专利名称：车辆检测装置及检测方法
技术领域：
本发明涉及一种车辆检测装置及检测方法，特别适用于智能交通系统中交通参数检测及 电子警察系统中交通违法车辆的检测，可测量车辆速度、长度及统计车流量。
背景技术：
目前，已有适合在地球磁场环境中检测由车辆引起的地球磁场扰动的集成磁传感器生产， 并开始在智能交通、电子警察等领域用磁传感器车辆检测器代替传统的感应线圈检测器。美 国专利5877705公开了一种使用磁传感器测量车辆速度的传感器装置。
磁传感器车辆检测器通过检测地球磁场的变化检测车辆存在。在美国专利5877705中， 采用2路相同的传感器电路检测车辆，当车辆通过2个传感器后，通过比较2个传感器电路 的输出波形，找到被测车辆上同一位置通过2个传感器的时间差，用于计算出车辆速度。为 使用微处理器对磁传感器电路输出的模拟波形信号进行数据处理，检测信号通过微分放大电 路转换成逻辑二进制信号，每当逻辑信号变成"0"时，微处理器记录模拟信号的幅度值和该 时刻的测量时间，用这种方式，提取车辆通过传感器时检测电路输出的模拟信号波形特征， 微处理器对2个传感器电路输出的波形特征数据进行处理后，找到波形数据中具有相同特征 值的时间差，计算速度。
在美国专利5877705中，为得到传感器电路输出的模拟信号波形特征，传感器电路、微 分放大电路及相应逻辑电路部件都工作在连续加电状态，且无论有无车辆存在，都需要消耗 电源，而这类车辆检测器通常是以电池供电，且埋设在车道中央需长期使用，如此导致能源 的浪费较为严重，在资源比较匮乏的今天，如何有效的节约能源同时又能满足车辆检测的需 要实已成为本领域技术人员亟待解决的难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车辆检测装置，以延长使用时间。 本发明的另一目的在于提供一种车辆检测方法，以有效节约电能。
为了达到上述目的，本发明提供的车辆检测装置，包括电源；分别与所述电源相连接 的第一及第二电源控制开关；分别顺序间隔设置在待测车辆经过的道路中，所述第一车辆检 测单元通过所述第一电源控制开关与所述电源相连接，所述第二车辆检测单元通过所述第二 电源控制开关与所述电源相连接，两者分别用于当有车辆经过各自所在的位置时进行测量所 获得的测量值的第一及第二车辆检测单元；用于控制所述第一及第二电源控制开关的开闭以 使所述第一及第二车辆检测单元处于不连续通电状态，并且用于根据所述第一及第二车辆检 测单元的测量值和各自预先测出的第一及第二初始值判断出车辆同一位置点分别经过所述第 一及第二车辆检测单元时的时间，并根据所判断出的时间及第一及第二车辆检测单元之间的
间隔计算所述车辆车速的中央控制单元；用于将所述中央控制单元获得的数据予以传送及接 收外部传送至的数据的通讯单元。
其中，所述第一及第二车辆检测单元分别包括磁传感器及、所述磁传感器相连接的运 算放大器、及将所述磁传感器和运算放大器置位/复位的置位/复位电路，所述中央控制单元 包括用于将所述第一车辆检测单元的测量值进行模数转换的第一模数转换器、根据所述第
一模数转换器生成的数字测量值生成相应比较电压的数模转换器、与所述第二车辆检测单元 相连接且用于将所述第二车辆检测单元获得的测量值进行模数转换的第二模数转换器、用于 将所述数模转换器生成的数字测量值及所述第二车辆检测单元获得的测量值进行比较以判断 出车辆同一位置经过第二车辆检测单元的比较器、及用于根据所述第一模数转换器的输出及
所述比较器的输出控制所述第二电源控制开关开闭和判断车辆同一位置点经过所述第一及第 二检测单元的时间并进行计算，同时还用于根据所述第一模数转换器的输出控制所述第一电 源控制开关的开闭的微处理器，所述电源、第一及第二电源控制开关、第一及第二车辆检测 单元、中央控制单元及通讯单元密封在一圆柱形壳体中，所述通讯单元采用无线方式收发数 据，所述第一及第二电源控制开关分别为晶体三极管。
此外，本发明的车辆测量检测方法，包括步骤1)中央控制单元输出周期性采样控制信
