一种车辆检测系统及其预警方法与流程

本发明涉及道路信息测试领域，特别是一种车辆检测系统及其预警方法。

背景技术：

近年来，伴随着我国经济的快速发展，社会生活的现代化也加快了步伐，这一进步在我国的交通系统中有了充分的表现。汽车使用量迅速增加导致交通拥堵，,交通事故频繁发生，这不仅造成了时间浪费还给我国人民的生活造成了巨大的经济损失及环境污染。因此，交通问题成为我们要解决的问题的重中之重。在我国，交通道路纵横交错，立交桥较少，以致各方向来车都需要在交叉路口交汇通过。而另一种现象是道路无车却绿灯放行。目前我国大多数交叉路口则是通过定时控制交通信号灯的变化来维持路口的交通秩序。这种定时控制的方法存在很大的弊端。为了克服弊端，进一步缓和经济的快速发展所造成的交通流量饱和问题，深入研究并完善智能化、高自动化的交通系统势在必行。

目前常用的车流量监测方法主要有环形线圈，微波和视频等一些方法。但大多系统存在安装复杂、检测精度低、系统不稳定，并且在恶劣环境下无法正常工作等问题。例如，环形线圈精度高，结构简单但不利于安装和维护；微波安装方便但容易受环境的影响；视频检测成本高且会受外部因素影响降低检测精度。所以，对于道路中车流检测系统要求其具有精确的信息采集、稳定性和性价比高且安装方便的特点。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提出一种车辆检测系统及其预警方法，能够将采集到的车辆信息，实时发送到上位机，方便交警知晓道路交通情况，及时作出应对措施，降低安全隐患。

本发明采用以下方案实现：一种车辆检测系统，包括车辆检测模块、车辆信息收集模块和上位机软件管理模块；所述车辆检测模块与所述车辆信息收集模块连接；所述车辆信息收集模块与所述上位机软件管理模块连接；所述车辆检测模块包括磁阻传感器模块，所述磁阻传感器模块埋设于道路路面下，用以检测道路车辆信息，并将检测数据发送到所述车辆信息收集模块；所述车辆信息收集模块安装于路边标杆或道路上空悬挂的标杆上，用以将所述磁阻传感器模块传输的车辆信息发送到所述上位机软件管理模块；所述上位机软件管理模块对接收到的车辆信息进行分析，通过分析结果对交警进行预警提示，并将分析结果以短信的形式发送到预设的手机号码上。

进一步地，所述的车辆信息具体为有车辆通过所述磁阻传感器模块或没有车辆通过所述磁阻传感器模块。

进一步地，所述车辆检测模块还包括电源模块、a/d转换模块、单片机最小系统、液晶显示模块和无线通信模块；所述磁阻传感器模块、所述电源模块、所述液晶显示模块和所述无线通信模块均与所述单片机最小系统连接。

进一步地，所述的磁阻传感器模块采用型号为hmc5883l的磁阻传感器。

进一步地，所述的单片机最小系统采用的单片机的型号为stc12c5a60s2；所述a/d转换模块集成在所述单片机上。

进一步地，所述上位机软件管理模块对接收到的车辆信息进行分析、预警并发送短信到预设的手机号码上的具体内容为：所述上位机软件管理模块包括3个模拟警示灯，当接收到的车辆信息显示车辆行驶速度低于5km/h，则判定为交通拥堵，红灯闪烁做出预警，提醒交警前往现场查看是否有交通事故或异常情况，同时短信发送到预设的交通管理人员的手机号码上；当接收到的车辆信息显示车辆行驶速度高于5km/h且低于10km/h，则判定为交通较为拥堵，黄灯闪烁，同时短信发送到预设的交通管理人员的手机号码上；其他情况绿灯常亮，表示交通正常。

进一步地，一种基于上述车辆检测系统的预警方法，包括以下步骤：

步骤s1：安装预设的多个所述hmc5883l磁阻传感器，均埋设于每个车道的道路中央，安装时统一方向；hmc5883l的x轴方向为正北方向即车辆前进方向，y轴指向正西方向即垂直于车辆前进方向向左，z轴竖直向上；

