專利名稱：一種基于雙地磁感應(yīng)器的車輛檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及車輛檢測系統(tǒng)，特別涉及基于雙地磁感應(yīng)器的車輛檢測系統(tǒng)。 技術(shù)背景近年來，基于地磁感應(yīng)器的車輛檢測設(shè)備，由于其具有安裝使用方便、集成度高、 不易受損等優(yōu)點(diǎn)，正在取代傳統(tǒng)的路面鋪設(shè)式感應(yīng)線圈檢測設(shè)備而被逐漸投入道路交通的 監(jiān)管中。目前，基于地磁感應(yīng)的車輛檢測設(shè)備，多為基于點(diǎn)式地磁感應(yīng)而研制的。例如中 國專利申請(qǐng)?zhí)?00710036504. 9的專利申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N無線地磁式車輛檢測系統(tǒng)，其由點(diǎn) 式地磁式車輛傳感裝置和路邊無線接收裝置組成。系統(tǒng)在投入使用時(shí)，在檢測車道中央鉆 圓柱形孔，放入點(diǎn)式地磁式車輛傳感裝置，并密封固定即可工作。點(diǎn)式地磁式車輛傳感裝置 根據(jù)內(nèi)設(shè)的車輛傳感器檢測車輛通過時(shí)地磁場的變化，并轉(zhuǎn)換為無線信號(hào)發(fā)送給路邊無線 接收裝置。上述無線地磁式車輛檢測系統(tǒng)具備的優(yōu)點(diǎn)在于不受路面條件和安裝地點(diǎn)的限 制，集成化程度高，性能穩(wěn)定，可靠性高，用途廣泛。但是，就目前現(xiàn)有技術(shù)而言，由于多采用單點(diǎn)式的地磁感應(yīng)系統(tǒng)，致使其能夠檢測 的項(xiàng)目較少，一般只被用于檢測動(dòng)態(tài)交通路面的車輛通過情況，即用于統(tǒng)計(jì)車流量；同時(shí)由 于是單點(diǎn)作業(yè)，沒有回饋校正機(jī)制，檢測精度也較為欠缺。因此，客觀上導(dǎo)致現(xiàn)有地磁感應(yīng) 系統(tǒng)功能不夠完善，檢測內(nèi)容單一，檢測效果較差，這一情況的產(chǎn)生。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種基于雙地磁感應(yīng)器的車輛檢測系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有車 輛檢測系統(tǒng)功能不夠完善，檢測內(nèi)容單一，檢測效果較差的問題。本實(shí)用新型提出一種基于雙地磁感應(yīng)器的車輛檢測系統(tǒng)，用以檢測動(dòng)態(tài)車輛情 況，其特征是包括兩個(gè)獨(dú)立的單一地磁傳感器、微控制器、兩放大器、兩濾波器、兩AD模 塊、CAN總線、置/復(fù)位電路，以及電源管理模塊；其中，兩地磁傳感器、兩放大器、兩濾波器、 兩AD模塊分別依次連接，兩AD模塊的另一端與微控制器相連，微控制器再分別與置/復(fù)位 電路和CAN總線相連，置/復(fù)位電路的另一端連接兩地磁傳感器，電源管理模塊分別連接著 兩放大器、兩AD模塊、置/復(fù)位電路、微控制器與CAN總線。兩個(gè)獨(dú)立單一的地磁傳感器以 三軸磁阻傳感器技術(shù)為基礎(chǔ)，采用各向異性磁場傳感器(AMR)作為傳感元件，通過感知地 磁場的波動(dòng)來檢測傳感器附近的鐵磁性物體的存在和移動(dòng)情況，以兩個(gè)獨(dú)立的磁場傳感器 的搭配模式各自采樣，通過微處理器的算法處理來計(jì)算出通行車輛的車速、車型和通行流 量等相關(guān)車輛信息。該系統(tǒng)的使用及工作過程為1、地磁傳感器將磁場變化轉(zhuǎn)化為電壓變化信息經(jīng)信號(hào)放大濾波和AD模塊采樣 后，將數(shù)字化的地磁場波動(dòng)信息傳遞給微控制器進(jìn)行處理。2、微處理器根據(jù)預(yù)先植入其中的算法對(duì)接收到的磁場波動(dòng)信息進(jìn)行處理得到車輛信息并將處理后的數(shù)據(jù)通過CAN總線發(fā)送給接收裝備。3、復(fù)/置位電路是用于在一次或幾次車輛通過后對(duì)地磁傳感器進(jìn)行消磁，使其快 速回復(fù)到初始狀態(tài)不至造成下次車輛信息采集誤差。