一种交通信息检测实验箱的制作方法

本实用新型涉及交通信息检测设备，特别涉及一种交通信息检测实验箱。

背景技术：

自1769年，法国人N·J·居纽制造了用煤气燃烧产生蒸汽驱动的三轮汽车以来，随着工业化的发展、国民经济进步人民生活水平不断提升，购买一辆汽车不再是一个遥不可及的梦想，汽车得以飞入千家万户。这也就使得交通道路上的机动车辆数量迅猛增加，道路交通压力倍增。现今如何实现道路交通的安全高效通行成为一个急需解决的问题。这也是交通部门最为头疼的问题，随之以交通为主的院校越来越受到考生的青睐。那么如何让学生在课室就能直观的了解到交通信息采集系统的系统组成、其工作原理什么、各种检测方式优缺点等等。交通信息采集实验系统的出现，填补了国内此类教学用具的空白。

交通信息是城市交通规划和交通管理的重要基础信息，通过获取全面的、丰富的、实时的交通信息不但可以把握城市道路的发展现状，而且可以对未来发展进行预测，为城市交通规划和交通管理部门的正确决策提供科学依据。

交通信息可大致分为两种，即静态交通信息和动态交通信息。静态交通信息主要包括公路网信息、交通管理设备信息等交通基础设施信息，可以通过交通统计部门、交通道路规划部门和交通管理局等相关部门获取。对于动态交通信息，是对于时间与空间而言相对不断变化的一系列的信息，如：车流量、道路占用率、行车速度等，这些都需要通过交通信息收集系统来获取。市场常见的信息采集传感器主要有以下几种：

1、环形感应线圈

环形线圈检测器是传统的交通检测器，是目前世界上用量最大的一种检测设备。可全天候精确监控车辆通过与存在状态的可靠的方法，是目前国内外使用最为广泛的车辆检测装置。车辆通过埋设在路面下的环形线圈，引起线圈磁场的变化，检测器据此计算出车辆的流量、速度、时间占有率和长度等交通参数，并上传给中央控制系统，以满足交通控制系统的需要。此种方法技术成熟，易于掌握，并有成本较低的优点。

这种方法也有以下缺点：(1)线圈在安装或维护时必须直接埋入车道，这样交通会暂时受到阻碍。(2)埋置线圈的切缝软化了路面，容易使路面受损，尤其是在有信号控制的十字路口，车辆启动或者制动时损坏可能会更加严重。(3)感应线圈易受冰冻、路基下沉、盐碱等自然环境的影响。(4)感应线圈由于自身的测量原理所限制，当车流拥堵，车间距小于3m的时候，其检测精度稍有下降，有些厂商的产品甚至无法检测。

2、压电检测

按材料分压电检测器可分为压电单晶、压电多晶和有机压电材料。其原理是是利用某些电介质受力后产生的压电效应制成的传感器。所谓压电效应是指某些电介质在受到某一方向的外力作用而发生形变(包括弯曲和伸缩形变)时，由于内部电荷的极化现象，会在其表面产生电荷的现象。

在交通领域其主要用于公路车辆轴载超载预判、车辆分类统计、车速监测、闯红灯拍照、触发器、泊车区域监控、收费站地磅、交通信息采集和统计等。

3、微波检测

该设备是一种雷达探测器，利用多普勒效应检测车辆，不仅可以检测交通量，还可以测速，从而达到检测道路交通信息的目的。

微波检测器是一种工作在微波频段的雷达探测器，它向行驶的车辆发射调频微波，波束被行驶的车辆阻挡而发生反射，反射波通过多普勒效应使频率发生偏移，根据这种频率的偏移可检测出由车辆通过。雷达检测器可安装在单车道道路的正对路中央的半空中以测量驶来或离去车流的交通参数；也可在路旁安装以测量多条车道上车辆的交通参数。波束宽度，即雷达能量所能覆盖的区域，决定于天线的尺寸和雷达孔径。而这些设计特征一般由制造商决定。当车辆从雷达波覆盖区域穿过时，雷达波束由车辆反射回雷达天线，然后进入接受器，通过接受器完成车辆检测并计算出流量、速度及车身长度等交通数据。

4、超声波检测

超声波检测器发射超出人的听觉范围的频率为25～50kHz的声压波，在空气中传播的速度是340m/s。超声波检测器工作原理：利用反射回波原理，当有车辆通过时，由于车辆本身有高度，车的顶部反射超声波，探头收到回波的时间就相应变短，从而就可以判断车辆的存在或通过，以及由时间差所得到的车高。

优点：全天候工作、可检测静止的车辆、车间距很小的车辆、体积小易于安装。缺点：必须顶置、安装条件受到一定的限制、易受风速影响。

5、RFID检测

RFID，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。RFID传感器工作原理：接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的标签信息，或者由标签主动发送某一频率的信号，解读器读取信息并解码后，通过上位机软件处理后显示出相应的信息。

