專利名稱：光電一體化輪軸計(jì)數(shù)器及其計(jì)數(shù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬交通電子領(lǐng)域，主要用于檢測(cè)車輛軸數(shù)的光電一體化輪軸計(jì)數(shù)器及其計(jì)數(shù)方法。
背景技術(shù)：
在智能交通領(lǐng)域，經(jīng)常需要對(duì)車輛的外部特征進(jìn)行檢測(cè)，從而運(yùn)用到計(jì)重系統(tǒng)、車型判別系統(tǒng)等智能自動(dòng)控制設(shè)備中。車輛的輪軸計(jì)數(shù)就是其中一個(gè)非常重要的特征參量。 現(xiàn)有的輪軸計(jì)數(shù)技術(shù)或相關(guān)產(chǎn)品主要有以下幾種第一種是膠條式壓力開關(guān)，采用導(dǎo)電橡膠制作成1米至3米長(zhǎng)度的膠條，橫向或斜向鋪設(shè)在車道上。有車輛經(jīng)過時(shí)膠條受壓，產(chǎn)生開關(guān)閉合信號(hào)；斜向鋪設(shè)的兩條平行膠條， 可以根據(jù)兩膠條的信號(hào)變化情況，判斷車輛是單輪還是雙輪(即判斷單雙輪)。這種識(shí)別器的優(yōu)點(diǎn)是成本較低，缺點(diǎn)是單雙輪識(shí)別率不高。第二種是點(diǎn)觸式壓力傳感器，這類傳感器主要應(yīng)用于公路動(dòng)態(tài)計(jì)重收費(fèi)及超限管理系統(tǒng)中對(duì)車輪寬度、車輪數(shù)的檢測(cè)。壓力傳感器有規(guī)律地鋪設(shè)在收費(fèi)車道內(nèi)，且由數(shù)十個(gè)壓力傳感器組成，傳感器之間的間距約為IOcm ；輪軸識(shí)器處理控制器通過采集計(jì)算各個(gè)壓力傳感數(shù)據(jù)，然后依據(jù)這些數(shù)據(jù)計(jì)算出重量、車軸數(shù)、輪肽數(shù)等特征參數(shù)。這種識(shí)別器的優(yōu)點(diǎn)是壓力傳感器可以檢測(cè)重量，缺點(diǎn)是成本很高，難以大范圍推廣。第三種是壓電式輪軸識(shí)別器，采用壓電薄膜技術(shù)研制而成，壓電薄膜交通傳感器通過金屬編織芯線、壓電材料和金屬外殼制成同軸結(jié)構(gòu)。而壓電材料是一種經(jīng)特殊加工后能將動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電能的材料；一些聚合體材料，例如共聚物P(VDF-TrFE)使壓電材料的這一特性有了很大提高。在壓電薄膜交通傳感器的制造過程中，將壓電材料置于一個(gè)強(qiáng)電場(chǎng)中極化，數(shù)量級(jí)為每一毫米厚的壓電材料大約100000V。極化場(chǎng)使非結(jié)晶聚合體變成半晶體的形式，同時(shí)又保留了許多聚合體的柔韌特性。這種識(shí)別器缺點(diǎn)是成本較高，且不能檢測(cè)靜止在傳感器上的車輛，只能檢測(cè)動(dòng)態(tài)信號(hào)。優(yōu)點(diǎn)是安裝簡(jiǎn)單。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的首要目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷與不足，提供光電一體化輪軸計(jì)數(shù)器，采用精確度更高的光電信號(hào)去計(jì)算車輛軸數(shù)。本發(fā)明的另一目的是提供光電一體化輪軸計(jì)數(shù)方法。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)上述首要目的本光電一體化輪軸計(jì)數(shù)器，包括一個(gè)MCU控制器、多路漫反射式光電傳感器、一個(gè)顯示模塊及一個(gè)接口模塊；MCU控制器分別與多路漫反射式光電傳感器、顯示模塊、接口模塊連接；多路漫反射式光電傳感器有序地安放在一條槽內(nèi)，根據(jù)車的高度及車身自動(dòng)調(diào)節(jié)光電傳感器的垂直高度位置，從而形成幾束平行排列的光束垂直射向車輛輪胎位置；車輛輪胎側(cè)面對(duì)光信號(hào)進(jìn)行漫反射，漫反射后的光信號(hào)進(jìn)入漫反射式傳感器后轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并輸入到MCU控制器中；MCU控制器根據(jù)所輸入的電信號(hào)判斷為輪胎的輪軸存在，并對(duì)輪軸進(jìn)行計(jì)數(shù)。
