一种无线车辆检测装置及其检测方法
【专利摘要】本发明提供了一种无线车辆检测装置。磁阻传感器X轴的输出通过信号调理和放大电路后，送到MCU的AD端口进行实时采集。采集到的信号通过MCU内部算法处理可计算出检测仪上方有无车辆的状态。磁阻传感器具有体积小，灵敏度高，成本低，功耗低，稳定可靠的优点。
【专利说明】一种无线车辆检测装置及其检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种无线车辆检测装置及其检测方法，特别是涉及一种适用于地磁检测原理和无线通信的无线车辆检测装置及其检测方法。
【背景技术】
[0002]目前车辆检测仪有如下几种方式:
线圈车辆检测仪，设备成本较低且具有较高的车辆捕获率。线圈的施工成本很高，寿命只有半年左右维护费用高昂，且采用有线传输方式需要架设线缆。
[0003]摄像车辆检测仪，应用成熟但是相对成本较高，检测容易受到天气等环境因素影响。
[0004]雷达检测仪，多用于车辆速度检测，但雷达对低速或静止的车辆无法有效检测。
[0005]车辆本身含有的铁磁物质会对车辆存在区域的地磁信号产生影响，使车辆存在区域的地球磁力线发生弯曲。当车辆经过传感器附近，传感器能够灵敏感知到信号的变化，经信号分析就可以得到检测目标的相关信息。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题是提供一种实用范围广，维护费用低的无线车辆检测装置及其检测方法
本发明采用的技术方案如下:一种无线车辆检测装置，其特征在于:包括依次相连的地磁检测单元、信号调理电路、主控制器和无线收发芯片。
[0007]作为优选，还包括与主控制器相连的供电单元，所述供电单元又通过开关管分别与地磁检测单元和信号调理电路相连。
[0008]作为优选，所述地磁检测单元包括磁阻传感器及与其相连的复位电路。
[0009]作为优选，所述供电单元通过稳压芯片为磁阻传感器供电。
[0010]作为优选，所述信号调理电路包括依次相连的第一级放大电路和第二级放大电路；第一级放大电路的正极分别与稳压芯片和地相连，负极与第二级放大电路正极相连；第二级放大电路的正负极与磁阻传感器的电桥相连。
[0011]作为优选，所述无线收发芯片为Zigbee收发芯片。
[0012]作为优选，还包括中继器和接入器，每条道路对应一个中继器，每个路口配备一个接入器。
[0013]基于上述无线车辆检测装置的检测方法，其特征在于:车辆检测算法基于状态机原理进行检测计算；具体方法步骤为:步骤一，对采集的模拟信号AD转换处理为二进制信号，判断二进制信号是否为1，是则表示可能有车通过，否则进入步骤三；步骤二，对I进行计数，在计数过程中，在二进制为I的设定计数阈值范围内，判断二进制信号是否为0，是则进入步骤三，否则表示有车通过；步骤三，对O进行计数，在二进制为O的设定计数阈值范围内，判断二进制信号是否为I，是则进入步骤二，否则表示无车通过。
[0014]作为优选，所述方法还包括，主控制器周期性的处于工作模式和休眠模式。
[0015]作为优选，所述方法还包括，主控制器控制开关管的开关，当不需要采集是关断开关管。
[0016]与现有技术相比，本发明的有益效果是:本发明实用范围广、维护费用低，不易受环境影响，适用于对多重车辆的检测。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明其中一实施例的装置原理示意图。
[0018]图2为图1所示实施例中磁场检测部分放电电路原理示意图。
[0019]图3为图1所示实施例中磁阻传感器复位电路原理示意图。
[0020]图4为图1所示实施例中检测部分供电电路原理示意图。
[0021]图5为图1所示实施例中网络拓扑示意图。
[0022]图6为本发明其中一实施例的检测方法的算法示意图。
【具体实施方式】
[0023]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0024]本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
[0025]一种无线车辆检测装置，包括依次相连的地磁检测单元、信号调理电路、主控制器和无线收发芯片。
[0026]还包括与主控制器相连的供电单元，所述供电单元又通过开关管分别与地磁检测单元和信号调理电路相连。
