CN103927871A - 一种基于多种传感器信息的车辆检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于多种传感器信息的车辆检测装置，包括加速度检测单元、光敏信号检测单元、地磁检测单元、数据采集单元、微处理器、存储单元和无线发射模块；车辆行驶经过检测装置时，加速度检测单元采集路面震动信号，光敏元件感应光照变化产生光电信号，地磁检测单元感应磁场变化输出相应电信号；由微控制器对信号数据进行分析计算，获得车辆相关参数信息，并将车辆相关参数信息转存到存储单元，并通过无线发射模块发送给接收终端。本发明通过多元传感器信息融合的原理检测车辆信息，可以有效提高检测精度，并且具有不受天气因素和车辆大小尺寸影响的优点。易于安装和维护，体积小，成本低，功耗低。

Description

一种基于多种传感器信息的车辆检测装置

技术领域

本发明涉及交通检测技术，具体涉及一种基于多种传感器信息的车辆检测装置。

背景技术

随着智能交通技术的飞速发展，交通信息采集技术，特别是车辆检测技术变得尤为重要。车辆在道路中行驶时，会释放出热、声、磁等信号。交通检测器通过检测这些信号，并利用其中的一种或几种信息用以检测行驶中的车辆。按照交通检测器所使用的检测传感器的种类分，可以将其分为压力、加速度、磁场、电感、超声波、频率、光电、图像传感等。它们通过感知、转换和传输相关物理量检测出某一界面车辆通过的时间、外形尺寸或者图像，并将其传输给处理单元。处理单元将这些传输过来的物理量转换为车辆要素值，如轴数、轴距、车辆尺寸等。目前应用较广泛的检测器有环形线圈检测器、地磁检测器、超声波检测器和视频检测器。但是，这些交通检测器从检测原理和安装使用等方面仍存在问题和不足，制约着交通管理与控制水平的提高和发展。

现有车辆检测器大多采用检测车辆行驶过程中产生的单一信号作为检测原理，如超声波车辆检测器通过超声波发射器对车辆发出超声波，检测经车辆反射回的超声信号，获得车辆计数信息。检测信息的单一性导致了现有车辆检测技术存在某些技术盲点，这是由其检测原理造成的，例如超声波检测器在前方车辆被大型车遮挡时，就会发生错检或漏检。这些技术盲点限制了检测精度的提高。同时，检测信息的单一性也导致了，检测器容易受到周边环境的较大干扰，例如天气因素对视频检测器的影响，行人、树枝等对超声波检测器的影响等。在检测信息单一的情况下，这些周边环境造成的影响对检测数据的破坏是无法挽救的。这也导致了现有车辆检测器对安装位置和安装方法都有特殊的要求，适应多种检测环境的车辆检测器难以实现。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于多种传感器信息的车辆检测装置，以克服现有车辆检测技术存在的检测精度不高，易受环境影响等问题。此装置利用车辆行驶过程中车轴对路面产生连续激励产生在道路表面传播的震动波，和车辆造成的路面阴影，以及车辆行驶中引起周边地磁场变化的客观事实，利用多种传感元件实现车辆检测，获得车辆计数信息。

本发明的所采用的技术如下：一种基于多种传感器信息的车辆检测装置，包括加速度检测单元、光敏信号检测单元、地磁检测单元、数据采集单元、微处理器、存储单元和无线发射模块；加速度检测单元、光敏信号检测单元和地磁检测单元安装于道路表面，加速度检测单元、光敏信号检测单元、地磁检测单元分别与数据采集单元电信号连接，数据采集单元与微处理器电信号连接，存储单元、无线发射模块分别与微处理器电信号连接，加速度检测单元、光敏信号检测单元、地磁检测单元分别输出路面震动信号、光电信号、磁场变化信号，这三种电信号通过数据采集单元处理后将三种信号输入微处理器；当有车辆行驶经过检测装置时，加速度检测单元检测车辆所产生的路面震动信号通过数据采集单元处理后输入微处理器，微处理器中存有车辆造成路面震动信号的相应特征信息，包括震动信号强度和频率分布范围，通过对比分析采集到的路面震动信号特征信息，判断是否有车辆经过；光敏信号检测单元感应车辆经过时光照变化产生光电信号，通过数据采集单元处理后输入微处理器，光电信号的幅值下降到微处理器中设定的阈值，并且持续时间超过设定阈值，则认为符合车辆经过的判断条件，则判断有车辆经过；地磁传感器采集到车辆经过时的磁场强度变化信息，输出相应的磁场强度变化信号，通过数据采集单元处理后输入微处理器，如果磁场强度变化的幅度和持续时间达到微处理器中设定的阈值，则判断有车辆经过；当有两种或三种信号判断结果同时为有车辆经过时，得到有车辆经过的最终判断结果，微处理器中的用于统计车数信息的计数器加一，并将车辆相关参数信息转存到存储单元，并通过无线发射模块发送给接收终端。