6、红外检测

红外线检测器是基于光学原理的，可以用于信号控制，测量交通量、车型分类，以及通过人行横道的行人。其原理是当车辆经过检测区域时，由于会把红外线遮挡，使得接收端无红外线入射，从而可以得出当前的车辆信息。

7、地磁检测

当铁质物体通过地球磁场时，会引起地磁场的扰动(即磁场强度异常)。磁力检测器通过检测磁场强度的异常来确定车辆出现，即当车辆进入并通过磁力传感器的探测区域时，传感器探测到车辆铁质材料的磁场所造成的地磁场磁力异常。具体变化情况为：当车辆接近磁力传感器的探测区域时，探测区域的磁力线受挤压；当车辆将要通过探测区域时，磁力线沿中心幅合；当车辆正在通过探测区域时，磁力线沿中心辐散。因为车辆均有许多由金属(包括铁和许多其它普通元素)构成的部件，这些金属部件均不同程度的表现出磁铁的磁性，当车辆通过磁力检测器时，车辆金属部件的磁物质与正常的静态的地磁场相互影响，这将引起磁力检测器电子信号的变化，这些信号直接和车辆的磁物质相对应。

因而现有技术还有待改进和提高。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种交通信息检测实验箱，能将地磁、线圈、压电、微波、超声波、RFID、红外检测集于一体，方便教学使用。

为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：

一种交通信息检测实验箱，包括检测实验箱本体，所述检测实验箱本体包括上盒和下盒，所述上盒和下盒在一侧铰接，所述下盒中设置有安装底板，所述安装底板上设置有线圈处理板、压电处理板、微波接口板、红外接口板、超声波接口板、RFID接口板、地磁接口板、主控板、CAN总线装置、若干MCU装置和若干CAN总线装置接口；所述安装接口板上设置有线圈处理板、压电处理板、微波接口板、红外接口板、超声波接口板、RFID接口板、地磁接口板各通过第一MCU装置连接第一第二CAN总线装置，各第二CAN总线装置通过CAN总线装置连接主控板；线圈处理板、压电处理板、微波接口板、红外接口板、超声波接口板、RFID接口板、地磁接口板与通过灰排线与相应的传感器电连接。

所述的交通信息检测实验箱中，所述装底板上还设置有两个USB接口，所述USB接口连接主控板。

所述的交通信息检测实验箱中，所述装底板上还设置有DC接口和电源开关，所述DC接口和电源开关均连接主控板。

所述的交通信息检测实验箱中，所述DC接口为DC12V2A直流电源接口。

所述的交通信息检测实验箱中，所述装底板上还设置有网络接口，所述网络接口连接主控板。

所述的交通信息检测实验箱中，所述下盒中还设置有支架，所述安装底板固定在所述支架上。

相较于现有技术，本实用新型提供的交通信息检测实验箱，包括检测实验箱本体，所述检测实验箱本体包括上盒和下盒，所述上盒和下盒在一侧铰接，所述下盒中设置有安装底板，所述底板上设置有线圈处理板、压电处理板、微波接口板、红外接口板、超声波接口板、RFID接口板、地磁接口板、主控板、CAN总线装置、若干MCU装置和若干CAN总线装置接口。本实用新型整合了地磁、线圈、压电、微波、超声波、RFID、红外7种传感器技术于一体，综合CAN总线、RS232、Zigbee、Wifi等4种物联网通讯技术、上位机软件，设计了集成底板，并采用装置化设计可自由替换不同的装置，替换装置后只需重新烧录单片机程序即可。并提供相关开发套件，配备丰富实验内容的实验指导书，实现学生在交通信息收集系统认知、方案实现、系统方案设计与集成和单片机程序设计开发等能力的培养，实现教师实验教学工作零负担，并为教师开展科研工作提供基础环境。设备操作安全、易维护、易扩展。

附图说明

图1为本实用新型提供的交通信息检测实验箱的结构示意图。

图2为本实用新型提供的交通信息检测实验箱的结构框图。

具体实施方式

本实用新型涉及道路交通信息检测技术领域，交通信息检测实验箱集地磁、线圈、压电、微波、超声波、RFID、红外7种传感器技术于一体，综合CAN总线、RS232、Zigbee、Wifi等4种物联网通讯技术的交通信息检测实验平台。具体设计是多种传感器融合检测技术、单片机控制、以及物联网等技术有机结合的实验系统。适用于高校实验教学，能为《交通数据采集与处理》、《交通管理与控制》、《单片机原理及其应用》、《C语言程序与应用》、《传感器技术》，以及《交通信息网络与通信》等课程提供教学实验和课程设计等支撑，具有针对传感器相关原理学习、交通信息检测器学习、车辆检测算法研究、物联网通信技术的研究、STC系列单片机实验研究等功能。