步骤s2：将第一排l1磁阻传感器a11、a12与路口停止线的距离为s1,第二排l2磁阻传感器与第一排l1磁阻传感器的安装间隔为s2，其余各排与前一排磁阻传感器的安装距离均为s2；

步骤s3：在道路正上方设置车辆信息收集模块b1,其覆盖区域为l1到l2区间路段；

步骤s4：当车辆行驶进入磁阻传感器a11正上方时，记录首个当前时间t1；单片机扫描检测周期设为t，检测到有车辆时，记录时间，当车辆离开识别区域时，记录最后一次检测到该车的时间t2，并将检测到车辆的时间数据通过所述无线通信模块传输到车辆信息收集模块b1；

步骤s5：所述上位机软件管理模块实时接收所述车辆信息收集模块发送过来的车辆信息；当连续检测到三个t2-t1＞t3时，即连续三部车辆的车身通过磁阻传感器a11的时间大于t3，所述上位机软件管理模块判定交通拥堵，红灯闪烁，警报声响起，同时所述上位机软件管理模块发送“某某道路交通拥堵”到预设的n个交通管理人员的手机号码上，交通管理人员通过上位机视频监控查看，或前往现场查看情况，其中t3表示车辆到达预设车速最小限值时通过磁阻传感器的时间；

步骤s6：当连续检测到三个t4＜t2-t1≤t3时，即连续三部车辆的车身通过磁阻传感器a11的时间介于[t4,t3]之间，所述上位机软件管理模块判定交通较为拥堵，黄灯闪烁，警报声响起，同时所述上位机软件管理模块发送“某某道路交通较为拥堵”到预设的n个交通管理人员的手机号码上；其中t4表示当车辆到达预设车速最大限值时通过磁阻传感器a11的时间；

步骤s7：其他情况认为交通正常，绿灯常亮。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：

本发明能够将采集到的车辆信息，实时发送到上位机，方便交警知晓道路交通情况，及时作出应对措施，降低安全隐患。

附图说明

图1为本发明实施例的结构框图。

图2为本发明实施例的方法示意图。

图3为本发明实施例的车辆检测模块总体框图。

图4为本发明实施例的5v电压模块电路图。

图5为本发明实施例的3.3v电压模块电路图。

图6为本发明实施例的磁阻传感器电桥结构图。

图7为本发明实施例的hmc5883l的引脚定义图。

图8为本发明实施例的hmc5883l接线图。

图9为本发明实施例的最小系统接线图。

图10为本发明实施例的时钟电路。

图11为本发明实施例的无线通信模块与单片机接口连线图。

图12为本发明实施例的lcd1602显示模块图。

图13为本发明实施例的lcd1602电路图。

图14为本发明实施例的数据输出结果图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，本实施例提供了一种车辆检测系统，包括车辆检测模块、车辆信息收集模块和上位机软件管理模块；所述车辆检测模块与所述车辆信息收集模块连接；所述车辆信息收集模块与所述上位机软件管理模块连接；所述车辆检测模块包括磁阻传感器模块，所述磁阻传感器模块埋设于道路路面下，用以检测道路车辆信息，并将检测数据发送到所述车辆信息收集模块；所述车辆信息收集模块安装于路边标杆或道路上空悬挂的标杆上，用以将所述磁阻传感器模块传输的车辆信息发送到所述上位机软件管理模块；所述上位机软件管理模块对接收到的车辆信息进行分析，通过分析结果对交警进行预警提示，并将分析结果以短信的形式发送到预设的手机号码上。

在本实施例中，所述的车辆信息具体为有车辆通过所述磁阻传感器模块或没有车辆通过所述磁阻传感器模块。

如图3所示，在本实施例中，所述车辆检测模块还包括电源模块、a/d转换模块、单片机最小系统、液晶显示模块和无线通信模块；所述磁阻传感器模块、所述电源模块、所述液晶显示模块和所述无线通信模块均与所述单片机最小系统连接。