号控制第一电源控制开关使第一车辆检测单元与电源连通；2)第一车辆检测单元开始进行车 辆检测以判断是否有车辆通过其所在的位置；3)当所述第一车辆检测单元判断出没有车辆通 过时，所述中央控制单元控制所述第一电源开关以使所述第一车辆检测单元与电源断开使其 处于停止工作状态；4)当所述第一车辆检测单元判断出有车辆通过时，所述中央控制单元记 录所述第一车辆检测单元此时的第一测量值与其预先测出的第一初始值之间的第一差值及此 时时间，同时控制第二电源开关使所述第二车辆检测单元与所述电源接通以使其开始检测工 作；5)当所述第二车辆检测单元检测到的第二测量值与其预先测出的第二初始值之间的第二 差值与所述第一差值相等时，所述中央控制单元根据记录此时的时间，并控制所述第二电源 控制开关以使所述第二车辆检测单元与所述电源断开；6)所述中央控制单元根据所述第一及 第二车辆检测单元间隔的距离和记录的时间计算通过车辆的车速；7)将所述车速数据予以传
送。
其中，在所述步骤6)与7)之间还包括步骤(1)在同一车辆通过的时间段内所述第一 及第二车辆检测单元先后多次进行检测以获得相应多个车速；(2)对所述多个车速数据进行
处理，以获得平均车速值，所述车辆测量检测方法还包括步骤a、所述中央控制单元记录所
述第一车辆检测单元的检测值回复至所述第一初始值的回复时间，并根据所述回复时间、记
录所述第一测量值的时间及所述车速计算通过车辆的车长；b、所述中央控制单元统计预设时 间段内通过所述第一及第二车辆检测单元的车辆数目。
综上所述，本发明的车辆检测装置及检测方法通过在无车辆通过时断开检测单元使其处 于断电状态可有效节约电能，同时也可延长装置的使用寿命。
图1是本发明的车辆检测装置的实施例的电路原理图。
图2是本发明的车辆检测装置的第一电源控制开关和第一车辆检测单元原理图。
图3是本发明的车辆检测方法的操作步骤示意图。
图4是本发明车辆检测装置的安装使用示意图。
图5是现有车辆检测装置的传感器电路连续加电工作时的输出波形示意图。
图6是本发明车辆检测装置的在采用图3中所述的流程时第一车辆检测单元和第二车辆 检测单元输出波形示意图。
具体实施例方式
请参阅图1及图2，本发明的车辆检测装置至少包括电源l、第一及第二电源控制开关 2及8、第一及第二车辆检测单元3及9、中央控制单元4、及通讯单元ll。
所述电源l用于供应各部件所需要的电能，其采用锂电池。
所述第一电源控制开关2与所述电源及第一车辆检测单元3相连接，其采用MOSFET晶体 三极管电路，所述第二电源控制开关8与所述电源1及第二车辆检测单9相连接，其也采用 MOSFET晶体三极管电路。
所述第一及第二车辆检测单元3及9分别顺序间隔设置在待测车辆经过的道路中，所述 第一车辆检测单元通过所述第一电源控制开关与所述电源相连接，所述第二车辆检测单元通
过所述第二电源控制开关与所述电源相连接，两者分别用于当有车辆经过各自所在的位置时 进行测量所获得的测量值，如图2所示，所述第一及第二车辆检测单元分别包括磁传感器
12、与所述磁传感器12相连接的运算放大器13、及将所述磁传感器和运算放大器置位/复位 的置位/复位电路，在本实施方式中，磁传感器使用Honeywell公司生产的AMR传感器，运算 放大器使用低功耗运放，所述第一及第二车辆检测单元3及9两者间隔50cm设置在道路中。 所述中央控制单元4用于控制所述第一及第二电源控制开关的开闭以使所述第一及第二 车辆检测单元处于不连续通电状态，并且用于根据所述第一及第二车辆检测单元3及9的测 量值和各自预先测出的第一及第二初始值判断出车辆同一位置点分别经过所述第一及第二车 辆检测单元3及9时的时间，并根据所判断出的时间及第一及第二车辆检测单元3及9之间 的间隔计算所述车辆车速，其包括用于将所述第一车辆检测单元的测量值进行模数转换的 第一模数转换器5 (ADC1)、根据所述ADC1生成的数字测量值生成相应比较电压的数模转换 器6 (DAC)、与所述第二车辆检测单元9相连接且用于将所述第二车辆检测单元9获得的测 量值进行模数转换的第二模数转换器10 (ADC2)、用于将所述DAC生成的数字测量值及所述 第二车辆检测单元9获得的测量值进行比较以判断出车辆同一位置经过第二车辆检测单元的 比较器7、及用于根据所述ADC1的输出及所述比较器的输出控制所述第二电源控制开关2开 闭和判断车辆同一位置点经过所述第一及第二检测单元的时间并进行计算，同时还用于根据