其中，為了進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)處理AD的分辨率應(yīng)大于等于lObit，這時(shí)兩峰值的數(shù) 據(jù)范圍是0-1023，根據(jù)設(shè)計(jì)檢測車速范圍是0-250km/h，約為70m/s，通過檢測器上方的時(shí) 間約為2ms，結(jié)合速度誤差不高于3%，AD理論采樣頻率應(yīng)大于等于17Khz，鑒于實(shí)際與理論 值的差異，AD采樣頻率應(yīng)不小于20Khz。依照本實(shí)用新型較佳實(shí)施例所述的基于雙地磁感應(yīng)器的車輛檢測系統(tǒng)，兩個(gè)獨(dú)立 的單一地磁傳感器，即傳感器1和傳感器2之間的距離設(shè)置為IOcm左右。依照本實(shí)用新型較佳實(shí)施例所述的基于雙地磁感應(yīng)器的車輛檢測系統(tǒng)，兩個(gè)獨(dú)立 的單一地磁傳感器所采集的波形數(shù)據(jù)可先進(jìn)行一定的對(duì)比、擬合，以減小系統(tǒng)采集誤差。依照本實(shí)用新型較佳實(shí)施例所述的基于雙地磁感應(yīng)器的車輛檢測系統(tǒng)，在車輛駛 經(jīng)傳感器時(shí)的地磁變化波形曲線基本上就是一個(gè)高斯波形，當(dāng)車輛通過此車檢裝置時(shí)首先 經(jīng)過傳感器1而后經(jīng)過傳感器2理論上傳感器1的輸出波形wavel和傳感器2的輸出波形 WaVe2是一致的，因?yàn)樵跓o外界干擾的情況下同一車輛造成的地磁波動(dòng)曲線是一樣的。但是 由于車輛在駛經(jīng)傳感器1和傳感器2之間有時(shí)間差，這就造成wave〗和wavel相比在相位 上有滯后?；诖耍梢愿鶕?jù)傳感器的輸出波形以及他們之間的差異來計(jì)算車輛信息(車 型，車速，流量等)。設(shè)兩傳感器間距為L，車速為V，WaVe2和wavel的相位差為T，被檢測 車輛長為S，一定時(shí)間Ttl內(nèi)進(jìn)入某區(qū)域的車輛數(shù)目為N，一定時(shí)間內(nèi)檢測區(qū)域車流量為W。車速，(其中t「tQ為兩傳感器輸出波形達(dá)到閾值電壓的時(shí)間差)；車型
tl — to
s = ν*α2-、)，(其中為采樣波形從第一個(gè)正向閾值電壓到第二個(gè)負(fù)向閾值電壓之間
N
的時(shí)間)；車流量W=^。
To有益效果由于采用了以上方案，使本實(shí)用新型具備的有益效果在于1、抗干擾能力強(qiáng)。與傳統(tǒng)的線圈式車輛檢測系統(tǒng)相比，由于其不受惡劣天氣等因 素的影響，所以具有精確度高、抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性高等優(yōu)勢(shì)。2、功能完善。與以往單點(diǎn)式地磁感應(yīng)車輛檢測系統(tǒng)相比，其除能夠檢測車輛行駛 情況(流量)外，還可以檢測車型、車速等其他相關(guān)信息，較以往檢測手段更為參數(shù)多樣化、 功能完善，為將來科學(xué)化管理交通提供了更多的參考依據(jù)。3、檢測效果較好。由于是采用雙感應(yīng)器的采集設(shè)備，所以可以對(duì)兩個(gè)單一地磁傳 感器采集的結(jié)果進(jìn)行比對(duì)、擬合，濾除采集的誤差，在后期計(jì)算上使采集的精度更加精確， 從而做到較好的檢測效果。當(dāng)然，實(shí)施本實(shí)用新型的任一產(chǎn)品必不一定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點(diǎn)。
圖1為一種基于雙地磁感應(yīng)器的車輛檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)施例的一種放置使用示意圖；[0024]圖3為車輛對(duì)地磁場的擾動(dòng)示意圖；圖4為雙地磁傳感器采樣波形輸出圖；圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例的一種基于雙地磁感應(yīng)器的車輛檢測流程圖。 具體實(shí)施例
