CN101261770A - 一种基于反射式电涡流的非接触车辆传感器 - Google Patents
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Abstract
一种基于反射式电涡流的非接触车辆传感器包括：振荡器模块、测频模块、通信模块、交通信号灯输入模块、地感线圈、电源模块和中心处理模块MCU；当有车辆通过时，地感线圈则有电感量的变化，这种电感的变化通过电信号传给振荡器模块并使得振荡频率发生变化，测频模块测量这种频率变化并将测量值上传给MCU，MCU根据交通信号灯输入模块分析这些变化数据，当信号灯为红灯时，MCU通过控制摄像头拍摄特写照片并通过通信模块上给主机，实现了对车辆是否闯红灯进行实时监控。本发明灵敏度和检测率高，且具有工作稳定的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于反射式电涡流的非接触车辆传感器，可实现非接触性的对车辆通过传感器范围的测量。
背景技术
近年来，交通事业的发展引起了其对技术的要求，很多城市都采用了电子警察装置进行交通监控，既保障了交通安全，降低了交警的劳动强度，又解放了大量的警力用于处置突发事件。电子警察硬件系统主要由地感线圈、车辆位置与信号灯检测装置、通讯与数据存储设备和图像采集设备等几部分组成。其中地感线圈的原理就是应用反射式电涡流传感器技术，通过地感线圈感应车辆位置，当发现有车辆进入地感线圈的感应范围内时通过通讯端口向通讯与数据存储设备发送有车辆驶入的消息，如果进入地感线圈的车辆驶出地感线圈的感应范围，检测装置向通讯与数据存储设备发送有车辆驶出的消息，根据预先设定的判定逻辑，判断车辆是否违反交通法规。
目前的电子警察检测设备大多是基于反射式电涡流的非接触车辆传感器。但是当前的反射式电涡流的非接触车辆传感器由于传输波形严重失真而导致地感线圈的工作稳定性较差，尤其在道路施工状况不好的情况下。目前的反射式电涡流的非接触车辆传感器由于振荡信号较弱而比不得使用较多的匝数，从而导致线圈之间的相互干扰而使得线圈的灵敏度降低，甚至检测率降低。本发明根据现行电涡流传感器的这些缺点进行了改进。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于反射式电涡流的非接触车辆传感器，该传感器灵敏度高、检测率高，且具有工作稳定的优点。
本发明的技术解决方案：一种基于反射式电涡流的非接触车辆传感器包括：振荡器模块、测频模块、通信模块、交通信号灯输入模块、地感线圈、电源模块和中心处理模块MCU；当有车辆通过时，地感线圈则有电感量的变化，这种电感的变化通过电信号传给振荡器模块并使得振荡频率发生变化，测频模块测量这种频率变化并将测量值上传给MCU，MCU根据交通信号灯输入模块分析这些变化数据，当信号灯为红灯时，MCU通过控制摄像头拍摄特写照片并通过通信模块上给主机，实现了对车辆是否闯红灯进行实时监控。
本发明的原理：上述基于反射式电涡流的非接触车辆传感器的中心处理模块MCU是负责协调和控制其他相关的模块工作的中心模块。MCU控制流程如下：MCU处于待机状态通过测频模块获得地感线圈监测到的频率变化，若频率没有变化说明没有车通过，则继续在待机状态下获取测频模块的信号；如果有车辆经过，则判断交通信号灯的输入状态，若为绿灯则继续进入待机状态，若为红灯，则系统通过控制特写摄像机进行抓拍，并上传数据；系统返回待机状态。
上述基于反射式电涡流的非接触车辆传感器的振荡器模块采用LC振荡电路，经两级三极管射随器进行电流放大后输出到各地感线圈，精密全波整流放大器的输入正弦波。
上述基于反射式电涡流的非接触车辆传感器的测频模块采用两个可编程的间隔定时器82C54芯片，该芯片内含3个16为计数器，可以有6种工作模式，最高计数频率为8MHz。计数器用来记录振荡器提供的振荡频率，当地感线圈检测到位置变化时会传送变化信号给中心处理模块，中心处理模块再通过定时器的分析比较来判断是否有车辆的位置变化。
上述基于反射式电涡流的非接触车辆传感器的通信模块由MAX202芯片和RS232串口组成，MAX202芯片用来实现电平转换，将所有中心处理模块MCU的信号转换成数字信号通过RS232串口上传给上位机处理，串行通讯采用RS232协议，自定义报文结构。
上述基于反射式电涡流的非接触车辆传感器的交通信号灯输入模块，由于交通信号灯的控制信号电压为220V，为了保证操作人员和设备的安全，交通信号灯经电阻降压后，再经光电耦合器进行光电隔离，生成TTL电平信号，传输给中心处理模块MCU。光电耦合器采用TLP521-4。为了降低发热采用电容组成分压电路。
