专利名称：一种车流量和车速的检测方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及车流量及车速检测技术领域，具体是指一种车流量和车速的检测方法及系统。
背景技术：
在城市管理和维护中，交通道路的管理与建设尤为重要，合理的安排道路既可以保证人们日常工作生活的需要，又可以保证社会健康有序地发展，达到事半功倍的效果。车流量和车速的检测是智能交通管理的基础部分，是分析道路情况的重要指标，在系统中占有重要地位，可为评估道路拥堵状况，提供详细的数据，对于判断及避免道路堵塞情况，及时准确地监测对于疏导交通、制定道路改造方案都有着重要的意义。交通流量检测系统就是一种对车流量进行统计与记录的系统，利用它可以实现对·道路交通的有效及合理的控制管理。目前，有关的交通流量检测的方法及系统很多，但均存在操作计算方法复杂，或检测设备结构复杂的问题，不利于普及、推广。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种操作简单，准确率高的利用热释电红外传感器来测量车流量和车速的检测方法及系统。本发明是这样的实现的，一种车流量和车速的检测方法，包括以下步骤
将两个与一单片机连接的热释电红外传感器沿道路长度方向分开一定距离安装于道
路上方或侧方，且所述两个热释电红外传感器处于同一平面上；
第一热释电红外传感器探测到一车辆驶入时输出脉冲信号至所述单片机，单片机内置定时器开始计时，同时所述单片机对车流量的计数加I;
第二热释电红外传感器探测到上述车辆驶入时输出脉冲信号至所述单片机，所述定时器停止计时，由所述单片机根据所述两热释电红外传感器间的距离与所述定时器计算的时间计算所述车辆车速后，将计数及车速送至所述显示器显示。在所述的热释电红外传感器输出的脉冲信号后送入所述的单片机前，还包括以下步骤
对所述的脉冲信号进行隔直放大、比较筛选处理的步骤。当所述的第二热释电红外传感器没有探测到上述车辆驶入时，所述单片机的计数返回到初始状态。本发明的目的还在于提供一种车流量和车速的检测系统，包括两个分开一定距离安装于道路上方或侧方的热释电红外传感器、一单片机以及一显示器；所述的两个热释电红外传感器用于探测到车辆驶入时分别输出一脉冲信号送入所述单片机；所述单片机用于根据所述的脉冲信号计算车辆通过数目以及计算并根据车辆通过所述两个热释电红外传感器的时间、所述的两个热释电红外传感器的距离来计算车速，并送入所述显示器显示。
所述的车流量和车速的检测系统，包括一信号处理器，用于将所述的热释电红外传感器输出的脉冲信号进行隔直放大、进行比较筛选处理理后输入所述的单片机。所述的信号处理器包含有
隔直放大电路，用于将所述的热释电红外传感器输出的脉冲信号进行隔直放大后输出至比较模块电路；
比较模块电路，用于将所述隔直放大的脉冲信号与门槛电压进行比较，筛选出所述单片机可处理信号后输入至所述单片机。所述的比较模块电路包括窗口比较电路以及一数字电位器，所述的数字电位器由所述单片机控制，用于控制调整所述窗口比较电路比较筛选处理信号时用的门槛电压。所述的显示器为IXD显示器。
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本发明通过利用两个分开一定的距离的热释电红外传感器来采集通过的车辆信息输出脉冲信号至单片机，由单片机根据所述的脉冲信号计算车辆通过数目以及根据所述的传感器间的距离与车辆通过时间来计算车速度并送到显示器显示，从而完成对车流量的统计和车速的测量，实现了实时显示检测及显示车流量及车速；同时，本发明方法简单，检测准确。
