CN104900068A - 车检器及间歇变频供电、降低无线收发模块功耗的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车检器及间歇变频供电、降低无线收发模块功耗的方法，涉及车辆检测技术领域。本发明提供的车检器，微控制器通过电源控制管脚控制供电控制芯片，实现磁阻传感器和ADC模块的通断和通断频率变化，进而实现对磁阻传感器的间歇、变频供电。从而既保证了在高频率ADC采样下实现车速检测的高精确度，又可以避免在车辆未到来时，采用高频率间歇供电浪费功耗；因此，本实施例提供的车检器，通过间歇供电和变频供电两条途径，降低了功耗，而且通过变频供电，提高了车辆到来时检测信号的准确度；另外，本发明还通过为每个车检器分配定时上传数据的时长，极大的降低了无线收发模块的功耗，进而延长了电池寿命以及车检器的有效工作时间。

Description

车检器及间歇变频供电、降低无线收发模块功耗的方法

技术领域

本发明涉及车辆检测技术领域，尤其涉及一种车检器及间歇变频供电、降低无线收发模块功耗的方法。

背景技术

道路车辆检测技术是智能交通的关键技术之一。通过车辆检测可以获取道路某一交通断面或者某一车道的实时交通流量信息，这些交通信息有助于道路管理者进行交通决策，也有助于交通参与者进行出行规划。

目前车辆检测器(以下简称“车检器”)主要包括：环形线圈车检器、视频车检器、微波车检器、地磁车检器等。其中，环形线圈车检器多应用于城市交通路口，检测精度高、可靠性好，但是安装维护比较复杂；视频车检器受天气、光线的影响比较大；微波车检器多应用于高速路段的车速测量，容易受环境的干扰，容易受车辆遮挡造成漏检。基于磁阻传感器的地磁车检器是利用车辆含铁量较大，通过检测车辆到达和离开时所引起的周围局部空间地磁场的变化来进行车辆检测。地磁车检器的优点主要是不受天气环境的影响、不受其他车辆遮挡的影响、体积小且施工安装简单。随着磁阻传感器技术和无线短程通信技术等的逐渐成熟，可用于道路车辆检测的无线地磁车检器得到了一定的研究和应用。对于一个具有多车道的交通断面的车辆检测，通常地磁车检器都埋设于每条车道的中央位置。

在交通实际应用当中，通过安装多个无线地磁车检器和一个路侧无线接收机就可以实现对一个交通断面(多条车道)的检测。该交通断面内所有的车检器将采集到的数据发送给路侧接收机。一个交通断面上的一组无线地磁车检器与路侧接收机组成了一个通信控制网络。该通信控制网络实质上就是一个小型的无线传感网络(WSN，Wireless Sensor Network)。WSN是多个传感器节点通过短距离无线通信方式形成的一个网络系统，它能够实现各个行业中现场数据的采集、处理和传输。通常WSN的每个节点由一个传感模块、一个无线收发模块、一个微控制器(MCU)、一个(组)电池组成。以双向八车道且每车道安装一个车检器为例，8个车检器(即传感节点)与1个路侧接收机(即中心节点)组成一个简化的WSN(星形拓扑结构)。车检传感节点通过无线短程通信模块将车辆数据上传至路侧中心节点；另外路侧中心节点也可以通过无线短程通信模块发送对多个或者单个车检传感节点的控制命令。

无线地磁车检器的功能主要有车辆存在检测和车速检测，在实际的多车道的道路上应用时，每条车道都需要至少安装一个车检器。车辆存在检测的原理是：车辆通过车检器时，车检器周围地球磁场发生变化，当这种变化触发传感器探测阈值后车检器认为有车辆通过。车速检测的原理是：在车辆行驶方向布设两个距离固定的磁阻传感器，通过计算距离(两个磁阻传感器之间的距离)与时间差(车辆经过这两个传感器的时间差)的比值获得车辆行驶速度。其中车辆存在检测可基于一个磁阻传感器完成，而车速和车长检测需要两个磁阻传感器的配合才能实现。因此，在实际应用中出现了两大类无线地磁车检器：