在本实施例中，所述的磁阻传感器模块采用型号为hmc5883l的磁阻传感器。

在本实施例中，所述的单片机最小系统采用的单片机的型号为stc12c5a60s2；所述a/d转换模块集成在所述单片机最小系统中的单片机上。

在本实施例中，所述车辆信息收集模块的安装于路边或道路上空更佳，为保证数据完整性和无线传输的效率，该系统安装高度区间为5-10米，有效距离约为方圆30米。

在本实施例中，所述上位机软件管理模块对接收到的车辆信息进行分析、预警并发送短信到预设的手机号码上的具体内容为：所述上位机软件管理模块安装于计算机上，其能输入n个手机号码，交通异常时，发送短信到指定的n个手机号码上。可实时接收车辆信息收集模块发送过来的车辆信息（可通过有线或无线方式），并将信息以表格形式存储在数据库中,并具备查询、分析和导出功能。上位机软件管理模块有3个模拟警示灯，当接收到的车辆信息显示车流量大（即显示车辆行驶速度低于5km/h），则判定为交通拥堵，红灯闪烁做出预警，提醒交警前往现场查看是否有交通事故或异常情况，同时短信发送到预设的交通管理人员的手机号码上；当接收到的车辆信息显示车流量较大（即显示车辆行驶速度高于5km/h且低于10km/h），则判定为交通较为拥堵，黄灯闪烁，同时短信发送到预设的交通管理人员的手机号码上；其他情况绿灯常亮，表示交通正常。

如图2所示，在本实施例中，一种基于上述车辆检测系统的预警方法，包括以下步骤：

步骤s1：安装预设的多个（根据实际需要安装个数进行安装），所述hmc5883l磁阻传感器，均埋设于每个车道的道路中央，安装时统一方向；hmc5883l的x轴方向为正北方向即车辆前进方向，y轴指向正西方向即垂直于车辆前进方向向左，z轴竖直向上；

步骤s2：将第一排l1磁阻传感器a11、a12与路口停止线的距离为s1,第二排l2磁阻传感器与第一排l1磁阻传感器的安装间隔为s2，其余各排与前一排磁阻传感器的安装距离均为s2；

步骤s3：在道路正上方设置车辆信息收集模块b1,其覆盖区域为l1到l2区间路段；

步骤s4：当车辆行驶进入磁阻传感器a11正上方时，记录首个当前时间t1；单片机扫描检测周期设为t，检测到有车辆时，记录时间，当车辆离开识别区域时，记录最后一次检测到该车的时间t2，并将检测到车辆的时间数据通过所述无线通信模块传输到车辆信息收集模块b1；

步骤s5：所述上位机软件管理模块实时所述接收车辆信息收集模块发送过来的车辆信息；当连续检测到三个t2-t1＞t3时，即连续三部车辆的车身通过磁阻传感器a11的时间大于t3，所述上位机软件管理模块判定交通拥堵，红灯闪烁，警报声响起，同时所述上位机软件管理模块发送“某某道路交通拥堵”到预设的n个交通管理人员的手机号码上，交通管理人员通过上位机视频监控查看，或前往现场查看情况，其中t3表示车辆到达预设车速最小限值时通过磁阻传感器的时间；例如在本实施例中，定义车速低于5km/h为交通拥堵（可根据需要自行定义），并假设车身长度为4.5m，那么当车速为5km/h，车辆通过磁阻传感器a11的时间t3=3.24s；

步骤s6：当连续检测到三个t4＜t2-t1≤t3时，即连续三部车辆的车身通过磁阻传感器a11的时间介于[t4,t3]之间，所述上位机软件管理模块判定交通较为拥堵，黄灯闪烁，警报声响起，同时所述上位机软件管理模块发送“某某道路交通较为拥堵”到预设的n个交通管理人员的手机号码上，其中t4表示当车辆到达预设车速最大限值时通过磁阻传感器a11的时间；例如在本实施例中，定义车速高于5km/h且低于10km/h为交通较为（可根据需要自行定义），并假设车身长度为4.5m，那么当车速为10km/h，车辆通过磁阻传感器a11的时间t4=1.62s；

