CN104408939B - 车辆检测用的无线地磁检测器及其车辆检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆检测用的无线地磁检测器及其车辆检测方法。车辆检测用的无线地磁检测器包括传感器、处理单元、电源、无线收发单元和天线，传感器检测大地磁场磁通量的变化量，并将对应于该变化量的电信号发送至处理单元，处理单元接受该电信号后即判断有车辆通过并指令处于工作状态的无线收发单元保持工作状态或指令处于休眠状态的无线收发单元进入工作状态以及指令处于工作状态的无线收发单元与天线通信，由此无线收发单元向外部的控制主机发送检测到车辆通过的信息并接受外部时间同步信息并将该同步信息发送至处理单元，处理单元根据该同步信息校准其内部的时间数据。本发明内部响应时间短，检测范围广，检测准确性高，同时节约了成本。

Description

车辆检测用的无线地磁检测器及其车辆检测方法

技术领域

本发明涉及一种车辆检测技术，尤其涉及一种车辆检测用的无线地磁检测器及其车辆检测方法。

背景技术

随着社会的发展，交通车辆信息数据的采集已经成为解决交通问题的最有力措施。

现有的最为先进的车辆信息采集方式是无线地磁检测车辆信息。当车辆通过埋设在路面下的地磁，引起大地磁场磁通量的变化，地磁检测器的传感器检测到大地磁场磁通量的变化，据此计算出车辆信息，可以得出一段时间内的车流量、车辆速度、时间占有率等交通参数，并传输至控制主机，由控制主机上传给终端服务器，以满足交通控制系统的需要。

但是现有无线地磁技术也存在缺陷，现有无线地磁车辆检测器内部包括：传感器、开关单元、放大器、电源管理单元、处理单元、天线、无线收发单元、电源。其中传感器大多是单轴传感器、双轴传感器或单、双轴传感器都有，其检测的范围小、检测精度低。通信网络采用2.4GHZ网络，其网络通信强度低，通信稳定性差，通信距离短，当通信距离超过10米以外，多需要中继器来实现远距离传输，而且为了增强通信距离还会采用功率放大器，增加功耗。为了降低地磁车辆检测器在实际环境运用中的功耗，现有技术通常会设计一整套休眠唤醒算法来实现功耗的降低，现有休眠唤醒技术方案是：在处理单元设计一个不断同步的时钟，该时钟是通过由无线收发单元不断接收一个下发的时间同步信息来实现的，无线收发单元将该时间同步信息发送给处理单元，处理单元根据这个时间同步信息来校准内部运行的时间数据。该同步信息中规定了一个时间间隙为工作时间间隙，在该时间间隙外是处于休眠状态的。

休眠过程是：当处理单元里的时钟到达休眠的时间间隙时，车辆检测器从工作状态转变为休眠状态时，处理单元控制无线收发单元休眠，无线收发单元不上电休眠。同时，处理单元控制电源管理单元休眠，切断为传感器、开关单元、放大器的供电，这样传感器、开关单元、放大器也休眠。处理单元自身除维持时钟外，同样进行休眠。

唤醒过程是：当处理单元里的时钟到达需要工作的时间间隙时，现有车辆检测装器从休眠状态转变为工作状态时，处理单元自唤醒，给传感器供电，然后控制无线收发单元唤醒，无线收发单元上电工作。同时，处理单元控制电源管理单元工作，为开关单元和放大器供电工作。

现有休眠唤醒的技术方案的缺点是：首先采用现有方式达到检测器内部元件按时间规律断电、上电目的，使车辆检测器实现一定程度上的休眠及唤醒，此种休眠唤醒方案对电源电量消耗极大，由于地磁车辆检测器自带电源一般为电池，电量有限，每次所有元件断电后重新供电并唤醒时，所消耗的电流及电量要比检测器正常工作所消耗电量要大很多，从而降低了检测器的使用寿命。现有无线地磁车辆检测器休眠唤醒算法产生的电量消耗见图1。其次，现有技术方案要使传感器从休眠到唤醒，车辆检测器内部需要电源管理单元、放大器、开关单元三个元件，元件过多影响了系统的整体稳定性，加大了通信的风险性。再有，地磁车辆检测器在高速公路视频卡口、城市道路流量及测速视频卡口运用中，国家强制性标准为：“从地磁车辆检测器检测到有车辆经过，到将信号发送给与其组网连接的视频抓拍设备，完成抓拍；整体通信时间必须小于20毫秒”。而采用现有休眠唤醒技术方案休眠的地磁检测器，每次从休眠到唤醒需要300毫秒以上的时间，无法满足视频卡口抓拍的需要，限制了无线地磁车辆检测器在视频卡口这一领域的应用，成为了无线地磁车辆检测器研发及设计者们需要攻克的关键性技术难点。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种准确率高，功耗低、稳定性高，使用寿命长的车辆检测用的无线地磁检测器及其车辆检测方法。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是现有车辆检测用的无线地磁检测器准确率低，功耗大、稳定性差，使用寿命短。