(1)一类是两点测速车检器，即单个车检器中只安装一个磁阻传感器。当这类车检器以单个形式安装于一条车道时，只用于检测车辆存在，如果要检测车辆速度，则需要在一条车道沿车辆行驶方向以一定间隔安装两个此类车检器。

(2)另一类是单点测速车检器，即单个车检器中安装有两个磁阻传感器。这样，一条车道只需要安装一个车检器即可实现车速检测功能。

与两点测速车检器相比，单点测速车检器的优势为：由于一条车道只需要安装一个车检器，因此具有施工量小，成本低的特点。

无线地磁车检器在使用过程中，均埋设于中央路面下，如果电池电源能量耗尽，只能通过挖掘路面取出车检节点的方式更换电池。所以，在车检节点使用过程中，如何能够降低车检节点的功耗，延长电池的使用寿命就成为了关键的技术。而在地磁车检器设备中，磁阻传感器的平均功耗最大，因此实际应用中，车检器中的磁阻传感器是间歇供电的，即在ADC采样期间才对传感器进行供电。由于ADC的采样时间长度是固定的，因此间歇供电频率越小(即间歇供电周期越长)，传感器平均供电时间越短，相应的平均功耗越低。但是供电频率必须与ADC的采样频率一致才能保证采样功能的实现，而ADC采样频率越低，则传感器获得的车辆特征曲线的准确度就越低。过低的采样频率会导致高速通过的车辆漏检，也会导致车速检测精度降低。这种功耗与检测精度的矛盾在单点测速车检器中表现的更为明显。这是由于要保证设备的体积尽可能小，其内部的两个磁阻传感器安装距离非常近，通常是100mm的量级。根据磁阻传感器的测速原理，为了保证一定的测速精度，就需要保证两个磁阻检测曲线特征值时间差的精度。对于同样的车速，随着两个磁阻传感器空间距离减小，相应的时间差就减小，所需要的采样频率就必须增加。而磁阻传感器一直处于高频率的供电和采样的模式下，功耗就会非常高，导致车检节点的电池寿命低，最终导致单点测速式车检器有效工作时间短。

所以，在现有技术的单点测速无线地磁车检器中，由于两个磁阻传感器距离较近，导致功耗和检测精度之间相互矛盾的问题尤为突出。

另外，车检器通过无线收发模块将检测到的车辆信息发送至路测中心节点，在一定的时间段内，无线收发模块一直处于传送数据的工作模式下，导致无线收发模块贡献的功耗大，进而导致车检器的电池寿命低，最终导致车检器有效工作时间短。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车检器及间歇变频供电、降低无线收发模块功耗的方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种车检器，包括依次连接的电池电源、电源管理芯片、并联的第一供电控制线路和第二供电控制线路、微控制器和无线收发模块；所述第一供电控制线路包括依次连接的第一供电控制芯片、第一磁阻传感器和第一ADC模块，第二供电控制线路包括依次连接的第二供电控制芯片、第二磁阻传感器和第二ADC模块，所述电源管理器通过所述第一供电控制芯片与所述第一磁阻传感器连接，所述第一ADC模块与所述微控制器连接，所述微控制器通过第一电源控制管脚与所述第一供电控制芯片连接；所述电源管理器通过所述第二供电控制芯片与所述第二磁阻传感器连接，所述第二ADC模块与所述微控制器连接，所述微控制器通过第二电源控制管脚与所述第二供电控制芯片连接。

进一步地，所述无线地磁车检器还包括第一高速仪器放大器和第二高速仪器放大器，所述第一高速仪器放大器的输入端与所述第一磁阻传感器的信号输出端连接，所述第一高速仪器放大器的输出端与所述第一ADC模块的输入端连接；所述第二高速仪器放大器的输入端与所述第二磁阻传感器的信号输出端连接，所述第二高速仪器放大器的输出端与所述第二ADC模块的输入端连接。