所述接口模塊為RS232通信接口、繼電器或者電平信號(hào)接口。所述顯示模塊為IXD顯示模塊或LED顯示模塊。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)上述另一目的基于所述光電一體化輪軸計(jì)數(shù)器的光電一體化輪軸計(jì)數(shù)方法，包括以下步驟多路漫反射式光電傳感器向車輛輪胎位置垂直射出幾束平行光束；車輛輪胎對(duì)光信號(hào)進(jìn)行漫反射，漫反射后的光信號(hào)由漫反射式光電傳感器轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)；MCU控制器根據(jù)車輛輪胎對(duì)光信號(hào)漫反射所產(chǎn)生的脈沖信號(hào)判定為車輛的存在，且一脈沖信號(hào)對(duì)應(yīng)為一車輪。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了光信號(hào)的精確定位與現(xiàn)實(shí)交通需求的完美結(jié)合，得到的車輛特征信號(hào)數(shù)據(jù)可廣泛應(yīng)用到智通交通控制領(lǐng)域，成本低，計(jì)數(shù)精度高。可結(jié)合車輛的車型自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)、稱重系統(tǒng)、車流量統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)等開發(fā)出相關(guān)功能的交通智能系統(tǒng)；可提供科學(xué)化的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步提高我國(guó)的交通行業(yè)管理水平，能更充分地利用車道資源，減少交通人力管理的支出，具有很大的市場(chǎng)前景和市場(chǎng)效益。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的安裝示意圖；圖3是前端電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例本發(fā)明利用光的反射物理特性為技術(shù)基點(diǎn)，設(shè)計(jì)成一個(gè)光發(fā)射、光接收于一體的漫反射式傳感器，由于光射出去遇到的物體對(duì)象各式各樣，有平面光滑的，有粗糙面的，有斜面的，有曲面等不規(guī)則的幾何面，所以通過對(duì)光的漫反射光線進(jìn)行收集計(jì)算，就可以判斷光束前面有或者沒有物體的存在了。由于光的漫反射，它的光線很弱，且不集中成束，所以要對(duì)反射回來的光信號(hào)進(jìn)行放大轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。參見圖1，本發(fā)明包括一個(gè)MCU控制器、多路漫反射式光電傳感器、一個(gè)電源、一個(gè)顯示模塊及一個(gè)接口模塊；MCU控制器分別與多路漫反射式光電傳感器、顯示模塊、接口模塊連接；接口模塊可以是RS232通信接口、繼電器或者電平信號(hào)接口 ；電源給本發(fā)明提供工作電壓；多路漫反射式光電傳感器有序地安放在一條槽內(nèi)，根據(jù)車的高度及車身自動(dòng)調(diào)節(jié)光電傳感器的垂直高度位置，從而形成幾束平行排列的光束垂直射向車輛輪胎位置；車輛輪胎側(cè)面對(duì)光信號(hào)進(jìn)行漫反射，漫反射后的光信號(hào)進(jìn)入漫反射式傳感器后轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并輸入到MCU控制器中；MCU控制器根據(jù)所輸入的電信號(hào)判斷為輪胎的輪軸存在，并對(duì)輪軸進(jìn)行計(jì)數(shù)。顯示模塊可以是IXD顯示模塊，也可以是LED顯示模塊。本發(fā)明安裝于車道旁(見圖2)。把多路漫反射式光電傳感器的發(fā)射光方向?qū)χ访娼?jīng)過的車輛輪胎位置，由于車輛每一對(duì)輪胎之間都存在一定的空隙，這就使漫反射式光電傳感器的信號(hào)反射不回來，從而判定所述空隙位置不存在輪胎；而當(dāng)輪胎經(jīng)過漫反射式光電傳感器發(fā)出的光束截面時(shí)，即擋住光傳播路徑時(shí)，由于輪胎側(cè)面是一個(gè)不規(guī)則的面，它會(huì)產(chǎn)生漫反射現(xiàn)象，這時(shí)反射回來的光經(jīng)漫反射式光電傳感器接收端進(jìn)入漫反射式光電傳感器的前端電路處理，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，控制器(MCU)就判定為一組輪軸的存在，進(jìn)而對(duì)輪軸的數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)得到車輛的軸數(shù)。如圖3所示，所述前端電路包括依次連接的聚焦透鏡、硅光電池、光信號(hào)放大電路、信號(hào)帶通濾光器、電壓整形比較電路和電子開關(guān)電路。依此原理， 只要車輛的輪胎經(jīng)過傳感器的前端，就能計(jì)算車輛的軸數(shù)。車輛軸數(shù)的計(jì)數(shù)過程，具體如下漫反射式光電傳感器利用車輪外側(cè)表面對(duì)光束的遮擋或反射，由同步接收端電路處理反射回來的光信號(hào)，從而檢測(cè)車輪是否存在，每一對(duì)車輪外側(cè)表面對(duì)光信號(hào)反射后，都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，由于反射面不同，因此可能會(huì)出現(xiàn)變化很快的不間斷的脈沖信號(hào)，MCU可以通過精確的算法進(jìn)行排除所述變化很快的不間斷的脈沖信號(hào)所造成的干擾，從而車輪外側(cè)表面對(duì)光信號(hào)反射所產(chǎn)生的脈沖信號(hào)鎖定為一車輪對(duì)應(yīng)為一脈沖信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。