为实现上述目的，本发明提供了一种准确率高，功耗低、稳定性高，使用寿命长的车辆检测用的无线地磁检测器及其车辆检测方法。

技术方案一：

一种车辆检测用的无线地磁检测器，包括传感器、处理单元、电源、无线收发单元和天线，其特征在于：

所述电源连接所述传感器、处理单元、无线收发单元，用于为所述传感器、处理单元、无线收发单元供电；

所述传感器，用于检测大地磁场的磁通量的变化量，并将对应于所述变化量的电信号发送至所述处理单元；

所述处理单元，连接所述传感器；所述处理单元用于接收所述传感器发送的电信号并在接受到所述电信号时判断有车辆通过并指令处于工作状态的所述无线收发单元保持工作状态或指令处于休眠状态的所述无线收发单元进入工作状态，并指令所述处于工作状态的所述无线收发单元与所述天线通信；

所述无线收发单元与所述天线通信以向外部发送信息，所述信息指示检测到有车辆通过；并且所述无线收发单元与所述天线通信以接收外部时间同步信息，并将所述外部时间同步信息传送至所述处理单元，所述的处理单元根据所述外部时间同步信息校准其内部的时间数据。

在本发明的较佳实施方式中，所述处于工作状态的所述无线收发单元向外部的控制主机发送所述信息。所述传感器为三轴磁阻传感器，优选为检测所述磁通量在三个互相垂直的方向上的分量的变化量的三轴磁阻传感器。所述处理单元包括电源管理模块，所述处理单元通过所述电源管理模块指令所述电源给所述无线收发单元供电以使处于工作状态的所述无线收发单元保持工作状态或处于休眠状态的所述无线收发单元进入工作状态。所述电源为锂亚硫酰氯电池。所述天线为定向天线。

本发明中的所述无线收发单元与所述天线之间选用433MHZ频段通信。

技术方案二：

一种车辆检测方法，用于前述的车辆检测用的无线地磁检测器，其特征在于，包括步骤：

步骤1，所述传感器检测大地磁场的磁通量的变化量，并将对应于所述变化量的电信号发送至所述处理单元；

步骤2，所述处理单元接收到所述电信号后指令处于工作状态的所述无线收发单元保持工作状态或指令处于休眠状态的所述无线收发单元进入工作状态，并指令所述处于工作状态的所述无线收发单元与所述天线通信；

步骤3，所述无线收发单元与所述天线通信以向外部发送信息，所述信息指示检测到有车辆通过；并且所述无线收发单元与所述天线通信以接收外部时间同步信息，并将所述外部时间同步信息传送至所述处理单元；

步骤4，所述的处理单元根据所述外部时间同步信息校准其内部的时间数据。

本发明的有益效果在于：

1、本发明通过利用三轴磁阻传感器能够检测到三维立体三个方向的大地磁场变化，有效改善了现有无线地磁车辆检测器使用单轴磁阻传感器或双轴磁阻传感器造成的检测范围的局限性等问题，检测范围更广。

2、本发明传感器使用三轴磁阻传感器能够将磁通量的变化量这一信息直接转换为数字信号，发送给处理单元。替代了现有无线地磁车辆检测器使用单轴磁阻传感器或双轴磁阻传感器生成模拟信号，再将模拟信号通过开关单元发送给放大器，放大器最终将转换的数字信号发送给处理单元，这一繁琐流程，同时免去了开关单元、放大器、电源管理单元，节省了成本提高了效率。

3、本发明选用的433MHZ频段通信增强了通信强度和抗干扰性。

4、本发明的对无线通信模块的休眠唤醒的方法降低了系统的功耗，增加了使用寿命，采用该方法的地磁检测器，每次从休眠到唤醒小于0.5毫秒的时间，满足视频卡口抓拍的需要，实现了无线地磁车辆检测器在视频卡口这一领域的应用，攻克了这一关键性技术难点。

5、相对于现有技术，本发明从传感器检测到磁通量变化到将信号传递给处理单元到无线收发单元的整个过程消耗的时间被缩短了，因此其在运用到卡口视频抓拍应用时，能满足抓拍需求。

6、本发明的测量方法提高了检测准确性和可靠性。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是现有无线地磁车辆检测器休眠唤醒算法产生的电量消耗示意图；