优选地，所述微控制器按照信号传输方向包括依次连接的信号处理模块和数据处理模块，所述信号处理模块分别与所述第一ADC模块和所述第二ADC模块连接，所述数据处理模块与所述无线收发模块连接。

优选地，所述第一磁阻传感器和所述第二磁阻传感器的几何连线与车辆的行驶方向平行，且所述第一磁阻传感器和所述第二磁阻传感器之间相距120mm。

优选地，所述电池电源采用3.6伏锂亚硫酰氯电池，所述电源管理芯片采用LDO芯片TLV70030D，所述第一供电控制芯片和所述第二供电控制芯片均采用P沟道的MOS管FDN304P；所述第一磁阻传感器和所述第二磁阻传感器均采用AMR磁阻传感器，且所述磁阻传感器的芯片采用单轴传感器HMC1021Z，所述微控制器采用MSP430芯片系列，所述无线收发模块采用CC1101无线收发模块，所述第一高速仪器放大器和所述第二高速仪器放大器均采用INA331放大器。

一种对上述车检器的磁阻传感器进行间歇变频供电的方法，包括如下步骤：

S1，判断第一磁阻传感器是否检测到车辆到来的信号，如果是，则转到S2，否则，采用第一频率间歇供电；

S2，采用第二频率间歇供电，第二频率高于第一频率；

S3，判断第二磁阻传感器是否检测到车辆到来的信号，如果是，则转到S4，否则，找到S6；

S4，判断第一磁阻传感器或第二磁阻传感器是否检测到车辆离开的信号，如果是，则转到S5，否则，转到S7；

S5，计算和处理单车信息，并进入下一个循环；

S6，判断第二磁阻传感器是否检测超时，如果是，则认为车辆停止，并转到S5，否则转到S2；

S7，判断第一磁阻传感器或第二磁阻传感器是否检测超时，如果是，则认为车辆停止，并转到S5，否则转到S4。

优选地，所述第一频率为100Hz～1kHz，所述第二频率为1KHz～10kHz。

一种降低车检器的无线收发模块功耗的方法，包括：

当车检器处于待机状态时，无线收发模块每间隔第一设定时间段唤醒一次，唤醒后进入第一频道的接收状态，在设定的第一接收状态时间段内等待接收路侧中心节点发送的激活命令，如果接收到，则车检器执行激活命令进入工作状态，否则，车检器保持待机状态；所述第一接收状态时间段大于所述第一频道的频率；

当车检器处于工作状态时，无线收发模块进入第二频道，所有的车检器根据车道号的排列顺序，依次唤醒，唤醒后，依次在设定的数据发送时间内完成数据发送，所有车检器的数据发送时间之和等于第二设定时间段；每个车检器在每个第二设定时间段内唤醒一次；

无线收发模块完成数据发送后，在设定的第二接收状态时间段内等待接收路测中心节点发送的同步命令或控制命令，如果接收到，则车检器执行同步命令或控制命令，无线收发模块进入休眠状态，等待下一次唤醒；否则，无线收发模块直接进入休眠状态，等待下一次唤醒。

优选地，所述设定的数据发送时间为：数据包的发送时间、重新发送时间和保护间隔时间之和；或者，所述设定的数据发送时间为：第二设定时间段除以车检器个数，得到的结果。

优选地，所述第一设定时间段为5min，所述第一频道的频率为100ms，所述第一接收状态时间段为150ms，所述第二设定时间段为1min，所述第二接收状态时间段为100ms，所述激活命令包括车检器ID号与车道号的对应关系，以及时间同步信号。