所述第一模数转换器的输出控制所述第一电源控制开关的开闭的微处理器4，所述微处理器4 使用摩托罗拉单片机，模数转换电路5 (ADC1)、数模转换电路6 (DAC)、比较器7、模数转 换电路IO (ADC2)使用摩托罗拉单片机内部具有的相应功能模块。
所述通信单元11用于将所述中央控制单元4获得的数据予以传送及接收外部传送至的数 据，其采用无线方式收发数据，在本实施方式中，其也釆用摩托罗拉单片内部具有的相应功 能电路。
更为具体的说，第一电源控制开关2的电源输入端S与电源1的输出端Vdd连接，其控 制输入端G接入中央控制单元4输出的开关控制信号1，第一电源控制开关2的输出端D与第 一车辆检测单元3的电源输入端Vc连接，第一车辆检测单元3的模拟信号输出端0与模数转 换电路ADC1的输入端连接，第二电源控制开关8的电源输入端S与电源1输出端Vdd连接， 其控制输入端G接入中央控制单元4的开关控制信号2，第二电源控制开关的输出端D与第二 车辆检测单元9的电源输入端Vc连接，第二车辆检测单元9的模拟信号输出端0分别与模数 转换电路ADC2的输入端和比较器7的(+ )端相连，数模转换电路6 (DAC)的输出端与比较 器7的(-)端连接，比较器7的输出端IRQ与微处理器的中断输入端连接，模数转换电路ADC1、 ADC2、数模转换电路DAC的数据及控制线与微处理器的数据、控制线连接。 再请参见图4，在本实施方式中，所述第一及第二车辆检测单元3及9中的2个磁传感器 间隔一定距离，即相距50cm，其和第一及第二电源控制开关、中央控制单元及通讯单元等全 部电路装配在一个圆形印制电路板上，电路板及电池密封装配在一圆柱形结构壳体中，圆柱 形壳体直径600ram，高200mm，使用时，埋设在车道中央，其中图3的灰色区域即为车道。 在没有车辆存在时，2个磁传感器处于稳定的地球磁场环境中，第一及第二车辆检测单元也各
保持一个稳定输出，通过微处理器中的模数转换电路，采样转换成基准值被保存，作为判断 是否有车辆存在的比较标准。当检测电路的输出与基准值不等时，所述中央控制单元判断出
有车辆存在，启动测量程序，直到车辆通过，检测电路的输出再次稳定到基准值上。
本发明的车辆检测方法即采用所述车辆检测装置进行，其检测流程按图3执行，主要包 括以下步骤
第一步在初始化过程中，所述中央控制单元输出闭合的开关控制信号1和2使第一及第二 电源控制开关分别闭合，此时，第一及第二车辆检测单元各自测量所处位置的地球磁场，再 分别通过模数转换电路ADC1和ADC2把第一和第二车辆检测单元输出的模拟信号分别转换成 第一初始值及第二初始值，以所述第一初始值及第二初始值作为车辆检测的环境基准值。 第二步中央控制单元输出断开的开关控制信号1和2使第一及第二电源控制开关分别断开， 进而使第一及第二车辆检测单元处于断电状态。
第三步中央控制单元输出周期性采样控制信号控制第一电源控制开关使第一车辆检测单元
与电源连通。
第四步第一车辆检测单元开始进行车辆检测以判断是否有车辆通过其所在的位置，即由ADC1
将第一车辆检测单元的当前测量值转换为第一测量值，再由中央控制单元判断所述数字测量 值是否大于第一初始值，若是执行第五步，否则执行第十步。
第五步所述中央控制单元记录所述第一车辆检测单元此时的第一测量值与所述第一初始值 之间的第一差值及此时时间，同时控制第二电源开关使所述第二车辆检测单元与所述电源接 通以使其开始检测工作。
第六步当所述第二车辆检测单元检测到的第二测量值与其预先测出的第二初始值之间的第 二差值与所述第一差值相等时，所述中央控制单元根据记录此时的时间，并控制所述第二电 源控制开关以使所述第二车辆检测单元与所述电源断开，在本实施方式中，由所述中央控制 单元将所述第一差值与第二初始值相加后将所得结果经过DAC转换为模拟信号后输出值比较
