CN103810862A - 无线交通流检测器 - Google Patents

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刘春义
霍金海
李晓岚
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Abstract

一种无线交通流检测器，采用不易被磁化的磁阻传感器作为前端采样传感器，获得受机动车影响的地磁扰动信号，经过放大器放大、模数转换传送给CPU，CPU通过计算、学习、趋近、漂移处理方法准确判断出车辆在其之上的运行状态，通过无线模块以公开通讯协议发送给其它接收处理设备。再通过无线模块以公开通讯协议发送给其它接收处理设备。本无线交通流检测完整简洁，体积小、功耗低、通讯距离远、算法优、维护量小、低成本。运用地磁棒感应的车辆检测技术，检测信号通过无线通讯方式发射出去，从而实现无线检测车辆。安装方便，无需关闭车道或大面积破坏路面，内置电池供电，使用寿命长。

Description

无线交通流检测器
技术领域
本发明属于计算机电子信息、自动控制、智能交通（ITS）领域，特别涉及一种无线交通流检测器。
背景技术
现行的车辆检测器种类有很多，包括磁感应检测器，波频车辆检测器，视频检测器等。
地埋线圈式磁感应检测器：环形线圈检测器是传统的交通检测器，是目前世界上用量最大的一种检测设备。车辆通过埋设在路面下的环形线圈引起线圈磁场的变化，检测器据此计算出车辆的流量、速度、时间占有率和长度等交通参数，并上传给中央控制系统，以满足交通控制系统的需要。此种方法技术成熟，易于掌握，并有成本较低的优点。这种方法也有以下缺点：1、线圈在安装或维护时必须直接埋入车道，这样交通会暂时受到阻碍。2、切割路面面积比较大，埋置线圈的切缝软化了路面，路面被雨水浸泡后容易出现路面下陷，使路基遭到破坏，容易造成整个路面的下陷。3、感应线圈易受冰冻、路基下沉、盐碱等自然环境的影响，容易损坏，使用寿命短。4、感应线圈由于自身的测量原理所限制，当车流拥堵，车间距小于3m的时候，其检测精度大幅度降低，甚至无法检测。
波频车辆检测器：波频车辆检测器（多为悬挂式检测系统）是以微波、超声波和红外线等对车辆发射电磁波产生感应的检测器，这里主要介绍微波检测器（RTMS），它是一种价格低、性能优越的交通检测器，可广泛应用于城市道路和高速公路的交通信息检测。RTMS的工作方式是：采用侧挂式，在扇形区域内发射连续的低功率调制微波，并在路面上留下一条长长的投影。RTMS以2米为一“层”，将投影分割为32层。用户可将检测区域定义为一层或多层。RTMS根据被检测目标返回的回波，测算出目标的交通信息，每隔一段时间通过RS-232向控制中心发送。它的车速检测原理是：根据特定区域的所有车型假定一个固定的车长，通过感应投影区域内的车辆的进入与离开经历的时间来计算车速。一台RTMS侧挂可同时检测8个车道的车流量、道路占有率和车速。RTMS的测量方式在车型单一，车流稳定，车速分布均匀的道路上准确度较高，但是在车流拥堵以及大型车较多、车型分布不均匀的路段，由于遮挡，测量精度会受到比较大的影响。另外，微波检测器要求离最近车道有3m的空间，如要检测8车道，离最近车道也需要7-9m的距离而且安装高度达到要求。因此，在桥梁、立交、高架路的安装会受到限制，安装困难，价格也比较昂贵。
视频检测器：是通过视频摄像机作传感器，在视频范围内设置虚拟线圈，即检测区，车辆进入检测区时使背景灰度值发生变化，从而得知车辆的存在，并以此检测车辆的流量和速度。检测器可安装在车道的上方和侧面，与传统的交通信息采集技术相比，交通视频检测技术可提供现场的视频图像，可根据需要移动检测线圈，有着直观可靠，但安装调试麻烦，造价比较高，容易受恶劣天气、灯光、阴影等环境因素的影响，汽车的动态阴影也会带来干扰，特别是晚上误报率比较高。
无线交通流检测器：运用地磁棒感应的车辆检测技术，检测信号通过无线通讯方式发射出去，从而实现无线检测车辆。安装方便，无需关闭车道或大面积破坏路面，内置电池供电，使用寿命长（5年左右）。缺点，车辆停留在检测器之上时，可能会产生对地磁场扰动平衡，因而产生一次误判，此问题可以调整检测器安装位置来规避。