上述基于反射式电涡流的非接触车辆传感器的地感线圈的工作原理是反射式电涡流。地感线圈的形状为长方形，两条长边与金属物运动方向垂直，彼此间距为0.8米至1.2米，长边的长度两端比道路间距窄0.3米至1米，两个线圈相距150～250厘米，深3～10厘米；线圈的电感量应保持在100uH-300uH之间；线圈匝数为一圈。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明由振荡器模块、测频模块、通信模块、交通信号灯输入模块、地感线圈、电源模块和中心处理模块MCU，当有车辆通过时，地感线圈则导致电感量的变化，这种电感的变化通过电信号传给振荡器模块并使得振荡频率的变化，测频模块测量这种频率变化并将测量值上传给MCU，MCU分析这些变化数据，并通过通信模块上给主机，实现了对车辆是否闯红灯进行实时监控，因此使得本发明的检测灵敏度和检测率明显提高。
(2)本发明采用电容反馈式LC振荡电路，经过全波整流后减小了传输波形的失真，从而获得了很好的工作稳定性。
(3)此外，本发明采用的振荡晶体是有源的，能产生较强的振荡信号，从而减少地干线圈的匝数，匝数的减少又减少了线圈之间的干扰，进一步提高了灵敏度和检测率。
(4)本发明的前端节点可提供的服务数据类型包括速度数据，车牌数据和时间数据，即提供了路口和卡口所需要的数据，所以本发明可以兼容路口和卡口的两种模式，可同时对闯红灯和超速两种违法行为进行检测，具有一定的通用性。
附图说明
图1为本发明的组成框图；
图2为本发明的振荡电路电原理图；
图3为本发明的测频模块电原理图；
图4为本发明的通信模块电原理图；
图5为本发明的交通信号灯输入模块电原理图；
图6为本发明的安装示意图；
图7为本发明的反射式电涡流的非接触车辆传感器检测原理图；
图8为本发明的为本发明的MCU的控制流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括：振荡器模块、测频模块、通信模块、交通信号灯输入模块、地感线圈、电源模块和中心处理模块MCU；中心处理模块MCU为主控制模块，它负责协调和控制其它模块工作。MCU接受测频模块的频率分析值，当检测到有车通过的时候，MCU分析交通信号灯输入模块中的输入信号，当输入信号灯为红灯时并且地感线圈检测有车通过，MCU控制摄像头拍摄特写照片。测频模块主要是通过测量振荡器模块上传的频率信号来判断的，振荡器模块接收地感线圈上传的电感量信号来判断电感量是否发生变化。这种工作模式下，振荡器模块和测频模块将检测的地感线圈数据上传给中心处理模块，中心处理模块将所有处理多的数据信息通过通信模块传递给上位机进行处理，设备与中心处理模块之间进行有链接维护的协议通信，可以及时的检测通信错误及故障，从而实现对车辆的非接触性位置变化检测。
如图2所示，本发明中振荡器模块采用LC振荡器电路，为了获得便于计数的TTL电平信号，在电路中加入一个由三极管组成的放大整形电路，整个振荡器电路采用单5V工作电源。振荡器模块的工作原理为：输入交变电流产生一个交变的磁场，当导体置于该线圈的交变磁场中时，由于导体表面产生电涡流的作用，扁平线圈的电感量和品质因数都会发生变化，根据这个变化可以测量电涡流探头(扁平线圈)与导体之间距离的变化。
如图3所示，测频模块包括可编程的间隔定时器82C54芯片，该芯片内含3个162位计数器，可以有6种工作模式，最高计数频率为8MHz。定时器82C54芯片用来记录振荡器模块输出的振荡频率，当地感线圈检测到位置变化时会传送变化信号给中心处理模块MCU，中心处理模块MCU再通过定时器82C54芯片的分析比较来判断是否有车辆的位置变化。
如图4所示，通信模块包括MAX202芯片和RS232串口。MAX202芯片用来实现电平转换，将所有中心处理模块MCU的信号转换成数字信号上传给上位机处理。串行通讯采用RS232协议，自定义报文结构。为了与现有设备兼容，报文必须兼容现有设备的报文协议。中心处理模块MCU与自主设计的主机应用程序之间的通讯协议均以STX(0x02)开始，以ETX(0x03)结尾。考虑到中心处理模块MCU的工作效率，报文不加校验字节。从上位机发出的报文其数据部分一律使用ASCII字符，车辆检测器的响应报文也均采用ASCII字符作为报文的数据部分。
如图5所示，交通信号灯输入模块的作用是：将交通信号灯经电阻R降压后经光电耦合器TLP621-4进行光电隔离，生成TTL电平信号，再传输给中心处理模块MCU。