图I是本发明实施例提供的车流量和车速的检测方法示意 图2是本发明实施例提供的车流量和车速的检测系统的结构原理 图3是本发明实施例提供的热释电红外传感器的电路原理 图4本发明实施例提供的热释电红外传感器输出信号的处理流程 图5是本发明实施例提供的隔直放大电路的电路原理 图6是本发明实施例提供的数字电位器的电路原理 图7是本发明实施例提供的窗口比较电路的电路原理 图8是本发明实施例提供的显示器的显示电路原理 图9是本发明实施例提供的显示器的显示界面的示意 图10本发明实施例提供的单片机存储器的电路原理 图11是本发明实施例提供的单片机外部中断INT I控制程序的流程图 图12是本发明实施例提供的单片机外部中断INT O控制程序的流程 图13是本发明实施例提供的单片机查询控制程序的流程 图14是本发明实施例提供的调节系统检测灵敏度的流程图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。本发明通过利用两个分开一定的距离的热释电红外传感器来采集通过的车辆信息输出脉冲信号至单片机，由单片机根据所述的脉冲信号计算车辆通过数目以及根据所述的传感器间的距离与车辆通过时间来计算车速度并送到显示器显示，从而完成对车流量的统计和车速的测量，实现了实时显示检测及显示车流量及车速。本发明是这样的实现的，一种车流量和车速的检测方法，包括以下步骤将两个与一单片机连接的热释电红外传感器沿道路长度方向分开一定距离安装于道路上方或侧方，且所述两个热释电红外传感器处于同一平面上；
第一热释电红外传感器探测到一车辆驶入时输出脉冲信号至所述单片机，单片机内置定时器开始计时，同时所述单片机对车流量的计数加I;
第二热释电红外传感器探测到上述车辆驶入时输出脉冲信号至所述单片机，所述定时器停止计时，由所述单片机根据所述两热释电红外传感器间的距离与所述定时器计算的时间计算所述车辆车速后，将计数及车速送至所述显示器显示。在所述的热释电红外传感器输出的脉冲信号后送入所述的单片机前，还包括以下步骤
对所述的脉冲信号进行隔直放大、比较筛选处理的步骤。本发明实施例中，所述的单片机外接设存储器。·当所述的第二热释电红外传感器没有探测到上述车辆驶入时，所述单片机的计数返回到初始状态。本发明的目的还在于提供一种车流量和车速的检测系统，包括两个分开一定距离安装于道路上方或侧方的热释电红外传感器、一单片机以及一显示器；所述的两个热释电红外传感器用于探测到车辆驶入时分别输出一脉冲信号送入所述单片机；所述单片机用于根据所述的脉冲信号计算车辆通过数目以及计算并根据车辆通过所述两个热释电红外传感器的时间、所述的两个热释电红外传感器的距离来计算车速，并送入所述显示器显示。所述的车流量和车速的检测系统，包括一信号处理器，用于将所述的热释电红外传感器输出的脉冲信号进行隔直放大、进行比较筛选处理理后输入所述的单片机。所述的信号处理器包含有
隔直放大电路，用于将所述的热释电红外传感器输出的脉冲信号进行隔直放大后输出至比较模块电路；
比较模块电路，用于将所述隔直放大的脉冲信号与门槛电压进行比较，筛选出所述单片机可处理信号后输入至所述单片机。所述的比较模块电路包括窗口比较电路以及一数字电位器，所述的数字电位器由所述单片机控制，用于控制调整所述窗口比较电路比较筛选处理信号时用的门槛电压。所述的显示器为IXD显示器。参见图I所示，该图示出了本发明实施例提供的车流量和车速的检测方法。将两个热释电红外传感器1、2处于同一平面上，且分开一定距离安装于道路上方适当高度位置，当有车辆通过时，传感器上产生一个交变红外辐射信号，使传感器电路产生一个微弱的电压信号，该信号被送到放大整形电路，经放大整形后输出脉冲信号送入单片机，由单片机进行计数和和计时，并通过显示器显示车辆通过数目和车速。对于车流量的检测主要应用单片机的中断和计数等功能，对于车速的检测主要应用单片机的中断、定时器来测量两个热释电红外传感器检测的时间差，根据两个热释电红外传感器的实际距离来计算车速。所述的两个热释电红外传感器也可以分开一定的距离安装于道路侧方位置。可以是通过支架安装，或是利用天桥来安装，可安装于天桥的宽度方向两侧，或安装于同一侧。参见图Γ2所示，该图示出了本发明实施例提供的车流量和车速的检测系统的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例有关的部分。