本发明的有益效果是：本发明针对单点测速提供的车检器，微控制器通过电源控制管脚控制供电控制芯片，实现磁阻传感器和ADC模块的通断和通断频率变化，进而实现了对磁阻传感器的间歇、变频供电。当车辆未到来时采用低频间歇供电频率，此时只用于车辆存在的检测；而当检测到车辆到来时，立刻切换为高频间歇供电频率，从而既保证了在高频率ADC采样下实现车速检测的高精确度，又可以避免在车辆未到来时，采用高频率间歇供电浪费功耗；而为了保证功耗尽可能低，无论在高频率供电时还是在低频率供电时，均采用间歇供电。因此，本实施例提供的车检器，通过间歇供电和变频供电两条途径，降低了功耗，提高了电池寿命，进而延长了车检器的有效工作时间，而且通过变频供电，提高了车辆到来时检测信号的准确度，较好的解决了功耗和车速检测准确度之间相互矛盾的问题；另外，本发明还通过为每个车检器分配定时上传数据的时长，使车检器的无线收发模块在时长内完成数据传送，其他时间内处于休眠状态，从而极大的降低了无线收发模块的功耗，进而延长了电池寿命以及车检器的有效工作时间。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的车检器的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的磁阻传感器周期间歇供电的示意图；

图3是本发明实施例二提供的车检器间歇变频供电的方法流程示意图；

图4是本发明实施例三提供的车检器MCU程序无线更新的方法流程示意图；

图5是本发明实施例四提供的车检器MCU程序无线更新的方法流程示意图；

图6是本发明实施例五提供的一种车辆通过时磁阻传感器信号曲线实际测试图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种采用间歇变频供电模式的无线地磁车检器，包括依次连接的电池电源、电源管理芯片、并联的第一供电控制线路和第二供电控制线路、微控制器和无线收发模块；所述第一供电控制线路包括依次连接的第一供电控制芯片、第一磁阻传感器和第一ADC模块，第二供电控制线路包括依次连接的第二供电控制芯片、第二磁阻传感器和第二ADC模块，所述电源管理器通过所述第一供电控制芯片与所述第一磁阻传感器连接，所述第一ADC模块与所述微控制器连接，所述微控制器通过第一电源控制管脚与所述第一供电控制芯片连接；所述电源管理器通过所述第二供电控制芯片与所述第二磁阻传感器连接，所述第二ADC模块与所述微控制器连接，所述微控制器通过第二电源控制管脚与所述第二供电控制芯片连接。

在实际使用过程中，为了降低施工量，减小对路面的破坏程度，安装在车道中央的磁阻传感器设备采用电池供电，并通过无线短程通信的方式将车辆信息传输给路侧设备。路侧设备将车辆信息处理后通过远程通信技术传送给后台的数据中心。通过电池供电和无线通信的方式，就省去了供电线缆和通信线缆在路面的埋设。

但是，电池的供电量有限，本实用新型实施例中提供的无线地磁车检器，可以采用间歇供电和变频采样的方法，在降低功耗的前提下，也能够提高对车速检测的准确性，该无线地磁车检器的实际工作过程为：

电池电源为整个无线地磁车检器提供电源，电源管理芯片对电池提供的电压进行转换，为无线地磁车检器提供稳定的电压。磁阻传感器用于采集路过车辆的信号，并将信号发送至ADC模块，ADC模块将信号发送至微控制器，微控制器对输入的传感器信号进行分析处理，进行车辆到来和离开的判断，并进行车速等参数的计算。此外，微控制器通过电源控制管脚控制供电控制芯片，实现周期间歇性的通断和供电频率的变化，进而使电源为磁阻传感器和ADC模块进行间歇周期性的、变频的供电。微控制器控制磁阻传感器供电周期和ADC模块的工作周期同步，保证只有在ADC模块对磁阻传感器输入信号进行采样时，才对磁阻传感器供电，而其他时间磁阻传感器供电处于关断状态。磁阻传感器处于周期间歇供电的工作方式，如图2所示。在一个周期中，供电时间与关断时间的比值越小，磁阻传感器所贡献的平均功耗就越小。

磁阻传感器的变频供电过程具体为，磁阻传感器将信号通过ADC模块发送到微控制器，微控制器接收到信号后，通过事先设定的阈值对信号进行车辆到达和离开的判断。如果微控制器认为没有车辆存在，则通过对供电控制芯片的控制使磁阻传感器的周期间歇供电频率处于较低的频率，使设备处于更低功耗的工作。一旦微控制器检测到车辆到来，则提高ADC采样频率和相应的磁阻传感器供电频率，保证下一步对车速进行计算的精确度。通过这种变频供电，保证了在无车辆存在的情况下，磁阻车检器的功耗更低。