步骤s7：其他情况认为交通正常，绿灯常亮。

在本实施例中，所述步骤s2中s1为10米，s2为20米；所述步骤s4中单片机扫描检测周期t为0.01秒；所述步骤s5中t3为3.24s，所述t4为1.62s。

特别的，在本实施例中，硬件系统所采用的供电电源为9v电池。但是在本实施例中9v电池不可以直接供电，因为直流电压所带的波纹比较大，在供电过程中会增加系统的不稳定性。所以在供电前需要增加一个滤波电路把输出的电压中的波纹尽量的滤掉，使输出电压更加平稳，稳定。由于本实施例所使用的单片机的供电电压为+5v，9v的电压不能直接供电，所以还需要接一个输出电压为5v的电源稳压模块。

当电池电压变化时，稳压电路能够维持输出稳定的电压。电池输出的电压首先通过单相整流二极管，100μf的电解电容和0.1μf的陶瓷电容并联电路进行初步滤波，消除直流电压中的高频杂波以及静电干扰，再通过一个ams1117-5.0构成的稳压电路产生一个5v的电压输出。ams1117-5.0电源模块上有一个发光二极管，当电路正常工作时，会将该红色发光二极管点亮，用于显示硬件系统的工作电源。5v电源模块设计如图4所示。

由于传感器模块在低电压工作，供电电压为2.16-3.6v，所以还需要设计一个输出为3.3v的电源模块。将ams1117-5.0输出的5v电源接入gm1117-3.3的vin脚，gnd是接地脚，vout作为输出脚就可以得到3.3v的电压了。为了性能比较好，还可以在2,3两个管脚分别接两个10uf的对地电容，如图5所示。以上所涉及的电源模块电路的设计可以满足本实施例对于电源的需要。

优选的，在本实施例中，采用的hmc5883l传感器是一种高集成模块，是一种三轴传感器。它能通过和一些特殊的辅助电路结合达到对磁场进行检测的目的。当对该传感器提供工作电源时，在任一方向上的进入到量测轴的磁场都能够被转化成电压输出，且该电压为差分型。此外由于所采用的为amr传感器，其分辨率可达到5毫高斯同时功耗不大于100ua。它使用时比较方便简单，测量准确度高，测量范围广，尺寸小，方便测试而且价格低。hmc5883l区别于传统的单轴或者双轴磁阻传感器，它的优势是很明显的。它可以同时检测x轴、y轴和z轴的磁场，集成度更高，利用自身所集成的置位/复位功能可以实现消磁、自测，通过偏置驱动器进行偏移补偿。它是一种体积很小的高集成模块，内部嵌有一个弱磁的传感器，并采用数字化的接口，同时价格低。hmc5883l磁阻传感器精度高，轴向灵敏度高。该传感器对自然磁场的大小、方向等信息进行主要是因为其带有的对于正交轴低敏感行的结构，同时测量范围很广，从毫高斯到8高斯，且集成度高。honeywell的磁传感器在低磁场传感器行业中是灵敏度最高和可靠性最好的传感器。磁阻传感器是在硅片上固定一个由镍铁也可以称作为坡莫合金制作的薄膜而形成的一种带式电阻元件，其中的电桥是由4个尺寸相同的磁阻元件构成的，如图6所示；从图中可以看出，这四个磁阻原件采用相互对齐的结构从而构成一个公共敏感轴，在敏感轴上，如果磁场不断增强那么电压也会随着增大，输出电压仅仅和顺着轴向上方位的磁阻元器件有存在关系，所以只要其他磁阻电桥位于与敏感轴轴相正交的方向上的时候，对于除此以外任何方向上的磁场精度都可以准确的测量。当对其外加工作电源，在任一方向上的进入到测量轴的磁场都能够被转化成电压输出，且该电压的形式为差分型；对于采用3个垂直的磁阻电桥而形成的三轴磁阻传感器，可以对沿着3个轴方向上的磁场强度进行测量；hmc5883l的引脚定义如图7所示。