器的(一)端，当第二车辆检测单元输出到比较器(+)端的值超过(一)端时，所述中央 控制单元根据此时比较器输出的信号记录此时的时间。
第七步所述中央控制单元根据所述第一及第二车辆检测单元间隔的距离和记录的时间计算 通过车辆的车速，例如，所述中央控制单元在0.035毫秒记录了第一差值，而在0.036毫秒 时第二差值和第一差值相等，由于所述第一及第二车辆检测单元间隔的距离为50cm,所以车 辆的车速为0. 05/0. 0001=500m/s。
第八步将所述车速数据予以传送，即将其发送至设置在路边的接收器中。
第九步所述中央控制单元记录所述第一车辆检测单元的测量值回复至所述第一初始值的回
复时间，并根据所述回复时间、记录所述第一测量值的时间及所述车速计算通过车辆的车长，
同时所述中央控制单元输出断开的开关控制信号1使第一车辆检测单元与电源断开，即当ADC1 将第一车辆单元的测量值转换为数字值后，将此数字值与第一初始值进行比较，当两者相等
时即说明车辆已完全通过第一车辆检测单元，此时所述中央控制单元记录此时的回复时间， 然后即可计算处通过车辆的车长。
第十步所述中央控制单元控制所述第一电源开关以使所述第一车辆检测单元与电源断开使
其处于停止工作状态。
此外，为使测量更为准确，可在第七步与第八步之间再进行多次测量，以获得相应的车速， 然后对获得的多个车速值进行优化以获得平均车速值，当然中央控制单元还可统计出预设的 时间段(例如一天、 一个月等)内经过的车辆数目，统计方法简单且为本领域技术人员所熟 悉，故在此不再赘述。
由上述可知，当车辆检测装置接通电源且被埋设到车道中，中央控制单元即通过第一及第
二电源控制开关控制第一及第二车辆检测单元进入循环检测周期，请参见图6，其为测量过程 中第一车辆检测单元和第二车辆检测单元输出的波形图，此为在一次测量程序中进行2次速 度测量的波形示意图，波形中用点表示的部分表示没有输出。第一车辆检测单元输出波形TP1 为采样输出不连续，但其波形轮廓与连续波形相同，而第二车辆检测单元只在需要测量时间 内加电，因此，其输出波形TP2只是连续波形的一少部分，同样可以测量得到两者输出波形 的时间差At。而在现有技术中，传感器1和传感器2都处于连续加电工作状态，两者输出的 波形示意图如图5所示，其中，传感器2输出波形滞后于传感器1输出波形一个时间差At， 通过测量这个时间差可计算车辆速度，对比图5，本发明的车辆检测装置明显减少了检测单元 的加电工作时间，但是仍能得到正确测量结果。
综上所述，本发明的车辆检测装置及检测方法相比于现有技术，可节省更多的电源消耗。 对于连续车流，假定车辆之间的间距都与车身长度相同，即车辆检测时有车时间和无车时间 相同，且本发明中设定第一车辆检测单元的采样工作时间与停止时间为1: 1，则本发明中车
辆检测单元与现有技术中相同功能电路的电源消耗比率最少是1.5: 4，如果縮短采样工作时 间，则消耗的电源比现有技术更少，更能延长车辆检测装置的使用时间。
权利要求
1.一种车辆检测装置，其特征在于包括电源；第一及第二电源控制开关，分别与所述电源相连接；第一及第二车辆检测单元，分别顺序间隔设置在待测车辆经过的道路中，所述第一车辆检测单元通过所述第一电源控制开关与所述电源相连接，所述第二车辆检测单元通过所述第二电源控制开关与所述电源相连接，两者分别用于当有车辆经过各自所在的位置时进行测量所获得的测量值；中央控制单元，用于控制所述第一及第二电源控制开关的开闭以使所述第一及第二车辆检测单元处于不连续通电状态，并且用于根据所述第一及第二车辆检测单元的测量值和各自预先测出的第一及第二初始值判断出车辆同一位置点分别经过所述第一及第二车辆检测单元时的时间，并根据所判断出的时间及第一及第二车辆检测单元之间的间隔计算所述车辆车速；通讯单元，用于将所述中央控制单元获得的数据予以传送及接收外部传送至的数据。
2. 如权利要求1所述的测量检测装置，其特征在于所述第一及第二车辆检测单元分别包 括磁传感器、与所述磁传感器相连接的运算放大器、及将所述磁传感器和运算放大 器置位/复位的置位/复位电路。
