信号出现符合车辆经过的判断条件，则此步骤判断结果为“是”，进入步骤三；如果光敏检测单元发出的信号没有出现符合车辆经过的判断条件，则此步骤判断结果为“否”，则需要进入步骤二，进一步检验是否有车辆经过，以免由于环境光照强度过低造成的漏检；
[0025]步骤二，当步骤一判断结果为“否”时，微处理器需要根据加速度检测单元发出的加速度信号进一步判断是否有车辆经过；微处理器中存有车辆造成路面震动信号的相应特征信息，包括震动信号强度和频率分布范围，通过对比分析采集到的信号特征信息，判断是否有车辆经过，若判断结果为有车辆经过则进入步骤三；
[0026]步骤三，微处理器将内部用于车数统计的计数器值加一，并在特定的时间将车辆计数信息转存到存储单元，并通过无线发射模块发送给接收终端。
[0027]所述加速度检测单元包括多个按一定阵型排列的加速度传感器，用于检测车辆经过路面产生的震动波数据；所述光敏检测单元包括多个光敏传感器，用于检测车辆经过时，由于光的遮挡所产生的光强的变化。
[0028]实施例2
[0029]本发明的车辆检测方法，包括步骤:
[0030]I)设备初始化。初始化过程中，微处理器启动各数据接口 ；对加速度检测单元进行初始设置，包括传感器量程、数据传输模式等；读取加速度检测单元各传感器初始测量值，读取光敏检测单元初始测量值；
[0031]2)加速度检测单元开始检测路面震动信息，并将采集到的加速度信号通过加速度信号调理电路整理后输入数据采集单元；光敏检测单元检测光敏元件表面光强度信息，并将生成的电压信号通过光敏元件信号调理电路整理后输入数据采集单元；[0032]3)数据采集单元将加速度信号和光电信号进行模数转换，并将数字加速度信号和光电信号输入微处理器；
[0033]4)微处理器分析光电信号，初步判断是否有车辆经过。当车辆经过遮挡光源照射到光敏元件时，光敏元件信号会出现相应变化，光电压降低，据此，如果光敏元件信号出现符合车辆经过的判断条件，即光电信号的幅值下降到微处理器中设定的阈值0.7V，并且持续时间在0.2秒到1.5秒之间，则此步骤判断结果为“是”，进入步骤6)。如果光敏元件信号没有出现符合车辆经过的判断条件(包括无信号变化和信号变化不符合条件)，则此步骤判断结果为“否”，则需要进入步骤5)，进一步检验是否有车辆经过，以免由于环境光照强度过低造成的漏检；
[0034]5)当步骤4)判断结果为“否”时，微处理器需要根据加速度信号进一步判断是否有车辆经过。微处理器中存有车辆造成路面震动信号的相应特征信息，包括震动信号强度、频率分布范围等，车辆产生的路面震动信号频率范围主要集中在Ο-lOOHz，加速度传感器检测到路面震动信号的强度在0-30mg范围内，通过对比分析采集到的信号特征信息，可以判断是否有车辆经过。若判断结果为有车辆经过，则进入步骤6)，若判断结果为没有车辆经过，则返回到步骤2)；
[0035]6)微处理器将内部用于车数统计的计数器值加一，并在特定的时间将车辆计数信息转存到存储单元，并通过无线发射模块发送给接收终端。
[0036]实施例3
[0037]参照图1，本实施例的一种基于加速度检测单元和光敏检测单元的车辆检测装置，包括加速度检测单元1、光敏检测单元2、加速度信号调理电路3、光敏检测信号调理电路4、数据采集电路6、微处理器7、存储单元8和无线发射模块5。
[0038]本发明具体实施样例1:
[0039]加速度检测单元I采用PCB公司的393B12加速度传感器，其作用是感应车轴通过车轮与路面接触造成的路面震动，将震动波信号转换成数字加速度信号，并将此加速度信号传输到加速度信号调理电路3中。光敏检测单元2采用光敏电阻，其作用是感应车辆经过遮挡光源照射造成的光信号变化，将光信号变化转换成电信号，并传输到光敏检测信号调理电路4中。经加速度信号调理电路3处理的加速度信号，和经光敏检测信号调理电路4处理的光电信号，都输入数据采集电路6中。数据采集电路6包括多个模数转换器，它将加速度信号和光敏元件信号进行模数转换，并将转换得到的数字信号传输到微处理器7中。微处理器7采用MCS-51单片机，其作用是控制传感器和数据采集单元采集加速度数据和光电信号数据，并对采集到的数据进行处理，获得车辆计数信息。微处理器7需对两种敏感元件采集的不同信号分别进行处理，综合判断是否有车辆经过。存储单元8负责存储微处理器7计算获得的车辆计数信息，在此样例中采用SD卡作为存储单元8。所述无线发射模块5负责将微处理器7计算得到的车辆计数信息通过无线通信手段发送，此样例中采用应用Zigbee无线通信协议的芯片。微处理器7将获得的车辆计数信息转存到存储单元8中，并通过无线发射模块5进行发送给接收终端。
[0040]实施例4