本实施例中，所述的两个热释电红外传感器分别置于天桥两端，设汽车先接触到的是热释电红外传感器1，后接触到为热释电红外传感器2。由于汽车具有高温部分，如发动机、水箱等，所以当运动中的汽车从两个热释电红外传感器下驶过时，热释电红外传感器I会首先检测并采集到信号，并产生相对应的波形；然后将信号在不失真的前提下进行放大，并将其转换为电压信号，再根据设定好的门槛电压，将采集放大后的信号进行筛选，初始为高电平，若筛选后的信号高于门槛电压值则产生低电平，若低于门槛电压值则保持高电平，当下降沿到达时进行计数。初始状态下，只让热释电红外传感器I打开，若检测到下降沿时，热释电红外传感器I立刻关闭，同时热释电红外传感器2打开，若在一定时间内热释电红外传感器2检测到下降沿，则认为有车辆驶过，计入车流量；与此同时，单片机记录两热释电红外传感器检测到下降沿的时间差，并根据时间差计算车速。
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若在一定时间内热释电红外传感器2没有检测到下降沿，则算作一次干扰，且系统重新回到初始状态。在信号采集过程中，将热释电红外传感器置于天桥正上方，指向车辆行驶的道路，检测车辆信息并转换输出微弱的电信号，经隔直放大电路、比较模块电路后滤去其他干扰，最后将得到的信号驱动单片机进行分析与计数，分析产生的波形，对参数进行处理，并形成各种控制信号以实现车流量的统计。下面对本发明各部分模块的电路原是及单片机的控制程序进行详细说明如下
一、热释电红外传感器
参见图3所示，电容C I对电源进行滤波，+5 V电源流入传感器电源端，输出端经过电阻R 3和电容C 5的低通滤波后进入运算放大器U I。根据运算放大器性质，当传感器没有产生脉冲信号，也就是同相输入端(U ID的第12号管脚)为直流信号时，反相输入端的电压和同相输入端相等，而此时电阻R 4和R 5上并没有产生电流，运算放大的输出电压(U ID的14号管脚)等于输入信号的电压值。当传感器信号产生脉冲时，同相输入端的电压突然升高，此时反相输入端的电压也随之升高,在短暂的时间内，电容C 2两端的电压不会立即升高，在这一瞬间，电容C2相当于短路，同相输入端的输入电压与电阻R 4两端电压相等，又由于流过电阻R 5的电流和流过电阻R 4的相等，故此时电阻R5两端的电压为电阻R 4两端电压的220倍，也就形成了对同相输入端的输入信号约220倍的放大。二、隔直放大电路
参见图5，该图示出本发明实施例提供的隔直放大电路的电路原理。图5中，插座JP 4为红外传感器发出的信号，电容C7起到隔离直流的作用，将红外传感器输出的交直流混合信号变为交流信号，若电容C7电容值过大，隔离直流信号的效果不明显，电容值过小会升高截止频率，可能使有效信号不能正常通过，并会延长响应时间。经反复实验，电容取值O. I UF合适。电阻R14为电容C7提供充放电通道，保证电路正常工作，阻值过大会导致响应时间过长，阻值过小信号会直接流入电源地而不进入运放，经实验，R14取值100 K合适。
热释电红外传感器将信号传入电路，从插座JP4进入隔直放大电路，但在输入端是交流和直流的混合信号。当有车从热释电红外传感器下经过时，会产生一个脉冲，峰峰值约300 mV，直流分量约O. 8 V。经过电容C7，可以将信号的直流分量过滤掉，通过电阻R14，为电容提供充放电通道，保证电路的正常工作。然后被处理过的信号输入运算放大器的同相输入端。由于电容和电阻的作用，此时信号的直流分量已被滤去，峰峰值约为50 mV。但此时信号幅值很小，需要放大50倍左右。本电路中，使用运算放大器LM 324实现小信号的放大。通过改变滑动变阻器的阻值可以改变放大倍数。为了使放大倍数为50，电阻阻值调节至大约分别为9. 8K和200 Ω。峰峰值被放大至2 V，满足比较模块电路的要求。三、比较模块电路 (O数字电位器