3. 如权利要求1所述的测量检测装置，其特征在于所述中央控制单元包括用于将所述 第一车辆检测单元的测量值进行模数转换的第一模数转换器、根据所述第一模数转换 器生成的数字测量值生成相应比较电压的数模转换器、与所述第二车辆检测单元相连 接且用于将所述第二车辆检测单元获得的测量值进行模数转换的第二模数转换器、用 于将所述数模转换器生成的数字测量值及所述第二车辆检测单元获得的测量值进行 比较以判断出车辆同一位置经过第二车辆检测单元的比较器、及用于根据所述第一模 数转换器的输出及所述比较器的输出控制所述第二电源控制开关开闭和判断车辆同 一位置点经过所述第一及第二检测单元的时间并进行计算，同时还用于根据所述第一 模数转换器的输出控制所述第一电源控制开关的开闭的微处理器。
4. 如权利要求1所述的测量检测装置，其特征在于所述电源、第一及第二电源控制开 关、第一及第二车辆检测单元、中央控制单元及通讯单元密封在一圆柱形壳体中。
5. 如权利要求1所述的测量检测装置，其特征在于所述通讯单元采用无线方式收发数 据。
6. 如权利要求l所述的测量检测装置，其特征在于所述第一及第二电源控制开关分别为晶体三极管。
7. —种车辆测量检测方法，其特征在于包括步骤1) 中央控制单元输出周期性采样控制信号控制第一电源控制开关使第一车辆检测单 元与电源连通；2) 第一车辆检测单元开始进行车辆检测以判断是否有车辆通过其所在的位置；3) 当所述第一车辆检测单元判断出没有车辆通过时，所述中央控制单元控制所述第 一电源开关以使所述第一车辆检测单元与电源断开使其处于停止工作状态；4) 当所述第一车辆检测单元判断出有车辆通过时，所述中央控制单元记录所述第一 车辆检测单元此时的第一测量值与其预先测出的第一初始值之间的第一差值及此 时时间，同时控制第二电源开关使所述第二车辆检测单元与所述电源接通以使其 开始检测工作；5) 当所述第二车辆检测单元检测到的第二测量值与其预先测出的第二初始值之间的 第二差值与所述第一差值相等时，所述中央控制单元根据记录此时的时间，并控 制所述第二电源控制开关以使所述第二车辆检测单元与所述电源断开；6) 所述中央控制单元根据所述第一及第二车辆检测单元间隔的距离和记录的时间计 算通过车辆的车速；7) 将所述车速数据予以传送。
8. 如权利要求7所述的车辆测量检测方法，其特征在于在所述步骤6)与7)之间还包括步骤(1) 在同一车辆通过的时间段内所述第一及第二车辆检测单元先后多次进行 检测以获得相应多个车速；(2) 对所述多个车速数据进行处理，以获得平均车速值。
9. 如权利要求7所述的车辆测量检测方法，其特征在于还包括所述中央控制单元记录所 述第一车辆检测单元的检测值回复至所述第一初始值的回复时间，并根据所述回复时间、记录所述第一测量值的时间及所述车速计算通过车辆的车长的步骤。
10. 如权利要求7所述的车辆测量检测方法，其特征在于还包括所述中央控制单元统计预 设时间段内通过所述第一及第二车辆检测单元的车辆数目的步骤。
全文摘要
一种车辆检测装置及检测方法，它由两路车辆检测单元、电源控制开关及电池、中央控制单元、通讯单元等部件组成。通过测量车辆从第一个磁传感器前进到第二个磁传感器所用的时间计算车辆行驶速度，测量车辆通过一个传感器所用的时间计算车辆长度，以无线方式把测量结果发送到路边的接收机中，达到测量车辆速度、长度及对检测车辆计数的目的。车辆检测装置使用电池供电，各组成部件密封装配在圆柱形结构壳体中，当无车辆通过时，车辆检测单元处于断电状态，如此可延长装置的使用寿命。本发明具有集成化程度高、安装使用方便的特点，特别适用于智能交通及电子警察领域中作为车辆检测、速度测量、流量统计等使用。
文档编号G01P3/66GK101344987SQ20071004382
公开日2009年1月14日 申请日期2007年7月13日 优先权日2007年7月13日
发明者孙立军, 杜豫川, 岗 牛 申请人:同济大学;上海肇津交通电子科技有限公司