磁阻传感器hmc5883l的电路如图8所示。外接+3.3v电源。由于现实中的交通情况复杂而且不断流动，且本实施例对于车流信息的采集是通过检测当车辆通过时对于自然磁场所引起的变化，所以不需要设置偏置电流，因此对其功能段悬空处理即可。scl脚接主控芯片stc12c5a60s2的p1.0管脚，sda脚接主控芯片p1.1管脚，drdy脚悬空，gnd脚接地。由于hmc5883l是置位/复位带驱动的桥式电路，通过内部的fets将高低位周期短的脉冲作用于其置、复位带，可以将其等效为电阻。所以对于传感器模块的外部电路不需要再设计相应的置、复位功能。对于每次测量，该模块会自动进行置位和复位操作。当分别接收到置位和复位的脉冲信号时，会分别测量一次磁场强度，并将其测量值进行作差并取该数值的一半存储到三个轴的输出寄存器中，通过该种方式，就可以消除传感器本身或温度所引起的偏差。

优选的，在本实施例中，采用stc12c5a60s2/ad/pwm单片机实现控制，stc12c5a60s2是具有单个时钟、单个机器周期(1t)的单片机，具有高速、低功耗、超强抗干扰等多种优点，与常用的51单片机在指令代码上相互兼容,相比其运算速度提高了10倍左右，指令代码不仅与常用的51型单片机相互兼容,而且其速度还比传统8051型单片机的速度快了8-12倍。且集成了由max810芯片构成的复位电路,硬件看门狗，内部集成了2路pwm输入,2路通用全双工异步串行口(uart)，8路高速10位a/d转换(250k/s，即25万次/秒),并且具有isp和iap而不需要使用编程器和仿真器而直接在应用和系统中编程，并通过串口通信的方式将目标程序烧入。适用于对电机的控制以及一些需要强干扰场合下进行工作的机器。此单片机软件可编程的自由度较大，可通过多种语言编程实现各种算术算法或逻辑控制。而且体积小，所需外围硬件电路少且设计简单。内部集成8路10位高速a/d转换模块可以用于处理放大后的模拟信号。且具有两路串行口可以用于无线串口与上位机的通信，实现无线控制。另外stc12c5a60s2在工业控制上应用广泛，对于其外围电路的设计和与之相对应的编程技巧都已经有一个成熟的体系。stc12c5a60s2内部a/d转换模块其转换速率可达到25万次每秒。stc12c5a60s2系列单片机的模数转换器采用的逐次比较型的结构，其特点是转换速度快且功耗低。可直接使用单片机工作电压作为模拟参考电压。

stc12c5a60s2最小系统电路如图9所示。工作电压采用ams1117-5.0输出的5v电压，并利用0.1uf的电容滤除电源高频纹波。外围电路相对简单，只需一个复位电路和一个晶振电路即可。

单片机晶体振荡器为系统提供最基本的工作时钟信号脉冲。该脉冲关系到单片机的工作速度。本实施例选用11.0592m晶振为单片机的工作频率。晶振与单片机引脚xtal1和脚xtal2构成的振荡电路会产生一个谐波，虽然这个谐波对电路的影响不大，但会降低时钟振荡器的稳定性。因此，通过采用2个大小为22pf的电容对晶振的输出信号进行滤波消除高频波纹从而提高时钟的稳定性。晶振电路如图10所示。

优选的，在本实施例中，无线传输电路采用xl02-232ap1微功率无线透明传输模块,其具有性能良好的无线收发ic和atmel单片机专业制造，抗干扰性好，通讯稳定可靠，可以通过串口传输数据，电路连接方便，不会出现数据丢失，且反应速度较快。

xl02-232ap1无线传输模块的通信信号可以实现点对点的相互传输，但不能同时进行，该模块初始化的工作通信模式是作为数据的接受端。本实施例利用该无线传输模块通过设计一个主站和若干个从站的结构，实现一个点和多个点之间的信息传输模式，其中主站只用来接收信息而从站只用来发送信息，并对这些站点进行位置编码。从站所发送的信息都带有相应的位置编码，然后把收到的数据依据相应从站的地址码来判断发送来的数据来自哪个车道检测点。为了消除干扰，上述的工作都需要编写上层协议，确保接收到的是没有丢帧的完整数据。

xl02-232ap1无线传输模块的工作电源为5v的直流电压，额定电流为0.06a，可以和其他设备共用电源，并要保证可靠接地以及供电。本实施例采用与其余电路共用由ams1117-5.0输出的+5v电源，工作状态稳定。将其输出引脚txd和数据接收输入引脚rxd分别接至单片机的数据接收输入引脚rxd和输出引脚txd。置位功能set为参数设置功能端，当该引脚输入为低电平时开启设置功能并点亮绿灯，不使用该功能时可将该引脚置位高电平或悬空。模块与单片机接口连线如图11所示。