数字电位器实际上是一个由单片机控制的电位器，X 9313的最大阻值为10 K。与普通电位器的主要区别在于数字电位器由单片机控制，用电信号控制电阻的变化，调节的信号·更为精确。数字电位器的输出电压为数字电位器当前阻值在电路中的分压。如图6所示，X 9313为数字电位器，8号管脚Vcc为电源；4号管脚GND接地；5号管脚VW为电压输出管脚；7号管脚CS为片选信号，接地；2号管脚UD为上升下降控制输入端，高电平时为输出递增，低电平时为输出递减，由单片机Pl. I 口控制；1号管脚INC为时钟信号，由单片机Pl. O 口控制；3号管脚VH和6号管脚VL分别为高电压输入和低电压输入，输出电压将在高低电压输入之间变化。由于数字电位器的阻值约为10K，将VH接10 K电阻后接Vcc，将VL端接20K电阻后接地，从而将5 V的电源分压。经测试，高电压为4. 75V，低电压为2. 5 V，数字电位器将高低电平之间平均分为32份，由于高低电压范围缩小，使得数字电位器的精度提高。当时钟信号来一个脉冲时，若2号管脚UD接高电平，则输出电压增加高低电压之差的1/32，即约为O. 04 V ;若2号管脚UD接低电平，则输出电压降低O. 04V。数字电位器的参数选择十分重要，它直接影响装置的可靠性。阈值太高，则灵敏度低，虽然对外界干扰信号有所抑制，但对信号的响应能力减弱，甚至不能响应，若阈值太低则灵敏度高，对外界干扰抑制能力减弱，只要外界有干扰信号输入，则就有可能产生误操作。X9313拥有32个电阻值，电阻值可通过外部数字信号进行控制，选择好的电阻值被保存在存储器中，可重复调用。(2)窗口比较电路
当热释电红外传感器探测到车辆时，由传感器将探测并接收到的车辆红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在传感器内的场效应管放大后向外输出。由于传感器可能对光热及其他物体的干扰，产生输出信号，所以加入窗口比较电路，对信号进行筛选，提高测量的精度。热释电红外传感器发出的信号经放大电路将信号放大后要先设置静态工作点，以满足窗口比较电路的要求。首先将放大后的信号接电容CS去除直流成分，然后将电阻R4和电阻R19两个100K的电阻，如图7接入，使得直流静态工作点被提高到2. 5 V。电阻的取值必须要足够大，否则会使有效信号消失。将此信号和数字电位器的输出端接入电压比较器。本电路中，电压比较器采用LM324集成运算放大芯片(图7中U3B)，并经过参考电压调节电位器调节电路灵敏度，也就是探测范围。没有车辆进入时，运算放大器的6号管脚电压约为2. 5 V ;调节数字电位器使5号管脚的电压略高于2. 5 V，此时7号管脚输出为高电平。当有车辆进入探测范围时，红外传感器输出探测电压，经放大后使反向输出端电压高于同相输入端的电压，这时输出端电压跳变为低电平，产生下降沿，从而触发单片机中断。由于运算放大器接负电源，输出可能为负值，会损坏单片机的外部中断，故添加二极管D3和限流电阻R 17作为钳位电路，使负电压不超过-O. 7 V，保护单片机；最后，信号进入单片机外部中断INT 0，用来检测车辆是否进入。四、显示器的显示电路
参见图8所示，本发明实施例中，显示芯片采用串行IXD芯片12864，I号管脚为电源地，2号管脚为正电源，3号管脚通过滑动变阻器RWl调节输入电压，控制液晶屏的对比度；4号管脚CS为片选信号，由单片机PO. O 口控制，5号管脚SID为串行数据口，由单片机PO. I 口·控制，6号管脚CLK为时钟信号，由单片机PO. 3 口控制。本发明中，使用串行方式，第15号管脚PSB用来选择使用并行还是串行的工作方式，始终接低电平；第16号管脚NC悬空；第17号管脚RET复位管脚和第18号管脚Vout负压输出管脚也不必使用；第19号管脚LED_K和20号管脚LED_ K是背光源负极和背光源正极，分别和I号、2号管脚一起接+5 V电源和地。五、存储器电路