[0041]加速度检测单元I采用飞思卡尔公司的MMA7260加速度传感器，其作用是感应车轴通过车轮与路面接触造成的路面震动，将震动波信号转换成数字加速度信号，并将此加速度信号传输到加速度信号调理电路3中。光敏检测单元2为CCD传感器，其作用是感应车辆经过遮挡光源照射造成的光信号变化，将光信号变化转换成电信号，并传输到光敏检测信号调理电路4中。经加速度信号调理电路3处理的加速度信号和经光敏检测信号调理电路4处理的光电信号，都输入数据采集电路6中。数据采集电路6包括若干模数转换器，它将加速度信号和光敏元件信号进行模数转换，并将转换得到的数字信号传输到微处理器7中。微处理器7采用ATMEL公司的ATmegal28L单片机，其作用是控制传感器和数据采集单元采集加速度数据和光电信号数据，并对采集到的数据进行处理，获得车辆计数信息。微处理器7需对两种敏感元件采集的不同信号分别进行处理，综合判断是否有车辆经过。存储单元8负责存储微处理器7计算获得的车辆计数信息，在此样例中采用mmc卡作为存储单元。所述无线发射模块5负责将微处理器7计算得到的车辆计数信息通过无线通信手段发送，此样例中采用应用WIFI无线通信协议的芯片。微控制器7将获得的车辆计数信息转存到存储单元8中，并通过无线发射模块5进行发送给接收终端。
[0042]实施例5
[0043]加速度检测单元I采用亚德诺半导体公司的ADXL345加速度传感器，其作用是感应车轴通过车轮与路面接触造成的路面震动，将震动波信号转换成数字加速度信号，并将此加速度信号传输到加速度信号调理电路3中。光敏检测单元2采用光电二极管，其作用是感应车辆经过遮挡光源照射造成的光信号变化，将光信号变化转换成电信号，并传输到光敏检测信号调理电路4中。经加速度信号调理电路3处理的加速度信号和经光敏检测信号调理电路4处理的光电信号，都输入数据采集单元6中。数据采集单元6包括若干模数转换器，它将加速度信号和光敏元件信号进行模数转换，并将转换得到的数字信号传输到微控制器7中。实施微处理器7采用德州仪器公司的CC2540微处理器内核，其作用是控制传感器和数据采集单元采集加速度数据和光电信号数据，并对采集到的数据进行处理，获得车辆计数信息。微处理器7需对两种敏感元件采集的不同信号分别进行处理，综合判断是否有车辆经过。存储单元8负责存储微处理器7计算获得的车辆计数信息，在此样例中采用CF卡作为存储单元。所述无线发射模块5负责将微处理器7计算得到的车辆计数信息通过无线通信手段发送，此样例中采用应用蓝牙4.0无线通信协议的芯片。微处理器7将获得的车辆计数信息转存到存储单元8中，并通过无线发射模块5进行发送给接收终端。
【权利要求】
1.一种基于加速度检测单元和光敏检测单元的车辆检测装置，包括加速度检测单元、光敏检测单元、加速度信号调理电路、光敏检测信号调理电路、数据采集电路、微处理器、存储单元、无线发射模块，其特征在于:加速度检测单元与加速度信号调理电路电信号连接，光敏检测单元与光敏检测信号调理电路电信号连接，数据采集电路分别与加速度信号调理电路、光敏检测信号调理电路电信号连接，数据采集电路与微处理器电信号连接，微处理器分别与存储单元、无线发射模块电信号连接，加速度检测单元、光敏检测单元安装在车道中央或车道一侧的道路表面，车辆行驶经过检测装置时，加速度检测单元采集路面震动信号并将信号通过加速度信号调理电路进行处理；同时，光敏检测单元感应光照变化产生光电信号并将信号通过光敏检测信号调理电路处理；数据采集单元将经过加速度信号调理电路和光敏检测信号调理电路处理的信号输入微处理器，由微处理器对数据进行分析计算，进行如下步骤: 步骤一，首先微处理器分析光电信号，初步判断是否有车辆经过；当光敏检测单元发出的信号出现符合车辆经过的判断条件，则此步骤判断结果为“是”，进入步骤三；如果光敏检测单元发出的信号没有出现符合车辆经过的判断条件，则此步骤判断结果为“否”，则需要进入步骤二，进一步检验是否有车辆经过，以免由于环境光照强度过低造成的漏检； 步骤二，当步骤一判断结果为“否”时，微处理器需要根据加速度检测单元发出的加速度信号进一步判断是否有车辆经过；微处理器中存有车辆造成路面震动信号的相应特征信息，包括震动信号强度和频率分布范围，通过对比分析采集到的信号特征信息，判断是否有车辆经过，若判断结果为有车辆经过则进入步骤三； 步骤三，微处理器将内部用于车数统计的计数器值加一，并在特定的时间将车辆计数信息转存到存储单元，并通过无线发射模块发送给接收终端。
2.根据权利要求1所述的一种基于加速度传感器和光敏元件的车辆检测装置，其特征在于:所述加速度检测单元包括多个按一定阵型排列的加速度传感器，用于检测车辆经过路面产生的震动波数据。
3.根据权利要求1所述的一种基于加速度传感器和光敏元件的车辆检测装置，其特征在于:所述光敏检测单元包括多个光敏传感器，用于检测车辆经过时，由于光的遮挡所产生的光强的变化。
【文档编号】G08G1/065GK103927884SQ201410173171
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月21日 优先权日:2014年4月21日
【发明者】王 华, 张瞫, 杨亚鹏 申请人:哈尔滨工业大学