发明内容
本发明所解决的技术问题是：提供一种无线交通流检测器。“无线交通流检测器”是广泛应用在城市交通流管理系统的一种新型产品，其主要原理是涉及一种地磁变化传感器，能够采集交通车辆的车速、车流量、车头时距、占有时间等参数（交通流）的交通流检测器。它包括磁场传感器、信号放大器、基于zigbee协议的无线收发器、一次锂电、单片机、外壳。所述的磁场传感器是利用“地磁场高斯理论”研制的；所述的信号放大器是将检测到的地磁微弱变化放大数倍；所述的无线收发器是一种基于zigbee协议的短距离低功耗的数传模块，采用频段2.4G，可兼容802.15.4协议；所述的一次锂电是不能充电的功率型锂电，其容量根据检测器用途决定；所述的单片机是核心数据处理单元，它负责对采样数据的加工运算，组织数据收发；外壳采用PA66，为聚己二酰己二胺，工业简称PA66，常制成圆柱状粒料，作塑料用的聚酰胺分子量一般为1.5万～2万，各种聚酰胺的共同特点是耐燃，抗张强度高（达104千帕），耐磨，电绝缘性好；外壳设计成上下两部分，上部称其为盖，下部称其为底，是螺纹拧一起的圆柱形体，盖的外边沿下方有凸起部分，底的外边沿有凹陷部分，在凹陷槽中放置硅胶密封圈（防水），底的内边沿设计支架用于固定电路板和电池。
磁场变化传感器是利用“地磁场高斯理论”研制的，即地球上每一个地理坐标点，在一段时间内磁场强度是恒定的，当车辆或其它铁磁物质运动经过或停止在这个点时，对这个点的磁场强度产生一个连续的扰动，单片机通过对磁传感器采样数据进行分析，判定检测器之上是否“存在”车辆，并将判定结果通过无线发射器传输给现场中心。
Figure BDA0000406657810000021
体积小，安装方便简单，无需破路申请；
Figure BDA0000406657810000022
超低功耗，可连续工作5年；
Figure BDA0000406657810000023
通讯距离远，可以达到距离路口或路段采集中心设备300米；
Figure BDA0000406657810000024
无论车辆高速行驶，还是缓行甚至静止不动，都能检测到；抗干扰能力强、适应能力强，不受环境影响；
Figure BDA0000406657810000031
一般在无修路情况下，无需维护；
Figure BDA0000406657810000032
由于持续使用时间比较长，使得年平均成本很低。
Figure BDA0000406657810000033
工业级设计。工作温度范围-40～85摄氏度。
本发明的技术方案是：
一种无线交通流检测器，其特征在于：采用不易被磁化的磁阻传感器作为前端采样传感器，获得受机动车影响的地磁扰动信号，经过放大器放大、模数转换传送给单片机CPU，单片机CPU通过计算、学习、趋近、漂移处理方法准确判断出车辆在其之上的运行状态，通过无线模块以公开通讯协议发送给其它接收处理设备，其中所有电路由电池供电。
电池采用功率型一次性锂电。
无线模块采用zigbee技术，基于IEEE802.15.4标准，工作在2.4GHz的频段。
单片机以睡眠和休眠方式达到节能目的，周边部件和电路采用关断、睡眠方式节能。
无线交通流检测器外壳采用聚己二酰己二胺材料PA66制成。达到耐燃、抗张强度高达104千帕、耐磨、电绝缘设计要求。
整体形状是一个圆柱形。
车辆运行状态包括车头时距、占有时间。
本发明效果是：
本无线交通流检测完整简洁，体积小、功耗低、通讯距离远、算法优、维护量小、低成本。运用地磁棒感应的车辆检测技术，检测信号通过无线通讯方式发射出去，从而实现无线检测车辆。安装方便，无需关闭车道或大面积破坏路面，内置电池供电，使用寿命长（5年左右）。
附图说明
图1是硬件构成图。
图2是无线交通流检测器电路图。
图3是检测器软件流图。B1开始，读取运行参数B4。B2调用检测模块（函数）B5。B3如果有车或车离开发射。B4运行参数。B5算法模块（函数）。