本发明相比现有车辆检测技术的优点有：

1.本发明采用的震动检测原理和光学检测原理以及地磁检测原理相结合的方式获取车辆计数信息。与传统检测原理相比，震动传播介质为路面，因此不受雨、雪、雾等天气因素和车辆的外形尺寸等因素的影响；而结合光敏元件对行车阴影的检测以及地磁元件对车辆造成的磁场变化的检测可有效的提高车辆检测精度。

2.本发明提出的装置安装方法，与应用较普遍的传统交通检测器的安装方法相比，安装在道路表面，尤其安装于车道中央或车道一侧的道路表面，。这种安装和检测方式不用破坏道路，也不用架设梁架。不易受到车辆碾压，从而提高了检测可靠性和使用寿命。

附图说明

图1是本发明的装置结构图。

图2是本发明工作步骤框图。

具体实施方式

实施例1

一种基于多种传感器信息的车辆检测装置，包括加速度检测单元1、光敏信号检测单元2、地磁检测单元3、数据采集单元4、微处理器5、无线发射模块6和存储单元7；加速度检测单元、光敏信号检测单元和地磁检测单元安装于道路表面，加速度检测单元、光敏信号检测单元、地磁检测单元分别与数据采集单元电信号连接，数据采集单元与微处理器电信号连接，存储单元、无线发射模块分别与微处理器电信号连接，加速度检测单元、光敏信号检测单元、地磁检测单元分别输出路面震动信号、光电信号、磁场变化信号，这三种电信号通过数据采集单元处理后将三种信号输入微处理器；当有车辆行驶经过检测装置时，加速度检测单元检测车辆所产生的路面震动信号通过数据采集单元处理后输入微处理器，车辆产生的路面震动信号频率范围主要集中在0-100Hz，加速度传感器检测到路面震动信号的强度在0-30mg范围内。微处理器中存有车辆造成路面震动信号的相应特征信息，包括震动信号强度和频率分布范围，通过对比分析采集到的路面震动信号特征信息，判断是否有车辆经过；光敏信号检测单元感应车辆经过时光照变化产生光电信号，通过数据采集单元处理后输入微处理器，本实施样例中采用的光敏检测器件检测到路面光照转化成的电信号的电压幅值主要在1.3-1.6V之间，而车辆经过遮挡光源时，光敏检测器件检测到的光照转化成的电信号的电压幅值主要在0.3-0.6V之间，光电信号的幅值下降到微处理器中设定的阈值0.7V，并且持续时间在0.2秒到1.5秒之间，则认为符合车辆经过的判断条件，则判断有车辆经过；地磁传感器采集到车辆经过时的磁场强度变化信息，输出相应的磁场强度变化信号，通过数据采集单元处理后输入微处理器，如果磁场强度变化的正反峰值幅度达到微处理器中设定的阈值100毫高斯，且则判断有车辆经过；当有两种或三种信号判断结果同时为有车辆经过时，得到有车辆经过的最终判断结果，微处理器中的用于统计车数信息的计数器加一，并将车辆相关参数信息转存到存储单元，并通过无线发射模块发送给接收终端。

本发明的车辆检测方法，包括步骤：

1)设备初始化。初始化过程中，微处理器启动各数据接口；对加速度检测单元和地磁检测单元进行初始设置；读取加速度检测单元各传感器初始测量值，读取光敏检测单元初始测量值，读取地磁检测单元传感器初始测量值；

2)微处理器控制震动加速度检测单元开始检测路面震动信息，并将采集到的加速度信号输入数据采集单元；光敏信号检测单元检测光敏元件表面光强度信息，并将生成的电压信号输入数据采集单元；地磁检测单元检测磁场强度变换，并将测量信号输入数据采集单元；

3)数据采集单元将加速度信号、光电信号和磁场强度信号进行模数转换，并将转换得到的数字信号输入微处理器；

4)微处理器对加速度信号、光电信号和地磁信号分别进行分析计算，分别得到有无车辆经过判断结果。其中，对于加速度信号，微处理器中存有车辆造成路面震动信号的相应特征信息，包括震动信号强度、频率分布范围等，通过对比分析采集到的信号特征信息，可以判断是否有车辆经过；对于光电信号，当车辆经过遮挡光源照射到光敏元件时，光敏元件信号会出现相应变化，光电压降低，据此，如果光敏元件信号幅值下降到设定的阈值，并且持续时间超过设定阈值，则认为符合车辆经过的判断条件，则可判断有车辆经过；对于地磁信号，当车辆经过时，金属车体移动造成磁场变化，地磁传感器采集到磁场变换信息，输出相应的信号，如果磁场变化幅度和持续时间达到既设阈值，则判断有车辆经过。综合利用三种检测信息，当有两种或两种以上信号判断结果同时为有车辆经过时，得到有车辆经过的最终判断结果，微处理器中的用于统计车数信息的计数器加一；