所述地磁检测单元包括磁阻传感器及与其相连的复位电路。
[0027]如图1所示，在本具体实施例中，地磁检测由磁阻传感器完成，磁阻传感器核心是一个全桥电路，激励源来自板载供电，当磁阻传感器对应轴线方向的磁场发生变化后，电桥另两端输出毫伏级信号。主控制器主要包括MCU，MCU负责信号的采集、算法执行和电路控制。磁阻传感器X轴的输出的毫伏级信号通过信号调理和放大电路后，送到MCU的AD端口进行实时采集。采集到的信号通过MCU内部算法处理可计算出检测仪上方有无车辆的状态。磁阻传感器具有体积小，灵敏度高，成本低，功耗低，稳定可靠的优点，使用它检测车辆信息不需要大面积破坏路面，施工和维护成本低，天气温度等因素对其影响小，环境适用性好，同时功耗低使其可以使用电池供电，即使电网停电也可以正常工作。
[0028]磁阻传感器输出毫伏级信号需要进行调理和放大；磁阻传感器受到强磁场干扰后会存在磁化现象，表现为磁阻传感器灵敏度急剧下降，迟滞。本具体实施例中，采用复位电路产生脉冲电流使磁阻传感器复位，恢复检测灵敏度。
[0029]复位电路如图3所示，磁阻传感器受到大于1(Γ20高斯磁场干扰磁场的影响，磁阻传感器可能出现磁化现象，表现为灵敏度下降，输出迟滞。电路给磁阻传感器置/复位端S/R+和S/R-端提供时间常数为2um的脉冲电流，电流强大于0.5A-4A的电流。Ctrl_SRO+和Ctrl_SRO-为单片机控制引脚，执行复位操作时控制引脚由10，01，10切换。成对的N管、P管Q3，Q4控制电路导通对电容C1、C14执行充电放电过程形成脉冲电流，时间常数由电容值和回路电阻值决定。
[0030]所述供电单元通过稳压芯片为磁阻传感器供电。MCU控制稳压芯片的开关，周期性为磁阻传感器供电，以降低工作的平均功耗，减小由于供电波动造成的检测精度下降。
[0031]如图2所示，所述信号调理电路包括依次相连的第一级放大电路和第二级放大电路；第一级放大电路的正极分别与稳压芯片和地相连，负极与第二级放大电路正极相连；第二级放大电路的正负极与磁阻传感器的电桥相连。
[0032]来自稳压芯片的输出V_BRG1，通过分压后由运放U5B产生一个参考电压，该电压直接提供给磁阻传感器输出的一对浮地信号作参考。U5A对信号进行放大输出。
[0033]所述无线收发芯片为Zigbee收发芯片。在本具体实施例中，采用Zigbee协议实现车辆检测仪与后台数据无线交互。MCU通过串口与Zigbee收发芯片实现数据交互，将检测信息上报或下发参数设置。
[0034]还包括中继器和接入器，每条道路对应一个中继器，每个路口配备一个接入器。
[0035]在本具体实施例中，车辆检测装置与其配合的中继器和接入器通过Zigbee网络进行无线通信，其拓扑结构如图5所示。在Zigbee网络拓扑中，车辆检测装置属于终端节点，中继器属于中间节点，接入器属于网络协调器。原则上在通信良好的情况下一个路口配备一个接入器，负责Zigbee协议与其它网络协议的转换，负责与路口所有中继器数据交互；路口中所含的每一条路对应一个中继器，中继器负责与其所管辖的一组检测装置通信。
[0036]基于上述无线车辆检测装置的检测方法，其特征在于:车辆检测算法基于状态机原理进行检测计算；具体方法步骤为:步骤一，对采集的模拟信号AD转换处理为二进制信号，判断二进制信号是否为1，是则表示可能有车通过，否则进入步骤三；步骤二，对I进行计数，在计数过程中，在二进制为I的设定计数阈值范围内，判断二进制信号是否为0，是则进入步骤三，否则表示有车通过；步骤三，对O进行计数，在二进制为O的设定计数阈值范围内，判断二进制信号是否为I，是则进入步骤二，否则表示无车通过。
[0037]在本具体实施例中，采用状态机检测方法，将采集的地磁信号与固定阈值比较。由于地磁检测的应用环境较为复杂，容易受到多种因素的干扰，检测的时间序列存在个别的断电和异常值，从而引起车辆的误检和虚警。采用的状态机检测法可设定中间状态的方法来消除相邻车道或者其它噪声的干扰，增强了算法的鲁棒性。不仅判断车辆何时进入检测区，还增加了判断车辆离开检测器的中间状态，能够更好地从时间序列。
[0038]在本具体实施例中，状态机包括5个状态:nocar (无车)、car (有车)、countl、countO和countOO,输入为u (k),其中间状态为count0、count00,输出为car (有车)、nocar(无车)，如图6所示。