可见，本实用新型实施例提供的无线地磁车检器，通过微控制器的电源控制管脚控制供电控制芯片，实现磁阻传感器和ADC模块的供电通断和频率变化，进而实现间歇变频供电，而且无论是在低频供电情况还是高频供电情况，均采用间歇供电。所以，与持续、同一频率供电的工作方式相比，采用本实用新型实施例提供的无线地磁车检器，通过间歇供电和变频供电两条途径，降低了功耗，所以极大的提高了电池寿命，延长了车检器的有效工作时间；另外，通过变频供电，也提高了车辆到来时的车辆信息检测的准确度。从而较好的解决了现有技术中的能耗与检测准确度之间存在矛盾的问题。

本实施例中，所述无线地磁车检器还包括第一高速仪器放大器和第二高速仪器放大器，所述第一高速仪器放大器的输入端与所述第一磁阻传感器的信号输出端连接，所述第一高速仪器放大器的输出端与所述第一ADC模块的输入端连接；所述第二高速仪器放大器的输入端与所述第二磁阻传感器的信号输出端连接，所述第二高速仪器放大器的输出端与所述第二ADC模块的输入端连接。

上述结构中，通过在磁阻传感器和ADC模块之间设置高速仪器放大器，可以将磁阻传感器采集到的信号进行放大，放大后再传输至ADC模块中。

本实施例中，所述微控制器按照信号传输方向包括依次连接的信号处理模块和数据处理模块，所述信号处理模块分别与所述第一ADC模块和所述第二ADC模块连接，所述数据处理模块与所述无线收发模块连接。

通过采用上述结构，无线地磁车检器中的两个磁阻传感器采集到的信号分别发送至对应的两个ADC模块后，再发送至微控制器中，在微控制器中，信号首先通过信号处理模块对信号进行处理，比如过滤等处理，然后，由数据处理模块再进行处理，比如对车速、车长的计算等，并通过无线收发模块将车辆信息发送至路测节点。

其中，在信号处理模块中，对于两个信号分别进行处理，根据两个信号之间的特征值等信息计算车速或车长。

本实施例中，所述第一磁阻传感器和所述第二磁阻传感器的几何连线与车辆的行驶方向平行，且所述第一磁阻传感器和所述第二磁阻传感器之间相距120mm。

其中，磁阻传感器在无线地磁车检器中使用的过程中，如果将一个磁阻传感器安装埋设于道路某一车道下方，通过调整传感器阈值，则只能检测到本车道上方车辆的通过，而不会受到相邻车道车辆的干扰。如果某一车道安装有相距一定距离的两个的磁阻传感器，则两个传感器距离除以经过两个磁阻传感器的时间差就是车辆的速度，如果两个传感器距离远小于车长，则该速度可以看成车辆瞬时速度；与车辆长度相比，传感器可以看成一个点，则离开传感器时间与到达传感器时间之差与车速的乘积就是车长。

根据上述原理，本实施例中，第一磁阻传感器和第二磁阻传感器的几何连线与车辆的行驶方向平行，且所述第一磁阻传感器和所述第二磁阻传感器之间相距120mm。

本实施例中，所述电池电源采用3.6伏锂亚硫酰氯电池，所述电源管理芯片采用LDO芯片TLV70030D，所述第一供电控制芯片和所述第二供电控制芯片均采用P沟道的MOS管FDN304P；所述第一磁阻传感器和所述第二磁阻传感器均采用AMR磁阻传感器，且所述磁阻传感器的芯片采用单轴传感器HMC1021Z，所述微控制器采用MSP430芯片系列，所述无线收发模块采用CC1101无线收发模块，所述第一高速仪器放大器和所述第二高速仪器放大器均采用INA331放大器。