如图6所示，本发明反射式电涡流的非接触车辆传感器的安装应用示意图，为了防止逆行车辆引起闯红灯误报，每个车道必须埋设两个地感线圈。图6是防逆行时的地感线圈埋设示意图。当在红灯期间，若有车辆经过地感线圈，传感器将会发出位置变化信号给信号分析仪，从而触发监控设备。
地感线圈为长方形，两条长边与被测金属物(即车体)运动方向垂直，彼此间距为0.8米至1.2米。长边的长度取决于道路的宽度，通常两端比道路间距窄0.3米至1米。两个线圈相距150～250厘米，深3～10厘米。为了使检测器工作在最佳状下，线圈的电感量应保持在100uH-300uH之间。在线圈电感不变的情况下，线圈的匝数与周长有着重要关系。周长越小，匝数就越多。
如图7所示，本发明中地感线圈的检测原理，地感线圈就是基于这样的反射式电涡流传感方式进行车辆的非接触性位置变化检测的。一个扁平线圈置于金属导体附近，当线圈中通有交变电流I1时，线圈周围就产生一个交变磁场H1，置于这一磁场中的金属导体就产生电涡流I2，电涡流也将产生一个新磁场H2，H2与H1方向相反，因而抵消部分原磁场，使通电线圈的有效阻抗发生变化。
如图8所示，本发明的中心处理模块MCU的控制流程如下：MCU处于待机状态通过测频模块获得地感线圈监测到的频率变化，若频率没有变化说明没有车通过，则继续在待机状态下获取测频模块的信号；如果有车辆经过，则判断交通信号灯的输入状态，若为绿灯则继续进入待机状态，若为红灯，则通过控制特写摄像机进行抓拍，并上传数据；然后返回待机状态。
Claims (7)
1.一种基于反射式电涡流的非接触车辆传感器，其特征在于包括：振荡器模块、测频模块、通信模块、交通信号灯输入模块、地感线圈、电源模块和中心处理模块MCU；当有车辆通过时，地感线圈则有电感量的变化，这种电感的变化通过电信号传给振荡器模块并使得振荡频率发生变化，测频模块测量这种频率变化并将测量值上传给MCU，MCU根据交通信号灯输入模块分析这些变化数据，当信号灯为红灯时，MCU通过控制摄像头拍摄特写照片并通过通信模块上给主机，实现了对车辆是否闯红灯进行实时监控。
2.根据权利要求1所述的基于反射式电涡流的非接触车辆传感器，其特征在于：所述的振荡器模块采用LC振荡电路。
3.根据权利要求1所述的基于反射式电涡流的非接触车辆传感器，其特征在于：所述的测频模块包括：两个可编程的间隔定时器82C54芯片，定时器用来记录振荡器提供的振荡频率，当地感线圈检测到位置变化时会传送变化信号给中心处理模块，中心处理模块再通过定时器的分析比较来判断是否有车辆的位置变化。
4.根据权利要求1所述的基于反射式电涡流的非接触车辆传感器，其特征在于：所述的通信模块包括：MAX202芯片和RS232串口，MAX202芯片用来实现电平转换，将所有中心处理模块MCU的信号转换成数字信号通过RS232串口上传给上位机处理，串行通讯采用RS232协议，自定义报文结构。
5.根据权利要求1所述的基于反射式电涡流的非接触车辆传感器，其特征在于：所述的交通信号灯输入模块将交通信号灯经电阻降压后，再经光电耦合器进行光电隔离，生成TTL电平信号，传输给中心处理模块MCU。
6.根据权利要求1所述的基于反射式电涡流的非接触车辆传感器，其特征在于：所述的地感线圈为长方形，两条长边与金属物运动方向垂直，彼此间距为0.8米至1.2米，长边的长度两端比道路间距窄0.3米至1米，两个线圈相距150～250厘米，深3～10厘米；线圈的电感量应保持在100uH-300uH之间；线圈匝数为一圈。
7.根据权利要求1所述的基于反射式电涡流的非接触车辆传感器，其特征在于：所述的中心处理模块MCU的控制流程如下：MCU处于待机状态通过测频模块获得地感线圈监测到的频率变化，若频率没有变化说明没有车通过，则继续在待机状态下获取测频模块的信号；如果有车辆经过，则判断交通信号灯输入模块的输入状态，若为绿灯则继续进入待机状态，若为红灯，则通过控制特写摄像机进行抓拍，并上传数据；然后返回待机状态。
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| CN105403232A (zh) * | 2015-11-30 | 2016-03-16 | 国家电网公司 | 新型电涡流传感器组合装置 |
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2008
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20080910 |