以下結(jié)合附圖，具體說明本實(shí)用新型。請(qǐng)參見圖1，其為本實(shí)用新型實(shí)施例的一種基于雙地磁感應(yīng)器的車輛檢測系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)示意圖。其包括兩個(gè)獨(dú)立的單一地磁傳感器(101、101，)、微控制器109、兩放大器(103、 103，)、兩濾波器(105、105，)及AD模塊(107、107，)、CAN總線111、置/復(fù)位電路113、電 源管理模塊115。其中，作為核心的微控制器109分別連接AD模塊(107、107，)與置/復(fù) 位電路113，微控制器109通過CAN總線111將處理的數(shù)據(jù)發(fā)送至外部設(shè)備。本實(shí)施例的地磁感應(yīng)器(101、101’)可以采用Honeywell (霍尼韋)公司的磁阻傳 感器，型號(hào)為HMC1052ZL，微控制器109可以選用ST公司的STM32F103CB的處理芯片。請(qǐng)參見圖2，其為本實(shí)施例的一種放置使用示意圖。設(shè)此圖所示車道為右行車 道，且為方便閱讀將圖中各模塊的比例放大，在現(xiàn)實(shí)中，實(shí)物微處理器尺寸不大于SOcm(L) x50cm(W)xl8cm(H)，傳感器尺寸不大于45cm(L) xlOcm(W) x8cm(H)。在道路的一旁安置CAN 總線，以方便分析后數(shù)據(jù)的采集獲取，兩個(gè)磁阻傳感器連續(xù)的鋪設(shè)在該道路的行使方向上， 表面可以與路面持平，這樣可以有效地減小碰撞和磨損。兩傳感器之間的距離可視情況而 定，其距離不宜過長，因?yàn)榫嚯x過長車輛可能駛經(jīng)兩傳感器時(shí)不是直線穿過，而且期間車速 會(huì)有變化，這樣會(huì)造成兩傳感器輸出波形不一致，誤差較大。反之如果距離過近的話兩傳感 器輸出波形的相位差很小，造成后面微處理器在計(jì)算車速時(shí)誤差增大。經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證，本實(shí) 施例把傳感器1和傳感器2之間的距離設(shè)置為IOcm左右。按照本實(shí)施例的這種放置方式， 被檢測車輛以直線方式穿越兩成軸線的地磁傳感器。請(qǐng)參見圖3，其為車輛對(duì)地磁場的擾動(dòng)示意圖。由于鐵磁性物體是具有南北兩極 的，當(dāng)車輛靠近傳感器時(shí)會(huì)造成傳感器周圍地磁場的扭曲變化，反映在傳感器的輸出上是 由正向到反向(或負(fù)向到正向)的波動(dòng)變化，所以在車輛駛經(jīng)傳感器時(shí)的理想地磁變化波 形曲線基本上就是一個(gè)高斯波形，在理想狀態(tài)下當(dāng)車輛接近傳感器的時(shí)候，傳感器輸出電 壓(地磁場波動(dòng)信息)逐漸升高或降低(與車輛行駛方向有關(guān)，即反向駛?cè)肱c正向駛?cè)霑r(shí) 恰好相反)，當(dāng)輸出電壓到達(dá)正向閾值電壓時(shí)，汽車正好駛經(jīng)傳感器，而后電壓達(dá)到峰值后 開始下降，當(dāng)電壓值下降到負(fù)向閾值電壓時(shí)車輛剛好駛離傳感器，車輛駛離一段距離后電 壓波動(dòng)將回復(fù)到零點(diǎn)電壓。請(qǐng)參見圖4，其為雙地磁傳感器采樣波形輸出圖。由于車輛在駛經(jīng)傳感器1和傳感 器2之間有時(shí)間差，這就造成wave〗和wavel相比在相位上有滯后。雙地磁傳感器采樣波形 輸出正向閾值電壓為Vth+，負(fù)向閾值電壓為Vth-，wave 1波形達(dá)到閾值電壓Vth+和Vth-的 時(shí)刻分別為、和t2，WaVe2波形達(dá)到閾值電壓Vth+的時(shí)刻為^本實(shí)施例據(jù)此可根據(jù)如下 公式計(jì)算出相關(guān)參數(shù)設(shè)兩傳感器間距為L，車速為V，WaVe2和wavel的相位差為T，被檢測車輛長為S， 一定時(shí)間Ttl內(nèi)進(jìn)入某區(qū)域的車輛數(shù)目為N，一定時(shí)間內(nèi)檢測區(qū)域車流量為W.1、對(duì)于車速的計(jì)算由上面可知由于兩傳感器之間的距離是一定的即為L，因此車速與兩傳感器輸出波形的相位差(即兩傳感器產(chǎn)生波形的時(shí)間差)有關(guān)，車速越快相位 差越小，反之車速越慢則相位差越大，理論上車速等于兩傳感器之間的距離與上圖所示相 位差的比值。則車速,故通過對(duì)相位差T的計(jì)算可以得到相應(yīng)的車速信息。從圖4可知T為兩傳感器輸出波形達(dá)到閾值電壓Vth的時(shí)間差T = trt0,由此可
L