[0039]首先对采集的模拟信号f(k)进行处理，转换为二进制信号u (k)作为状态机输入，设置阈值T(k),当f(k) > T (k)时，u(k)=l,否贝丨J u(k)=0。状态机中的countl、countO和countOO状态都设置了一个计数器，并设定阈值Ns、Ms,每当发生状态转换时该计数器的值均置为O。
[0040]工作过程为: 起始状态为nocar,若u (k)为O时保持在该状态,若u (k)为I时,进入countl ；
进入countl后,若u(k)为O,跳至countO,否则对连续出现的I序列进行计数，当u(k)为I且计数值大于或等于Ns，则进入car ；
进入countO后，对连续出现的O序列进行计数，当u(k)为O且计数值大于或等于Ms时，贝1J进入nocar,否则返回到countl ；
进入car后,若u (k)为I,则保持该状态,否则进入countOO ；
进入countOO后，若u (k)为I且计数值小于Ms，则返回到car，若u (k)为0，对后面连续的O序列计数,当u (k)为O且计数值大于等于Ms,进入nocar。输出car代表有车,nocar代表无车。
[0041]在本具体实施例中，主控制器周期性的处于工作模式和休眠模式。采用休眠-工作交替的工作模式，实现检测装置超低平均功耗。空闲模式下的节点大部分时间处于休眠状态，只是周期性的唤醒检查有无来自服务器的控制命令，以更好地节约能耗；工作模式下检测装置节点按配置的采样率进行数据采集发送，周期性转入休眠并自动唤醒。为了实现超低功耗采用MCU控制磁阻传感器和调理电路供电，MCU在工作模式状态下提供一小段窗口期打开供电开关管，磁阻传感器和调理电路工作，MCU采集信号。
[0042]在本具体实施例中，主控制器控制开关管的开关，当不需要采集是关断开关管。如图4所示，电池U2为磁阻传感器和运放参考电压提供3.3V稳压输出。Q9作为开关受控于MCU,当不需要采集的时候MCU关断Q9节约功耗。
【权利要求】
1.一种无线车辆检测装置，其特征在于:包括依次相连的地磁检测单元、信号调理电路、主控制器和无线收发芯片。
2.根据权利要求1所述的无线车辆检测装置，其特征在于:还包括与主控制器相连的供电单元，所述供电单元又通过开关管分别与地磁检测单元和信号调理电路相连。
3.根据权利要求1所述的无线车辆检测装置，其特征在于:所述地磁检测单元包括磁阻传感器及与其相连的复位电路。
4.根据权利要求2所述的无线车辆检测装置，其特征在于:所述供电单元通过稳压芯片为磁阻传感器供电。
5.根据权利要求4所述的无线车辆检测装置，其特征在于:所述信号调理电路包括依次相连的第一级放大电路和第二级放大电路；第一级放大电路的正极分别与稳压芯片和地相连，负极与第二级放大电路的正极相连；第二级放大电路的正负极与磁阻传感器的电桥相连。
6.根据权利要求1所述的无线车辆检测装置，其特征在于:所述无线收发芯片为Zigbee收发芯片。
7.根据权利要求6所述的无线车辆检测装置，其特征在于:还包括中继器和接入器，每条道路对应一个中继器，每个路口配备一个接入器。
8.基于权利要求1所述的无线车辆检测装置的检测方法，其特征在于:车辆检测算法基于状态机原理进行检测计算；具体方法步骤为:步骤一，对采集的模拟信号AD转换处理为二进制信号，判断二进制信号是否为1，是则表示可能有车通过，否则进入步骤三；步骤二，对I进行计数，在计数过程中，在二进制为I的设定计数阈值范围内，判断二进制信号是否为O，是则进入步骤三，否则表示有车通过；步骤三，对O进行计数，在二进制为O的设定计数阈值范围内，判断二进制信号是否为I，是则进入步骤二，否则表示无车通过。
9.根据权利要求8所述的无线车辆检测方法，其特征在于:所述方法还包括，主控制器周期性的处于工作模式和休眠模式。
10.根据权利要求8或9所述的无线车辆检测方法，其特征在于:所述方法还包括，主控制器控制开关管的开关，当不需要采集是关断开关管。
【文档编号】G08G1/01GK104332056SQ201410315020
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年7月4日 优先权日:2014年7月4日
【发明者】齐永龙, 梁晨 申请人:成都天奥测控技术有限公司