CN103942965A - 地磁车辆检测器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及车辆检测装置，公开了一种地磁车辆检测器，包括MCU装置、无线传输模块以及地磁检测模块；所述MCU装置用于控制无线传输模块以及地磁检测模块的工作状态以及工作频率，并可以控制无线传输模块以及地磁检测模块之间的数据传输；所述无线传输模块用于接收地磁检测模块检测到的地磁信号，并通过射频收发器将地磁信号上传至数据端；所述地磁检测模块包括至少两个地磁传感器，用于检测地磁信号；所述地磁传感器为能够检测至少三个方向的传感器，并可以将检测得到的地磁信号传递至无线传输模块。本发明的优点在于，结构简单，加工方便，安装便捷，具有较好的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及车辆检测装置，特别涉及一种地磁车辆检测器。
背景技术
随着城市的飞速发展和人民生活水平的提高，各种车辆的数量不断增长，随之而来的则是城市主要商区和居民区的停车场车位的需求相应增加。大型停车场的出现解决了城市停车难的问题，但同时也带来大型停车场的车位管理困难等一系列问题。为了能够实现对大型停车场停车位的实时检测，即检测某车位上是否停有车辆，应运发展出了多种车位检测技术。
利用地磁信号对车辆进行检测的原理是，车辆本身含有的铁磁物质会对车辆存在区域的地磁信号产生影响，使车辆存在区域的地球磁力线发生弯曲。当车辆经过传感器附近，传感器能够灵敏感知到信号的变化，经信号分析就可以得到检测目标的相关信息。目前，通过地磁信号进行车辆检测通常用于车辆预警，较少用于车辆停放场地，主要的问题在现有的地磁检测装置应用于停车场的环境下，存在成本高、效率低、准确率低的缺点。因此，有必要研制一种适用于停车场的，可以有效地检测停放车辆的状况的新型地磁测量检测器。
发明内容
本发明针对现有技术中缺乏专门应用于停车场的地磁车辆检测装置的缺点，提供了一种新型的地磁车辆检测器，可以有效地对停车场内的往来车辆进行监控，提高了车辆管理效率。
为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：
地磁车辆检测器，包括MCU装置、无线传输模块以及地磁检测模块；
所述MCU装置用于控制无线传输模块以及地磁检测模块的工作状态以及工作频率，并可以控制无线传输模块以及地磁检测模块之间的数据传输；
所述无线传输模块用于接收地磁检测模块检测到的地磁信号，并通过射频收发器将地磁信号上传至数据端；
所述地磁检测模块包括至少两个地磁传感器，用于检测地磁信号；
所述地磁传感器为能够检测至少三个方向的传感器，并可以将检测得到的地磁信号传递至无线传输模块；
当所述无线传输模块将地磁信号传输至数据端后，数据端通过以下的信号检测步骤对磁场变化进行分析并得出所述地磁车辆检测器附近的车辆进出状况：通过对比由不同的地磁传感器检测到的地磁信号之间的差分信号，提取不同的差分信号，对差分信号进行归类，将不同类别的差分信号与不同的车辆进出动作相关联，得到差分信号与车辆动作之间的关联，实现对所述地磁车辆检测器附近的车辆进出状况的判断，所述差分信号为不同的地磁传感器所读取的检测方向相反的地磁信号之差，所述归类是指根据差分信号的变化范围进行的分类，所述关联是指根据差分信号的变化幅度对车辆动作的区分，并将区分后的特定车辆动作与所述差分信号的特定变化幅度相对应，所述车辆进出状况包括车辆的大小以及行驶方向。
于本发明的实施例中，所述信号检测步骤还包括差分信号计算步骤；
所述差分信号计算步骤包括，将不同的地磁传感器对向放置后，将不同地磁传感器检测得到的位于同一方向轴上的信号相减得到差分信号，所述对向放置是指将不同的地磁传感器方向相反地放置，所述同一方向轴上的信号是指于不同的地磁传感器所检测得到的方向相反的地磁信号。
于本发明的实施例中，所述信号检测步骤还包括基准轴确定步骤以及方向修正步骤；
所述基准轴确定步骤包括：确定主传感器以及从传感器，所述主传感器为任一的地磁传感器，所述从传感器为除主传感器之外的任一地磁传感器；以主传感器能够检测的方向为坐标轴建立正交坐标系；以主传感器能够检测的任一方向为基准方向O1；读取从传感器的所有方向上的地磁信号，以正交坐标系原点至地磁信号在正交坐标系中所对应的点的矢量为基准方向O2；以基准方向O2至基准方向O1的反向方向之间的夹角为偏移角度a；