知V = ——。 t\ — to2、對(duì)于車型的計(jì)算這里主要是指對(duì)車長S的計(jì)算，通過車長的不同來區(qū)分小型 車，中型車和大型車。微控制器可以記錄傳感器一次完整波形的有效時(shí)間(車輛從剛好駛 經(jīng)某一傳感器到剛好駛離此傳感器所用的時(shí)間，再圖上表示為從第一個(gè)正向閾值電壓到第 二個(gè)負(fù)向閾值電壓之間的時(shí)間、、)，由于傳感器與汽車相比來說大小可以忽略，相當(dāng)于一 個(gè)點(diǎn)，所以我們?cè)谟?jì)算車長的時(shí)候可以根據(jù)上面計(jì)算出來的車速與波形的有效時(shí)間相乘得 到。s = v*(t2-t0)3、對(duì)于流量的計(jì)算所謂流量就是指一定時(shí)間內(nèi)進(jìn)入某區(qū)域的車輛數(shù)目N，我們 對(duì)這段時(shí)間內(nèi)離開的車輛不做計(jì)算，所以在計(jì)算流量時(shí)必須確定車輛的行駛方向從而確定 車輛是進(jìn)入還是離開某地區(qū)。根據(jù)上面所提到的檢測方案我們很容易確定車輛的行駛方 向。當(dāng)車輛正向行駛于傳感器磁感應(yīng)軸時(shí)，傳感器首先檢測到的是磁場曲線的負(fù)向跳動(dòng)，而 當(dāng)車輛反向行駛時(shí)傳感器首先檢測到的是磁場曲線的正向跳動(dòng)。因此對(duì)于一次完整的磁場 波動(dòng)，如果首先到達(dá)負(fù)向閾值電壓Vth-，則實(shí)時(shí)車輛數(shù)目η = n+l，反之如果首先達(dá)到正向 閾值電壓Vth+，則實(shí)時(shí)車輛數(shù)目η不變。
N設(shè)在規(guī)定時(shí)間Ttl內(nèi)，檢測到的實(shí)時(shí)車輛數(shù)目為N，則流量W=——
To這里需要注意的問題是，在一次或幾次車輛信息處理后要通過復(fù)位電路復(fù)位傳感 器，由于磁化作用，在強(qiáng)磁性物體通過后，傳感器依靠自身屬性，輸出很難在短時(shí)間內(nèi)回復(fù) 到原始狀態(tài)，如果不及時(shí)糾正的話當(dāng)下一輛車經(jīng)過時(shí)傳感器的輸出波形就會(huì)產(chǎn)生誤差，這 必然會(huì)影響車輛信息的計(jì)算。請(qǐng)參見圖5，其為本實(shí)用新型實(shí)施例的一種基于雙地磁感應(yīng)器的車輛檢測流程圖。501，系統(tǒng)初始化。503，采樣傳感器電壓輸出。505，傳感器1是否達(dá)到正閾值電壓。507，有車經(jīng)過開啟計(jì)時(shí)器。509，傳感器2是否達(dá)到正閾值電壓。511，計(jì)算相位差(可擬合、對(duì)比波形)。513，傳感器1是否經(jīng)過負(fù)峰后達(dá)到負(fù)閾值電壓。515，開始計(jì)算并發(fā)送車輛信息。517，傳感器2是否經(jīng)過負(fù)峰后達(dá)到負(fù)閾值電壓。519，車輛駛離系統(tǒng)復(fù)位。
權(quán)利要求一種基于雙地磁感應(yīng)器的車輛檢測系統(tǒng)，用以檢測動(dòng)態(tài)車輛情況，其特征是包括兩個(gè)獨(dú)立的單一地磁傳感器、微控制器、兩放大器、兩濾波器、兩AD模塊、CAN總線、置/復(fù)位電路，以及電源管理模塊；其中，兩地磁傳感器、兩放大器、兩濾波器、兩AD模塊分別依次連接，兩AD模塊的另一端與微控制器相連，微控制器再分別與置/復(fù)位電路和CAN總線相連，置/復(fù)位電路的另一端連接兩地磁傳感器，電源管理模塊分別連接著兩放大器、兩AD模塊、置/復(fù)位電路、微控制器與CAN總線。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于雙地磁感應(yīng)器的車輛檢測系統(tǒng)，其特征是所述的兩 個(gè)獨(dú)立單一的地磁傳感器以各向異性磁場傳感器(AMR)作為傳感元件。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于雙地磁感應(yīng)器的車輛檢測系統(tǒng)，用來檢測動(dòng)態(tài)車輛情況，以解決現(xiàn)有車輛檢測系統(tǒng)功能不夠完善，檢測內(nèi)容單一，檢測效果較差的問題，包括兩個(gè)獨(dú)立的單一地磁傳感器、微控制器、兩放大器、兩濾波器及AD模塊、CAN總線、置/復(fù)位電路、電源管理模塊，以兩個(gè)獨(dú)立的磁場傳感器的搭配模式各自采樣，并通過微處理器的算法處理計(jì)算出通行車輛的車速、車型和通行流量等相關(guān)車輛信息。
文檔編號(hào)G08G1/042GK201698588SQ20102013550
公開日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月19日
發(fā)明者董雁適 申請(qǐng)人:上海真灼電子技術(shù)有限公司