图2是本发明的原理方框图。

具体实施方式

实施例1：

如图2所示，车辆检测用的无线地磁检测器由传感器、处理单元、电源、无线收发单元和天线组成，其无线地与外部的控制主机相连。传感器和处理单元相连接，传感器和电源相连接，处理单元和电源相连接，处理单元和无线收发单元相连接，无线收发单元和天线连接，无线收发单元和电源连接。

传感器的原理是检测大地地磁的强度，可以检测磁场强度E或者磁感应强度B。可直接生成电信号发送至处理单元。本发明采用的传感器是具有学习功能的传感器，其根据前一时刻的测量值生成基准信号，并将本时刻获得的测量值对应的信号与基准信号进行比较，将两者之差作为结果输出。本实施例中采用三轴磁阻传感器，用于检测三个互相垂直的方向上的大地磁场的变化，并且生成对应的电信号输出，例如电压信号或电流信号。

该电信号被发送至处理单元，由此可以实现高精度的检测。

处理单元接受到该电信号后即判断有车辆通过指令处于工作状态的无线收发单元保持工作状态或指令处于休眠状态的无线收发单元进入工作状态，并指令处于工作状态的无线收发单元与天线通信。具体地为：处理单元通过电源管理模块指令电源给无线收发单元供电以使处于工作状态的无线收发单元保持工作状态或处于休眠状态的无线收发单元进入工作状态。本实施例中，电源管理模块布置在处理单元内；在其他实施例中，电源管理模块可以独立于处理单元。

收到该指令的电源会在设定的时间(工作时隙)内持续为无线收发单元供电，无线收发单元从工作状态进入休眠状态。该设定的时间可以根据实际使用的需要设定，例如15分钟。

处于工作状态的无线收发单元与天线通信，较佳地，两者之间选用433MHZ频段通信。无线收发单元通过天线向外部的控制主机发送信息，该信息指示检测到有车辆通过；无线收发单元还通过天线接收外部时间同步信息，并将该同步信息传送至处理单元，处理单元根据该同步信息校准其内部的时间数据。

天线优选为定向天线，定向天线的好处就是具有收敛作用，可以把发送的信号约束和收敛在一定的范围内，在该范围内的信号强度可以比不收敛的信号平均强度要大，由此使得信号的传播距离比较远，而且信号的抗干扰能力也会随之增强。

通常情况下本发明车辆检测用的无线地磁检测器的电源是电池，其必须用自身电池的电量进行工作，而为了增加使用寿命，有效节约电能损耗和功耗将非常重要。利用前述的休眠唤醒功能，当不需要工作的时候，使得本发明车辆检测用的无线地磁检测器的无线收发单元处于休眠状态，从而可以不用上电工作，有效节约了电能的消耗，保证了本发明能长时间工作。例如，本实施例中，处于休眠状态时，本发明车辆检测用的无线地磁检测器耗电的电流仅为0.5mA；而处于工作状态时，本发明车辆检测用的无线地磁检测器耗电的瞬间电流达28mA(维持时间～1ms，发送信息时)，一般耗电的电流维持在～1mA。

另外，因为本发明车辆检测用的无线地磁检测器的工作环境是很恶劣的，可能是非常高的高温，也可能是非常低的低温，因此就需要电池具有很大范围的工作温度，本发明的电池可以利用锂亚硫酰氯电池来实现，电池容量大，可以工作在八十度到零下四十度的温度范围。

另外，选用433MHZ频段通信增强了通信强度和抗干扰性，增加了使用寿命。

本发明的车辆检测用的无线地磁检测器可以防水、防尘和防压，采用新型材料壳体。本发明可以具有15吨的防压能力，并且可以安装在任何路段的路面下方，只要是需要检测车辆通过的路段都是可以的，例如比较多用于在路口前。在需要安装本发明的车辆检测用的无线地磁检测器的路面位置。

出厂时，车辆检测用的无线地磁检测器已经制造和封装完毕，使用时需重置基准，然后直接安装在路面下即可。

所谓重置基准其目的是为了自适应本地的背景磁场，从理论上来讲，不同的地理位置处，大地磁场并不是完全相同的，这样就需要一个自适应的重置，从而保证检测的精确度，尽量防止误检测的发生。重置基准就是接受所在位置大地磁场磁通量的信息，根据该大地磁场磁通量来利用磁场磁通量的变化判断是否有车辆通过。

如前所述，在进行测量前，本发明有一个唤醒过程，而测量后则有一个休眠过程。本发明的唤醒休眠机制为：

1、唤醒过程是：电源为三轴磁阻传感器持续供电，当三轴磁阻传感器获得大地磁通量变化生成数字信号至处理单元，所述处理单元控制所述无线收发单元从休眠状态唤醒进入工作状态；