所述方向修正步骤包括：读取从传感器的所有方向上的地磁信号；于正交坐标系中，以正交坐标系原点至地磁信号在正交坐标系中所对应的点的矢量为检测方向O3；将检测方向O3转过偏移角度a形成修正方向O4；以修正方向O4分别在所有坐标轴上的正投影的长度为修正后的从传感器的地磁信号。
于本发明的实施例中，所述信号检测步骤还包括归类关联步骤，用于对差分信号进行归类，并将差分信号与车辆动作之间进行关联，具体包括：在正交坐标系中记录差分信号所对应的点，根据点的密度对差分信号进行分类，并且将分类后属于同一类的差分信号的集合作视为同一个车辆动作。
于本发明的实施例中，所述地磁检测模块包括两个地磁传感器。
于本发明的实施例中，所述两个地磁传感器对向设置。
于本发明的实施例中，所述数据端安装于所述地磁车辆检测器上，也可以是安装于远离所述地磁车辆检测器的与所述地磁车辆检测器相分离的装置上。
本发明具有以下的显著技术效果：
可以有效地对停车场内的车辆进行检测，检测精度高，灵敏度好，正常使用寿命长，能适应各种环境，检测精度高，抗干扰性强，安装维护方便。
附图说明
图1为地磁车辆检测器的结构示意图。
图2为地磁车辆检测器的信号检测步骤的流程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例1
一种地磁车辆检测器，如图1-2所示，包括MCU装置100、无线传输模块200以及地磁检测模块300；
所述MCU装置100用于控制无线传输模块200以及地磁检测模块300的工作状态以及工作频率，并可以控制无线传输模块200以及地磁检测模块300之间的数据传输；MCU部分主要包括低功耗单片机及其外围电路。MCU型号为德州仪器公司生产的IC芯片，MCU所使用的芯片需要满足16位超低功耗芯片的条件即可，因为检测器需要埋在地下，用电池供电，而该芯片待机电流极小，从而能够保证地磁检测器长期稳定的工作。
所述无线传输模块200用于接收地磁检测模块300检测到的地磁信号，并通过射频收发器将地磁信号上传至数据端400；地磁车辆检测器可以使用有线或者无线和中继器进行通信，考虑到安装以及维护成本，这里采用无线方案，无线传输部分是采用工作频率低于1GHz的高性能射频收发器。其主要针对工业、科研和医疗(ISM)以及短距离无线通信设备(SRD)。高性能射频收发器需要满足输出功率可达+20dBm，接收灵敏度达到-121dBm，可提供对数据包处理、数据缓冲FIFO、接收信号强度指示(RSSI)、空闲信道评估(CCA)、唤醒定时器、低电压检测、温度传感器、8位AD转换器和通用输入/输出口等功能的硬件支持。
所述地磁检测模块300包括至少两个地磁传感器301，用于检测地磁信号。优选地，所述地磁检测模块300包括两个地磁传感器301。所述两个地磁传感器301对向设置。两个地磁传感器方向相反，每一个地磁传感器能够检测三个方向，两个能够检测六个方向，也就是所谓的六轴。利用两个传感器的差分信号，不但能够得到较为准确的数据，而且通过对数据的分析能够得出车型的大小以及车辆行驶的方向。
此外，所有的硬件可以装在一个小圆柱体里面，安装的时候只需要在地面上开一个对应的小洞就可以进行安装，不影响路面交通，维护也方便。
所述地磁传感器301为能够检测至少三个方向的传感器，并可以将检测得到的地磁信号传递至无线传输模块200；
当所述无线传输模块200将地磁信号传输至数据端400后，数据端400为位于云端或者远端的数据服务器，数据端400通过无线连接收集并记录所有的地磁信号，数据端400通过以下的信号检测步骤对磁场变化进行分析并得出所述地磁车辆检测器附近的车辆进出状况：通过对比由不同的地磁传感器301检测到的地磁信号之间的差分信号，提取不同的差分信号，对差分信号进行归类，将不同类别的差分信号与不同的车辆进出动作相关联，得到差分信号与车辆动作之间的关联，实现对所述地磁车辆检测器附近的车辆进出状况的判断，比对包括对不同的时刻所测量的地磁信号之间的比对以及对不同方向上所测量的地磁信号之间的比对，所述差分信号为不同的地磁传感器301所读取的检测方向相反的地磁信号之间的比对，即地磁信号之差，所述归类是指根据差分信号的变化范围进行的分类，于本发明的实施例中，是通过在一定的坐标系中重建差分信号所代表的点，通过对点之间的相对关系，例如密度，进行的分类，所述关联是指根据差分信号的变化幅度对车辆动作的区分，并将区分后的特定车辆动作与所述差分信号的特定变化幅度相对应，所述车辆进出状况包括车辆的大小以及行驶方向。