参见图9 10所示，存储器芯片24C256是一个256K位串行CMOS EPROM,内部含有32768个字节。具体连接方法及管脚功能是4号管脚GND为电源地，8号管脚Vcc为正电源，I号管脚和2号管脚A O和A I为地址输入线，这些管脚为硬连线或者不连接，对于单总线系统最多可寻址4个24C256器件，这里直接置为低电平，地址为00，7号管脚WP为写保护，这里接低电平，关闭写保护，允许器件进行写操作，6号管脚SCL是串行时钟输入管脚，用于产生器件所有数据发送或接收的时钟，由单片机的PO. 4 口控制，5号管脚SDA是双向串行数据/地址信号，用于器件所有数据的发送和接收，由单片机PO. 5 口控制。六.单片机的软件控制流程
基于单片机进行软件设计时，所有的软件程序均使用C语言编写，以达到显示车流量和车速的功能。控制程序包括2个外部中断触发程序、初始化子程序、数字电位器调节程序和液晶显不程序等。(I)中断触发方式
由于车辆首先会经过热释电红外传感器1，当系统处于等待车辆驶过的状态时，只有INT I为打开状态才能完成计数。由此可以设计出，主函数的主要内容为各元件以及数字电位器的初始化，逐步减小数字电位器电压到适当的值，设置显示的初始值为O。完成车流量和车速度初始值的赋值和显示，最后进入循环。在数字电位器初始化中，数字电位器的输出电压将2. 5 V 3. 75 V的电压分成32格，每格约O. 04 V。由于数字电位器的起始输出电压未知，故在初始化程序中，首先将数字电位器的输出电压上升至最高的第32格，即3. 75 V，之后在主程序中令其下降。根据灵敏度的要求不同，下降幅度也有所不同。例如，如果下降26格，也就是使用第8格，此时数字电位器输出的门槛电压为2.5 V+0. 04 VX8=2. 82 V。(2)外部中断INT I程序
参见图11所示，该图示出了单片机外部中断INT I程序的流程。当打开外部中断INT I后，此时系统开始等待车辆的驶过，当车辆驶过热释电红外传感器I时，会产生脉冲信号，并通过整形，产生下降沿，下降沿将会被识别，从而产生外部中断INT I。此时关闭外部中断1，开启定时器0，设置定时器初值并启动定时器0，车流量数加1，打开外部中断INT O等待车辆通过另一个热释电红外传感器，并设置外部中断INTO的触发方式，最后将更新的车流量数据经显示器的显示电路送入显示器并显示。(3)外部中断INT O程序
参见图12所示，该图示出了单片机外部中断INT O程序的流程。
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当打开外部中断INT O后，系统开始等待车辆从红外传感器2驶过，当车辆驶过时，热释电红外传感器会产生脉冲信号，同样通过整形，产生下降沿，下降沿将会被识别，从而产生INT O中断。产生中断后关闭外部中断，关闭定时器，并用定时器寄存器中的数据根据算式v=s/t计算车速，这里s为变量宽，即测量出的天桥宽度；t为定时器测量出的测量经过天桥宽度所消耗的时间。将计算出的车速送入变量乘数，并将更新的车速度的数据送入显示器并显示。参见图13所示，主控制程序使用循环查询方式，循环等待。当P03 口为低电平时，说明有车辆到达，启动定时器，车流量加1，更新显示车流量，循环等待。当P20 口变为低电平时，说明车辆已驶出，用路程/时间计算车速，更新显示车速。本发明实施例中，将数字电位器分为32个档，输出电压调节范围为2. 5 V-3. 75 V,电压为2. 5 V时定义为第I档，电压为3. 75 V时定义为第32档。调节电压跨度为I. 25V,也就是说，数字电位器每上升一档，输出电压增加O. 04V。例如，第二档电压为2. 5 V+0.04V=2. 54 V。设置数字电位器的初始电压以及每一档所对应的电压。通过对不同时间环境的实际测试，发现如下规律在下午14时，此时阳光辐射最强，外界温度最高，数字电位器抽头初始位置为第6档，使得门槛电压为2. 74v，如干扰过多则调至第8档，门槛电压为2. 82 V。在晚23时，数字电位器抽头初始位置为4档，门槛电压为2. 66v，如干扰过多则调至第5档或第6档。