漫反射式光電傳感器用的是波長(zhǎng)接近可見光的紅外線光波型。由于反射面不一定是完整的平面，所以一部分光會(huì)散射到其它位置，漫反射式光電傳感器接收端根據(jù)反射回來光信號(hào)的強(qiáng)弱通過電路進(jìn)行自動(dòng)判別其有效性。漫反射式光電傳感器具有良好的回差特性，因而即使被檢測(cè)物在小范圍內(nèi)晃動(dòng)也不會(huì)影響驅(qū)動(dòng)器的輸出狀態(tài)，從而可使其保持在穩(wěn)定工作區(qū)。漫反射式光電傳感器把每一個(gè)輪軸信息通過電平/開關(guān)信號(hào)傳至控制器(MCU)，同時(shí)通過LCD/LED顯示模塊把計(jì)算結(jié)果顯示出來，同時(shí)，可將車軸數(shù)結(jié)果以RS232/485串口通信/電平/開關(guān)信號(hào)方式送至其它智能控制系統(tǒng)。上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.光電一體化輪軸計(jì)數(shù)器，其特征在于，包括一個(gè)MCU控制器、多路漫反射式光電傳感器、一個(gè)顯示模塊及一個(gè)接口模塊;MCU控制器分別與多路漫反射式光電傳感器、顯示模塊、接口模塊連接；多路漫反射式光電傳感器有序地安放在一條槽內(nèi)，根據(jù)車的高度及車身自動(dòng)調(diào)節(jié)光電傳感器的垂直高度位置，從而形成幾束平行排列的光束垂直射向車輛輪胎位置；車輛輪胎側(cè)面對(duì)光信號(hào)進(jìn)行漫反射，漫反射后的光信號(hào)進(jìn)入漫反射式傳感器后轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并輸入到MCU控制器中；MCU控制器根據(jù)所輸入的電信號(hào)判斷為輪胎的輪軸存在，并對(duì)輪軸進(jìn)行計(jì)數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電一體化輪軸計(jì)數(shù)器，其特征在于，所述接口模塊為RS232 通信接口、繼電器或者電平信號(hào)接口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電一體化輪軸計(jì)數(shù)器，其特征在于，所述顯示模塊為L(zhǎng)CD顯示模塊或LED顯示模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電一體化輪軸計(jì)數(shù)器，其特征在于，所述漫反射式傳感器內(nèi)設(shè)前端電路；所述前端電路包括依次連接的聚焦透鏡、硅光電池、光信號(hào)放大電路、信號(hào)帶通濾光器、電壓整形比較電路和電子開關(guān)電路。
5.基于權(quán)利要求1所述光電一體化輪軸計(jì)數(shù)器的光電一體化輪軸計(jì)數(shù)方法，其特征在于，包括以下步驟多路漫反射式光電傳感器向車輛輪胎位置垂直射出幾束平行光束；車輛輪胎對(duì)光信號(hào)進(jìn)行漫反射，漫反射后的光信號(hào)由漫反射式光電傳感器轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)；MCU控制器根據(jù)車輛輪胎對(duì)光信號(hào)漫反射所產(chǎn)生的脈沖信號(hào)判定為車輛的存在，且一脈沖信號(hào)對(duì)應(yīng)為一車輪。
全文摘要
本發(fā)明涉及光電一體化輪軸計(jì)數(shù)器及其計(jì)數(shù)方法，其中計(jì)數(shù)器包括一個(gè)MCU控制器、多路漫反射式光電傳感器、一個(gè)顯示模塊及一個(gè)接口模塊；MCU控制器分別與多路漫反射式光電傳感器、顯示模塊、接口模塊連接；多路漫反射式光電傳感器有序地安放在一條槽內(nèi)，根據(jù)車的高度及車身自動(dòng)調(diào)節(jié)光電傳感器的垂直高度位置，從而形成幾束平行排列的光束垂直射向車輛輪胎位置；車輛輪胎側(cè)面對(duì)光信號(hào)進(jìn)行漫反射，漫反射后的光信號(hào)進(jìn)入漫反射式傳感器后轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并輸入到MCU控制器中；MCU控制器根據(jù)所輸入的電信號(hào)判斷為輪胎的輪軸存在，并對(duì)輪軸進(jìn)行計(jì)數(shù)。本發(fā)明采用精確度更高的光電信號(hào)去計(jì)算車輛軸數(shù)，解決了現(xiàn)有技術(shù)精確度低的技術(shù)問題。
文檔編號(hào)G06M1/272GK102509150SQ201110342730
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月3日
發(fā)明者宋英良, 楊清海 申請(qǐng)人:廣州市圖之靈計(jì)算機(jī)技術(shù)有限公司