2、休眠过程是：当在工作时隙结束时即三轴磁阻传感器没有获得大地磁场变化引发的数字信号时，所述处理单元控制无线收发单元从工作状态进入休眠状态。

本发明的车辆检测用的无线地磁检测器，由于具有大地磁场强度的自适应过程，因此可以有效降低检测误差；利用休眠唤醒机制有效降低了功耗，增加了使用寿命，而且利用三轴磁阻传感器检测大地磁场的变化，提高了检测精度，提高了检测准确性和可靠性，选用433MHZ频段通信增强了通信强度和抗干扰性，并采用休眠唤醒机制降低了系统的功耗，增加了使用寿命。同时运用无线通信的方式，大大降低了成本和施工的难度。经过精心设计的检测器，极大的减小了对路面的损坏，降低了对外界环境的依赖。

实施例2：

一种车辆检测方法，用于前述的无线地磁检测器，包括步骤：

步骤1，传感器检测大地磁场的磁通量的变化量，并将对应于变化量的电信号发送至处理单元；

步骤2，处理单元接收到电信号后指令处于工作状态的无线收发单元保持工作状态或指令处于休眠状态的无线收发单元进入工作状态，并指令所述处于工作状态的所述无线收发单元与所述天线通信；

步骤3，所述无线收发单元与所述天线通信以向外部发送信息，所述信息指示检测到有车辆通过；并且处于工作状态的无线收发单元与天线通信以接收外部时间同步信息，并将外部时间同步信息传送至处理单元；

步骤4，处理单元根据外部时间同步信息校准其内部的时间数据。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种车辆检测用的无线地磁检测器，包括传感器、处理单元、电源、无线收发单元和天线，其特征在于：

所述电源连接所述传感器、处理单元、无线收发单元，用于为所述传感器、处理单元、无线收发单元供电；

所述传感器，用于检测大地磁场的磁通量的变化量，并将对应于所述变化量的电信号发送至所述处理单元；

所述处理单元，连接所述传感器；所述处理单元用于接收所述传感器发送的电信号并在接受到所述电信号时判断有车辆通过并指令处于工作状态的所述无线收发单元保持工作状态或指令处于休眠状态的所述无线收发单元进入工作状态，并指令处于工作状态的所述无线收发单元与所述天线通信；

所述无线收发单元与所述天线通信以向外部发送信息，所述信息指示检测到有车辆通过；并且所述无线收发单元与所述天线通信以接收外部时间同步信息，并将所述外部时间同步信息传送至所述处理单元，所述的处理单元根据所述外部时间同步信息校准其内部的时间数据；

其中，所述处理单元包括电源管理模块，所述处理单元通过所述电源管理模块指令所述电源给所述无线收发单元供电以使处于工作状态的所述无线收发单元保持工作状态或处于休眠状态的所述无线收发单元进入工作状态。

2.根据权利要求1所述的车辆检测用的无线地磁检测器，其特征在于：所述处于工作状态的所述无线收发单元向外部的控制主机发送所述信息。

3.根据权利要求1所述的车辆检测用的无线地磁检测器，其特征在于：所述传感器为三轴磁阻传感器。

4.根据权利要求3所述的车辆检测用的无线地磁检测器，其特征在于：所述三轴磁阻传感器检测所述磁通量在三个互相垂直的方向上的分量的变化量。

5.根据权利要求1所述的车辆检测用的无线地磁检测器，其特征在于：所述电源为锂亚硫酰氯电池。

6.根据权利要求1所述的车辆检测用的无线地磁检测器，其特征在于：所述天线为定向天线。

7.根据权利要求1所述的车辆检测用的无线地磁检测器，其特征在于：所述无线收发单元与所述天线之间选用433MHZ频段通信。

8.一种车辆检测方法，用于如权利要求1所述的车辆检测用的无线地磁检测器，其特征在于，包括步骤：

步骤1，所述传感器检测大地磁场的磁通量的变化量，并将对应于所述变化量的电信号发送至所述处理单元；

步骤2，所述处理单元接收到所述电信号后指令处于工作状态的所述无线收发单元保持工作状态或指令处于休眠状态的所述无线收发单元进入工作状态，并指令处于工作状态的所述无线收发单元与所述天线通信；

步骤3，所述无线收发单元与所述天线通信以向外部发送信息，所述信息指示检测到有车辆通过；并且所述无线收发单元与所述天线通信以接收外部时间同步信息，并将所述外部时间同步信息传送至所述处理单元；

步骤4，所述的处理单元根据所述外部时间同步信息校准其内部的时间数据。