为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1，本实用新型提供的交通信息检测实验箱，包括检测实验箱本体，所述检测实验箱本体包括上盒10和下盒20，所述上盒10和下盒20在一侧铰接，其特征在于，所述下盒20中设置有安装底板201，所述安装底板201上设置有线圈处理板202、压电处理板203、微波接口板204、红外接口板205、超声波接口板206、RFID接口板207、地磁接口板208、主控板209、CAN总线装置210、若干MCU装置211和若干第二CAN总线装置212接口；所述安装底板201上设置有线圈处理板202、压电处理板203、微波接口板204、红外接口板205、超声波接口板206、RFID接口板207、地磁接口板208各通过第一MCU装置211连接第一第二CAN总线装置212，各第二CAN总线装置212通过CAN总线装置210连接主控板209。

本实施例中，线圈处理板202、压电处理板203、微波接口板204、红外接口板205、超声波接口板206、RFID接口板207、地磁接口板208与通过灰排线与相应的传感器电连接。所述CAN总线装置210和第二CAN总线装置212可替换为WiFi装置或者ZigBee装置，各MCU装置211用于实现相应接口板数据采集及处理功能，其为现有技术，此处不作详述。

在检测时，当车辆经过传感器时传感器采集到信号；采集信号经过接口板的电路处理后传送到各传感器的MCU装置211；MCU装置211将采集到的信号经过滤波及相关算法处理后根据制订的协议经CAN总线装置/Zigbee装置/WiFi装置传输到Mcu主控装置；Mcu主控装置将信息经过相关处理后经USB传输到PC；上位机软件则根据相应数据计算出车速、车长、车高、车重等。

本实用新型整合了地磁、线圈、压电、微波、超声波、RFID、红外7种传感器技术于一体，综合CAN总线、RS232、Zigbee、Wifi等4种物联网通讯技术、上位机软件，设计了集成接口板，并采用装置化设计可自由替换不同的装置，替换装置后只需重新烧录单片机程序即可。并提供相关开发套件，配备丰富实验内容的实验指导书，实现学生在交通信息收集系统认知、方案实现、系统方案设计与集成和单片机程序设计开发等能力的培养，实现教师实验教学工作零负担，并为教师开展科研工作提供基础环境。设备操作安全、易维护、易扩展。

应当理解的是，本实用新型公开的交通信息检测实验箱是一件纯粹的硬件结构，不包含内部的软件或者驱动程序，属于实用新型的保护课题。

请继续参阅图1和图2，所述装接口板上还设置有两个USB接口213，所述USB接口213连接主控板209，通过USB接口213实现与外部电脑进行数据传输。进一步地，所述的交通信息检测实验箱还包括USB数据线。

所述装接口板上还设置有DC接口214和电源开关215，所述DC接口214和电源开关215均连接主控板209。其中，所述DC接口214为DC12V2A直流电源接口，可直接接入电源适配器，由市电供电。并且，在安装接口板201上还设置有保险丝217，在电流突增时，保护整体电路。

请继续参阅图1和图2，所述安装接口板201上还设置有网络接口216，所述网络接口216连接主控板209。所述安装接口板201上还设置有复位开关218，该复位开关218与主控板209电连接，在获取基值不成功，复位相关传感器的MCU装置211。

进一步的，所述下盒20中还设置有支架，所述安装底板201固定在所述支架(图中未示出)上，可固定安装底板201，确保安装底板201受到撞击时，性能不会受影响。更优的，所述底板上设置有安装铜柱，使支架与安装底板201保护预定间距，使安装底板201具有较好的散热效果。

为了更好的理解本发明，以下对本实用新型的交通信息检测实验箱的组装和工作方式进行详细说明：

将安装底板固定在支架上，安装底板上安装各传感器的MCU装置、各传感器的接口板、CAN总线装置、第二CAN总线装置、主控板，并插上连接各个部分的灰排线；在接口板上按照接口板上的提示从上至下分别接上线圈、压电、微波、红外、超声波、RFID、地磁传感器；之后，接上随箱附带的12v电源并打开电源开关；之后，使用随箱附带的两根USB连接线连接到电脑；之后，打开交通信息检测综合管理软件，找到参数设置中串口设置，将其设置为相应的端口号，波特率设置为9600；之后，点击open键，找到实验箱模式，此时可选择检测模式或示波器模式；对通道1～7进行配置，对通道1右键，选择弹出菜单中的第一个线圈。对通道2右键，选择弹出菜单中的第二个压电。同理其他通道按照此对应关系依次配置；双击想要查看的传感器通道(如获取基值不成功，复位相关传感器的MCU装置，重新双击想要查看的传感器通道)，待获取基础值后即可开始检测。