进一步地，所述数据端400可以是安装于远离所述地磁车辆检测器的与所述地磁车辆检测器相分离的装置上，考虑到减少无线传输模块200的数据传输量，也可以直接安装于所述地磁车辆检测器上，此时，地磁信号由无线传输模块200通过有线方式(亦可以通过无线方式)传输至数据端400，减少数据传输时间，防止数据泄露。
所述信号检测步骤500还包括差分信号计算步骤501；
所述差分信号计算步骤501包括，将不同的地磁传感器301对向放置后，将不同地磁传感器301检测得到的位于同一方向轴上的信号相减得到差分信号，所述对向放置是指将不同的地磁传感器301方向相反地放置，所述同一方向轴上的信号是指于不同的地磁传感器301上所检测得到的方向相反的地磁信号，通常而言，地磁传感器301可以检测三个方向的磁场变化，地磁传感器301所检测的磁场方向是可以知晓的，由于地磁传感器301是对向放置的，因此不同的地磁传感器301所检测到的相同的磁场方向，则必然是方向相反的磁场方向。
进一步地，为了能够避免在安装地磁传感器301时的安装误差，以及由于车辆的震动导致的地磁地磁传感器301偏移其对向位置，所述信号检测步骤500还包括基准轴确定步骤502以及方向修正步骤503；
所述基准轴确定步骤502包括：确定主传感器以及从传感器，所述主传感器为任一的地磁传感器301，所述从传感器为除主传感器之外的任一地磁传感器301；以主传感器能够检测的方向为坐标轴建立正交坐标系O；以主传感器能够检测的任一方向为基准方向O1；读取从传感器的所有方向上的地磁信号，以正交坐标系O原点至地磁信号在正交坐标系O中所对应的点的矢量为基准方向O2；以基准方向O2至基准方向O1的反向方向之间的夹角为偏移角度a；
所述方向修正步骤503包括：读取从传感器的所有方向上的地磁信号；于正交坐标系O中，以正交坐标系O原点至地磁信号在正交坐标系O中所对应的点的矢量为检测方向O3；将检测方向O3转过偏移角度a形成修正方向O4；以修正方向O4分别在所有坐标轴上的正投影的长度为修正后的从传感器的地磁信号。
所述信号检测步骤500还包括归类关联步骤504，用于对差分信号进行归类，并将差分信号与车辆动作之间进行关联，具体包括：在正交坐标系O中记录差分信号所对应的点，根据点的密度对差分信号进行分类，并且将分类后属于同一类的差分信号的集合作视为同一个车辆动作。
此外，还可以通过以下的步骤对进出地磁车辆检测器的车辆的车型大小以及行驶方向进行判断，具体地，还包括车型检测步骤505以及方向检测步骤506。
其中，车型检测步骤505中，通过检测地磁车辆检测器安放区域的地磁磁场的变化率的大小检测经过地磁车辆检测器的车型大小，具体地，所述地磁磁场的变化率可以通过对一定时间间隔前后所检测到的两次或者多次地磁信号之间的差值大小来进行判断。记录下所有的地磁磁场的变化率数值，记录变化率的最大值以及到达最大值的时间。记录不同的车辆进入地磁车辆检测器安放区域的地磁磁场变化率的最大值以及到达最大值的时间，建立以所述最大值为横坐标，到达最大值的时间为纵坐标的正交坐标系P，将上述不同的车辆进入地磁车辆检测器安放区域的地磁磁场变化率的最大值以及到达最大值的时间在所述正交坐标系P上进行标注，以所标注的点的密度作为划分标准，首先设定一个密度阈值，即将一定范围内的标注点的数量，将超出密度阈值的区域进行标记，所标记的区域即与一定的车型大小相对应，依据所标记区域在横坐标和纵坐标的位置进行排序，排序后的标记区域即代表了车型大小的类型。其次，对进入地磁车辆检测器安放区域的车辆进行检测，并记录其变化率的数值变化，提取变化率的最大值以及到达最大值的时间，判断该最大值以及到达最大值的时间落入或者接近的标记区域的序号既可以判断车型大小。最后，依据新标注后的正交坐标系P中的点的密度，重新对正交区域中的区域进行标记。