在实际测试中，灵敏度的调节较麻烦，灵敏度过高可能导致脉冲误计，灵敏度过低可能容易漏计；而且不同时间、不同地点、不同季节，对灵敏度的要求都有所不同。因此，须对这种现象进行纠正，达到自动矫正灵敏度的效果。参见图15所示，首先将数字电位器的初始值设为非常灵敏，然后判断是否有脉冲误计现象，即是否在没有车的情况下发生了计数。判断方法如下如果一道路每30秒通过车流量不会超过20辆，如果30秒内系统检测到的车流量大于20辆，说明出现了车辆误计的情况，这时就会降低I格的灵敏度。通过这种方法可以自动调节到合适的灵敏度。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种车流量及车速的检测方法，其特征在于，包括以下步骤 将两个与一单片机连接的热释电红外传感器沿道路长度方向分开一定距离安装于道路上方或侧方，且所述两个热释电红外传感器处于同一平面上； 第一热释电红外传感器探测到一车辆驶入时输出脉冲信号至所述单片机，单片机内置定时器开始计时，同时所述单片机对车流量的计数加I; 第二热释电红外传感器探测到上述车辆驶入时输出脉冲信号至所述单片机，所述定时器停止计时，由所述单片机根据所述两热释电红外传感器间的距离与所述定时器计算的时间计算所述车辆车速后，将计数及车速送至所述显示器显示。
2.根据权利要求I所述的车流量及车速的检测方法，其特征在于，在所述的热释电红外传感器输出的脉冲信号后送入所述的单片机前，还包括以下步骤对所述的脉冲信号进行隔直放大、比较筛选处理的步骤。
3.根据权利要求I或2所述的车流量及车速的检测方法，其特征在于，当所述的第二热释电红外传感器没有探测到上述车辆驶入时，所述单片机的计数返回到初始状态。
4.一种车流量及车速的检测系统，其特征在于，包括两个分开一定距离安装于道路上方或侧方的热释电红外传感器、一单片机以及一显示器；所述的两个热释电红外传感器用于探测到车辆驶入时分别输出一脉冲信号送入所述单片机；所述单片机用于根据所述的脉冲信号计算车辆通过数目以及计算并根据车辆通过所述两个热释电红外传感器的时间、所述的两个热释电红外传感器的距离来计算车速，并送入所述显示器显示。
5.根据权利要求4所述的车流量及车速的检测系统，其特征在于，包括一信号处理器，用于将所述的热释电红外传感器输出的脉冲信号进行隔直放大、进行比较筛选处理后输入所述的单片机。
6.根据权利要求5所述的车流量及车速的检测系统，其特征在于，所述的信号处理器包含有隔直放大电路，用于将所述的热释电红外传感器输出的脉冲信号进行隔直放大后输出至比较模块电路；比较模块电路，用于将所述隔直放大的脉冲信号与门槛电压进行比较，筛选出所述单片机可处理信号后输入至所述单片机。
7.根据权利要求6所述的车流量及车速的检测系统，其特征在于，所述的比较模块电路包括窗口比较电路以及一数字电位器，所述的数字电位器由所述单片机控制，用于控制调整所述窗口比较电路比较筛选处理信号时用的门槛电压。
8.根据权利要求Γ7任一项所述的车流量及车速的检测系统，其特征在于，所述的显示器为IXD显示器。
全文摘要
本发明公开了一种车流量和车速的检测方法及系统，所述车流量和车速的检测方法包括将两个与一单片机连接的热释电红外传感器沿道路长度方向分开一定距离安装于道路上方或侧方，且所述两个热释电红外传感器处于同一平面上；第一热释电红外传感器探测到一车辆驶入时输出脉冲信号至所述单片机，单片机内置定时器开始计时，同时所述单片机对车流量的计数加1；第二热释电红外传感器探测到上述车辆驶入时输出脉冲信号至所述单片机，所述定时器停止计时，由所述单片机根据所述两热释电红外传感器间的距离与所述定时器计算的时间计算所述车辆车速后，将计数及车速送至所述显示器显示。与现有检测方法比，本发明简单、检测准确，对交通管理具有重要现实意义。
文档编号G08G1/065GK102789691SQ20121029812
公开日2012年11月21日 申请日期2012年8月21日 优先权日2012年8月21日
发明者张仰森, 王捷, 艾红 申请人:北京信息科技大学