图4.1是外形结构图，上盖俯视图。
图4.2是外形结构图，上盖局部剖视图。
图4.3是外形结构图，上盖局部剖视图。
图4.4是外形结构图，上盖侧视图。
图4.5是外形结构图，上盖立体图图。
图5.1是外形结构图，下底俯视图。
图5.2.是外形结构图，下底局部放大图。
图5.3是外形结构图，下底局部放大图。
图5.4是外形结构图，下底外套侧视图。
图5.5是外形结构图，下底局部放大图。
图5.6是外形结构图，下底立体图图。
图6.1是内部结构件主视图。
图6.2是内部结构件侧剖图。
图6.3是内部结构件俯视图。
图6.4是内部结构件局部放大图。
图6.5是内部结构件图立体图。
具体实施方式
如图1、2所示的无线交通流检测器采用不易被磁化的磁阻传感器作为前端采样传感器，获得受机动车影响的地磁扰动信号，经过放大器放大、模数转换传送给单片机CPU，单片机CPU通过计算、学习、趋近、漂移处理方法准确判断出车辆在其之上的运行状态，通过无线模块以公开通讯协议发送给其它接收处理设备。再通过无线模块以公开通讯协议发送给其它接收处理设备。其中所有电路由电池供电。
电池采用功率型一次性锂电。
车辆运行状态包括车头时距、占有时间。
无线模块采用zigbee技术，基于IEEE802.15.4标准，工作在2.4GHz的频段。
单片机以睡眠和休眠方式达到节能目的，周边部件和电路采用关断、睡眠方式节能。
无线交通流检测器外壳采用聚己二酰己二胺材料PA66制成，达到耐燃、抗张强度高达104千帕、耐磨、电绝缘设计要求。整体形状是一个圆柱形。
无线交通流检测器外壳设计：上下两部分组成，上部称其为盖，下部称其为底，是螺纹拧一起的圆柱形体，盖的外边沿下方有凸起部分，底的外边沿有凹陷部分，在凹陷槽中放置硅胶密封圈（防水），底的内边沿设计支架用于固定电路板和电池，底的表面有防滑槽。
外壳材料选用尼龙66为聚己二酰己二胺，工业简称PA66。常制成圆柱状粒料，作塑料用的聚酰胺分子量一般为1.5万～2万。各种聚酰胺的共同特点是耐燃，抗张强度高（达104千帕），耐磨，电绝缘性好。
电路板设计：地磁传感器检测信号通过放大器放大，送给单片机AD管脚；单片机串口与无线模块串口连接，采用TTL电平。电池采用3.6V供电。采用滚珠方向开关连接单片机一个管脚，起到激活或进入睡眠作用，运输时倒置进入睡眠模式，达到省电效果。
电路板和电池之间用端子连接，方便更换电池。
盖和底用特制工具拧紧。
软件设计：算法采用学习机制，应对不断变化的外界环境。串口接收采用缓冲区编程机制，做到接收不丢失数据。
如图3是检测器软件流图。B1开始，读取运行参数B4。B2调用检测模块（函数）B5。B3如果有车或车离开发射。B4运行参数。B5算法模块（函数）。
无线交通流检测器通讯协议公开，允许第三方设备无障碍通信。
应用：一般安装在车道渠化线的中心线上，用公路打孔机钻孔安装检测器。

Claims (7)

1.一种无线交通流检测器，其特征在于：采用不易被磁化的磁阻传感器作为前端采样传感器，获得受机动车影响的地磁扰动信号，经过放大器放大、模数转换传送给单片机CPU，单片机CPU通过计算、学习、趋近、漂移处理方法准确判断出车辆在其之上的运行状态，通过无线模块以公开通讯协议发送给其它接收处理设备，其中所有电路由电池供电。
2.根据权利要求1所述的一种无线交通流检测器，其特征在于：电池采用功率型一次性锂电。
3.根据权利要求1所述的一种无线交通流检测器，其特征在于：无线模块采用zigbee技术，基于IEEE802.15.4标准，工作在2.4GHz的频段。
4.一种无线交通流检测器，其特征在于：单片机以睡眠和休眠方式达到节能目的，周边部件和电路采用关断、睡眠方式节能。
5.一种无线交通流检测器，其特征在于：无线交通流检测器外壳采用聚己二酰己二胺材料PA66制成。
6.一种无线交通流检测器，其特征在于：整体形状是一个圆柱形。
7.一种无线交通流检测器，其特征在于：车辆运行状态包括车头时距、占有时间。
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