优选的，在本实施例中，lcd1602工业字符型液晶显示，可以显示32个字符，排列为两行16列。lcd1602是一种点整型液晶，它是专门用来显示数字，字母，符号的。由多个点阵字符位相互排列起来，常用的点阵个数由5*11或者5*7，每个点阵构成的字符位可以显示一个字符，任意两个字符位有一个点阵的间距，可以将字符间隔起来。在本实施例中，液晶显示主要显示的是字符和数字，所以用lcd1602是适合的。

如图12所示本实施例的显示模块采用的是lcd1602液晶显示屏，lcd1602就是字符型液晶显示模块，其可以显示16×2个字符，工作电压范围为4.5—5.5v，最佳工作电压为5.0v，在5.0v工作电压下的工作电流为2.0ma，字符的尺寸为2.95×4.35(w×h)mm；lcd1602引脚定义如表1所示。

表1lcd1602引脚定义表

lcd1602液晶显示模块主要是用于系统的初期测试，实际产品应用设计中无需显示模块。字符型液晶显示模块lcd1602电路如图13所示。工作电压及背光源都采用ams1117-5.0输出的5v电压。由于当stc12c5a60s2单片机p0口作为输入/输出口时，p0是一个8位准双向口，内部已有弱上拉电阻，所以p0口作为显示模块的数据输出口时，无需外接上拉电阻便可直接与液晶显示模块相应管脚连接。

较佳的，在本实施例中，进行如下实验测试：

将三轴磁阻传感器水平放置在地面上，令x轴的方向为正北方向，则y轴指向正西方向，z轴竖直向上。实验过程中，汽车的移动方向由西向东从磁阻传感器的正上方经过，得到如表2所示的测试数据结果，数据输出结果图如图14所示。实验测试中距离为磁阻传感器与车头的距离。

表2测试结果数据表

从实验数据中可以经看出，在汽车距离磁阻传感器较远的时候，三个轴向上的电压是不变的因为磁场没有受到汽车的干扰。当车辆距离磁阻传感器一定距离时，磁场受到扰动，传感器轴向上的电压开始改变。从实验结果来看，x轴最早开始变化，但总体上变化的幅度不大，且主要波动在车头已经经过磁阻传感器上方之后，y轴波动幅度小于x轴，几乎趋于平稳。z轴电压在汽车经过正上方之前有小幅度的增加，但当车头经过磁阻传感器上方以后可以看到z轴电压有一个明显的大幅度的下降，距离慢慢变大之后才渐渐上升恢复到原来的状态。所以实验结果表明z轴的变化是最大的。

由于x轴和y轴在水平方向，可能会因为指向的不同对结果产生影响，而z轴竖直向上，水平方向上的改变不会在成影响，所以利用z轴的电压来判断是否有车辆经过是可行的。

结合软件部分，只要通过建立适合的阈值，就可以排除如其他车道车辆的干扰和两车头尾相接距离近的干扰，做到比较精准的对车流量进行检测。

较佳的，在本实施例中，使用stc12c5a60s2单片机最为最小控制系统，使用hmc5883l作为传感器节点的系统。通过加入无线模块，传感器与主控系统联系，实现对车流量的检测。车辆信息收集系统主要收集来自道路路面下磁阻传感器采集到的车辆信息，并实时发送到上位机控制端系统，方便交警知晓道路交通情况，及时作出应对措施。本实施例对于智能交通系统的控制中所遇到的稳定性，检测精确性，节能环保等问题有重要意义。无需控制室管理人员一直盯住视频监控画面，可以通过声音或短信知晓交通情况。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。