5)所述微处理器将计算得到的车辆计数信息转存到存储单元，并通过无线发射模块予以发送给接收终端。

实施例2

加速度检测单元1采用芬兰VTI科技公司的SCA3100三轴加速度传感器，其作用是感应车轴通过车轮与路面接触造成的路面震动，将震动波信号转换成数字加速度信号。光敏信号检测单元2为光敏电阻，其作用是感应车辆经过遮挡光源照射造成的光信号变化，将光信号变化转换成电信号。地磁检测单元3采用博世公司的BMM150地磁检测器，其作用是感应车辆经过造成的磁场变化，并输出相应的电信号。数据采集单元4将三种信号进行模数转换，并将获得的数字信号传输到微处理器5中。微处理器5采用MCS-51单片机，其作用是控制传感器和数据采集单元采集加速度数据和光电信号数据以及磁场变化数据，并对采集到的数据进行处理，获得车辆计数信息。存储单元7负责存储微处理器5计算获得的车辆计数信息，在此样例中采用SD卡作为存储单元。所述无线发射模块6负责将微处理器5计算得到的车辆计数信息通过无线通信手段发送，此样例中采用应用Zigbee无线通信协议的芯片。微处理器5将获得的车辆计数信息转存到存储单元7中，并通过无线发射模块6进行发送给接收终端。

实施例3

加速度检测单元1采用亚德诺半导体公司的ADXL345加速度传感器，其作用是感应车轴通过车轮与路面接触造成的路面震动，将震动波信号转换成数字加速度信号。光敏信号检测单元2为光电二极管，其作用是感应车辆经过遮挡光源照射造成的光信号变化，将光信号变化转换成电信号。地磁检测单元3采用德国MDT公司的MMLP57H地磁感应器，其作用是感应车辆经过造成的磁场变化，并输出相应的电信号。数据采集单元4将三种信号进行模数转换，并将获得的数字信号传输到微处理器5中。微处理器5采用德州仪器公司的CC2540微处理器内核，其作用是控制传感器和数据采集单元采集加速度数据和光电信号数据以及磁场变化数据，并对采集到的数据进行处理，获得车辆计数信息。存储单元7负责存储微处理器5计算获得的车辆计数信息，在此样例中采用mmc卡作为存储单元。所述无线发射模块6负责将微处理器5计算得到的车辆计数信息通过无线通信手段发送，此样例中采用应用蓝牙4.0无线通信协议的芯片。微处理器5将获得的车辆计数信息转存到存储单元7中，并通过无线发射模块6进行发送给接收终端。

实施例4

加速度检测单元1采用飞思卡尔公司的MMA7260加速度传感器，其作用是感应车轴通过车轮与路面接触造成的路面震动，将震动波信号转换成数字加速度信号。光敏信号检测单元2为太阳能电池，其作用是感应车辆经过遮挡光源照射造成的光信号变化，将光信号变化转换成电信号。地磁检测单元3采用日本ALPS公司的HSCD系列地磁传感器，其作用是感应车辆经过造成的磁场变化，并输出相应的电信号。数据采集单元4将三种信号进行模数转换，并将获得的数字信号传输到微处理器5中。微处理器5采用ATMEL公司的ATmega128L单片机，其作用是控制传感器和数据采集单元采集加速度数据和光电信号数据以及磁场变化数据，并对采集到的数据进行处理，获得车辆计数信息。存储单元7负责存储微处理器5计算获得的车辆计数信息，在此样例中采用CF卡作为存储单元。所述无线发射模块6负责将微处理器5计算得到的车辆计数信息通过无线通信手段发送，此样例中采用应用WIFI无线通信协议的芯片。微处理器5将获得的车辆计数信息转存到存储单元7中，并通过无线发射模块6进行发送给接收终端。

Claims (1)

1.一种基于多种传感器信息的车辆检测装置，包括加速度检测单元、光敏信号检测单元、地磁检测单元、数据采集单元、微处理器、存储单元和无线发射模块；其特征在于：加速度检测单元、光敏信号检测单元和地磁检测单元安装于道路表面，加速度检测单元、光敏信号检测单元、地磁检测单元分别与数据采集单元电信号连接，数据采集单元与微处理器电信号连接，存储单元、无线发射模块分别与微处理器电信号连接，加速度检测单元、光敏信号检测单元、地磁检测单元分别输出路面震动信号、光电信号、磁场变化信号，这三种电信号通过数据采集单元处理后将三种信号输入微处理器；当有车辆行驶经过检测装置时，加速度检测单元检测车辆所产生的路面震动信号通过数据采集单元处理后输入微处理器，微处理器中存有车辆造成路面震动信号的相应特征信息，包括震动信号强度和频率分布范围，通过对比分析采集到的路面震动信号特征信息，判断是否有车辆经过；光敏信号检测单元感应车辆经过时光照变化产生光电信号，通过数据采集单元处理后输入微处理器，光电信号的幅值下降到微处理器中设定的阈值，并且持续时间超过设定阈值，则认为符合车辆经过的判断条件，则判断有车辆经过；地磁传感器采集到车辆经过时的磁场强度变化信息，输出相应的磁场强度变化信号，通过数据采集单元处理后输入微处理器，如果磁场强度变化的幅度和持续时间达到微处理器中设定的阈值，则判断有车辆经过；当有两种或三种信号判断结果同时为有车辆经过时，得到有车辆经过的最终判断结果，微处理器中的用于统计车数信息的计数器加一，并将车辆相关参数信息转存到存储单元，并通过无线发射模块发送给接收终端。