此外，方向检测步骤506则用于判断车辆的行驶方向，读取地磁信号中的不同方向的差分信号，将差分信号依据上述基准轴确定步骤502以及方向修正步骤503进行修正后，在正交坐标系O上标注不同方向的差分信号所代表的矢量，该矢量的相反方向即该车辆的行驶方向。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。
Claims (7)
1.一种地磁车辆检测器，其特征在于，包括MCU装置(100)、无线传输模块(200)以及地磁检测模块(300)；
所述MCU装置(100)用于控制无线传输模块(200)以及地磁检测模块(300)的工作状态以及工作频率，并可以控制无线传输模块(200)以及地磁检测模块(300)之间的数据传输；
所述无线传输模块(200)用于接收地磁检测模块(300)检测到的地磁信号，并通过射频收发器将地磁信号上传至数据端(400)；
所述地磁检测模块(300)包括至少两个地磁传感器(301)，用于检测地磁信号；
所述地磁传感器(301)为能够检测至少三个方向的传感器，并可以将检测得到的地磁信号传递至无线传输模块(200)；
当所述无线传输模块(200)将地磁信号传输至数据端(400)后，数据端(400)通过以下的信号检测步骤(500)对磁场变化进行分析并得出所述地磁车辆检测器附近的车辆进出状况：通过对比由不同的地磁传感器(301)检测到的地磁信号之间的差分信号，提取不同的差分信号，对差分信号进行归类，将不同类别的差分信号与不同的车辆进出动作相关联，得到差分信号与车辆动作之间的关联，实现对所述地磁车辆检测器附近的车辆进出状况的判断，所述差分信号为不同的地磁传感器(301)所读取的检测方向相反的地磁信号之差，所述归类是指根据差分信号的变化范围进行的分类，所述关联是指根据差分信号的变化幅度对车辆动作的区分，并将区分后的特定车辆动作与所述差分信号的特定变化幅度相对应，所述车辆进出状况包括车辆的大小以及行驶方向。
2.根据权利要求1所述的地磁车辆检测器，其特征在于，所述信号检测步骤(500)还包括差分信号计算步骤(501)；
所述差分信号计算步骤(501)包括，将不同的地磁传感器(301)对向放置后，将不同地磁传感器(301)检测得到的位于同一方向轴上的信号相减得到差分信号，所述对向放置是指将不同的地磁传感器(301)方向相反地放置，所述同一方向轴上的信号是指于不同的地磁传感器(301)所检测得到的方向相反的地磁信号。
3.根据权利要求1所述的地磁车辆检测器，其特征在于，所述信号检测步骤(500)还包括基准轴确定步骤(502)以及方向修正步骤(503)；
所述基准轴确定步骤(502)包括：确定主传感器以及从传感器，所述主传感器为任一的地磁传感器(301)，所述从传感器为除主传感器之外的任一地磁传感器(301)；以主传感器能够检测的方向为坐标轴建立正交坐标系；以主传感器能够检测的任一方向为基准方向O1；读取从传感器的所有方向上的地磁信号，以正交坐标系原点至地磁信号在正交坐标系中所对应的点的矢量为基准方向O2；以基准方向O2至基准方向O1的反向方向之间的夹角为偏移角度a；
所述方向修正步骤(503)包括：读取从传感器的所有方向上的地磁信号；于正交坐标系中，以正交坐标系原点至地磁信号在正交坐标系中所对应的点的矢量为检测方向O3；将检测方向O3转过偏移角度a形成修正方向O4；以修正方向O4分别在所有坐标轴上的正投影的长度为修正后的从传感器的地磁信号。
4.根据权利要求1所述的地磁车辆检测器，其特征在于，所述信号检测步骤(500)还包括归类关联步骤(504)，用于对差分信号进行归类，并将差分信号与车辆动作之间进行关联，具体包括：在正交坐标系中记录差分信号所对应的点，根据点的密度对差分信号进行分类，并且将分类后属于同一类的差分信号的集合作视为同一个车辆动作。
5.根据权利要求1所述的地磁车辆检测器，其特征在于，所述地磁检测模块(300)包括两个地磁传感器(301)。
6.根据权利要求1所述的地磁车辆检测器，其特征在于，所述两个地磁传感器(301)对向设置。
7.根据权利要求1所述的地磁车辆检测器，其特征在于，所述数据端(400)安装于所述地磁车辆检测器上，也可以是安装于远离所述地磁车辆检测器的与所述地磁车辆检测器相分离的装置上。
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