本实用新型的交通信息检测实验箱基于多种传感器，通过配套的交通信息检测综合管理软件获取交通信息检测实验箱的采集数据，对所选取的传感器采集车辆数据进行展示。

其具体操作步骤如下：

步骤1：安装和固定上述设备，将各个装置接口安放在主底板，打开交通信息检测综合管理软件，进行串口设置，配置成相应的端口；

步骤2：根据选择通讯装置，烧写对应的程序；

步骤3：根据教学内容不同，选择不同的实验箱模式；

步骤4：对通道1～7(各种接口板的通道)进行配置。

步骤5：双击想要查看的传感器通道，待获取基础值后即可开始检测。当检测到车辆经过时，软件会自动截取有效波形，并根据相应数据计算出车速、车长、车高、车重等；

步骤6：根据教学深入，进入自主编程研发的模式，可根据开放的源代码及通讯协议，学生可学习单片机编程、及WiFi、ZigBee、CAN总线三种通讯方式的优缺点及原理。

在步骤1中，在交通信息检测实验箱箱中安装和固定主底板、线圈、压电、微波、红外、超声波、RFID、地磁传感器、传感器的接口板、MCU装置、CAN总线装置(可替换成WiFi装置/ZigBee装置)、主控装置，并在各接口板上接上灰排线并将各个传感器接到相应的接口板，然后接上USB线和电源，打开交通信息检测综合管理软件，进行串口设置，配置成相应的端口(端口号可以在设备管理器中的端口中找到)，波特率设置为9600、点击打开设备。

在步骤2中，不同的通讯装置，对应的MCU程序也不相同，此时需更新代码，本实用新型使用实验箱配套的RS232装置和STC烧录软件将附带的对应程序的HEX文件烧录进对应的各个传感器MCU装置中。

在步骤3中，根据教学内容不同，选择不同的实验箱模式，示波器模式中包含三种模式：单通道显示、多通道显示及多通道融合显示，检测模式中包含单通道检测。

在步骤4中，对通道进行配置，对通道1右键，选择弹出菜单中的第一个线圈。对通道2右键，选择弹出菜单中的第二个压电。同理其他五个通道按照此对应关系依次配置；

步骤5中，在单通道检测中，双击想要查看的传感器通道，待获取基础值后即可开始检测。当检测到车辆经过时，软件会自动截取有效波形并持续显示一段时间，且根据相应数据计算出车速、车长、车高、车重等(①车速计算：车辆经过第一个线圈/地磁传感器时，在线圈/地磁传感器检测到最大数值时上位机记录时间T1。当车辆经过第二个线圈/地磁传感器时，在线圈/地磁传感器检测到最大数值时上位机记录时间T2。车辆通过两个传感器时间T＝T2-T1，再由两个传感器的距离L计算出车速V车速＝L/T；②车长计算：车辆经过传感器持续时间T3，车长L车长＝VT3；③车高：由超声波发射和接收回波的时间差T超声波以及超声波的传播速度C超声波，就能得到车辆与超声波传感器的高度d＝C超声波T超声波/2，再由超声波到地面的高度H超声波得出车高H车高＝H超声波-d。④车重计算：压电材料受力后表面产生电荷，电荷经电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。再由单片机AD采样后计算车重)，在示波器通道中配置好通道后，软件自动获取基值，在检测到车辆后会自动截取波形；

步骤6中，根据教学深入，进入自主编程研发的模式，可根据开放的源代码及通讯协议，学生可自行更换不同的传输方式(提供WiFi、ZigBee、CAN总线三种通讯方式，更换其他传输方式时需更新各传感器Mcu装置的代码，更新代码时使用实验箱配套的RS232装置和STC烧录软件将附带的对应传输方式的HEX文件烧录进对应的各个传感器Mcu装置中即可)、了解WiFi、ZigBee、CAN总线通讯方式的优缺点及原理、系统的了解交通信息检测实验箱系统组成及原理、修改通讯协议、修改各个传感器Mcu装置的算法等。

综上所述，本实用新型整合了地磁、线圈、压电、微波、超声波、RFID、红外7种传感器技术于一体，综合CAN总线、RS232、Zigbee、Wifi等4种物联网通讯技术、上位机软件，设计了集成接口板，并采用装置化设计可自由替换不同的装置，替换装置后只需重新烧录单片机程序即可。并提供相关开发套件，配备丰富实验内容的实验指导书，实现学生在交通信息收集系统认知、方案实现、系统方案设计与集成和单片机程序设计开发等能力的培养，实现教师实验教学工作零负担，并为教师开展科研工作提供基础环境。设备操作安全、易维护、易扩展。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。