其中，LDO芯片TLV70030D将电池输入电压转换为稳定的3伏电压为整个电路供电。

磁阻传感器主要包括巨磁阻(GMR)、各向异性磁阻(AMR)、隧道磁阻(TMR)。这三种磁阻传感器都能感应到车辆到来引起的周围地球磁场的变化。本实施例中，采用AMR磁阻传感器。磁阻传感器芯片选用HoneyWel l公司的单轴传感器HMC1021Z，该模拟传感器具有纳秒级的响应频率，至少可以在5kHz的间歇周期供电中正常工作。HMC1021Z是一个惠斯通电桥，电阻为1千欧，对于3伏供电，一个传感器芯片消耗的电流为3mA。为了降低工作电流，对磁阻传感器进行了间歇供电控制。在不需要对传感器进行采样的时间内关断传感器供电。供电控制芯片采用一种P沟道的MOS管FDN304P，实现磁阻传感器供电电流通断控制，该芯片开关响应速率为纳秒级，可实现磁阻传感器的高速通断电控制。且关断电流极低(1uA)，可保证关断电流时传感器低功耗。

本实施例中，AMR传感器检测到的模拟信号送入高速仪器放大器中。由于为了降低功耗，磁阻传感器会处于高速通断的工作状态，输出信号也是至少为10kHz的高频信号，因此本实施例中，采用TI公司的高速低功耗仪器放大器INA331，该放大器响应速率也是在纳秒级，保证5kHz的信号不会失真。微控制器采用TI公司的低功耗芯片MSP430系列，无线收发模块为TI公司的CC1101，工作于433MHz。

实施例二

如图3所示，本发明实施例提供了一种车检器间歇变频供电的方法，包括如下步骤：

S1，判断第一磁阻传感器是否检测到车辆到来的信号，如果是，则转到S2，否则，采用第一频率间歇供电；

S2，采用第二频率间歇供电，第二频率高于第一频率；

S3，判断第二磁阻传感器是否检测到车辆到来的信号，如果是，则转到S4，否则，找到S6；

S4，判断第一磁阻传感器或第二磁阻传感器是否检测到车辆离开的信号，如果是，则转到S5，否则，转到S7；

S5，计算和处理单车信息，并进入下一个循环；

S6，判断第二磁阻传感器是否检测超时，如果是，则认为车辆停止，并转到S5，否则转到S2；

S7，判断第一磁阻传感器或第二磁阻传感器是否检测超时，如果是，则认为车辆停止，并转到S5，否则转到S4。

为了降低磁阻传感器的功耗，延长电池的使用寿命，本实施例中，采用间歇供电的方式，但是，在ADC模块所需要的磁阻传感器的供电时间长度一定的情况下，间歇供电频率越低，供电与关断的时间比例就越小，磁阻传感器贡献的功耗就越小，反之，供电与关断的时间比例就越大，磁阻传感器贡献的功耗就越大。而采用较低的间歇供电频率，在一个周期内，磁阻传感器供电的时间短，关断的时间长，虽然降低了功耗，但是，可能导致在关断的时间段内，车辆通过，从而使得磁阻传感器无法检测到车辆的信息，或者误测，因此，为了提高测量的准确性，本实施例中，当车辆到来时，提高磁阻传感器的间歇供电频率，如本领域技术人员可以理解的，当间歇供电频率比较高，达到一定值时，可以看成是连续供电的工作方式，因此，不会出现磁阻传感器无法检测到车辆的信息，或者误测的情况。而在提高车检信息准确的前提下，为了进一步降低磁阻传感器的功耗，延长电池的使用寿命，本实施例中，在车辆未到来时，使用较低的间歇供电频率，但是该供电频率保证足以能够检测到车辆的到来信息。

该过程可以使用实施例一提供的车检器实现。微控制器通过控制供电控制芯片，实现磁阻传感器的通断，当磁阻传感器检测到车辆到来信息，并将信号通过ADC模块传送至微控制器后，微控制器通过控制供电控制芯片，实现间歇供电频率的提高，当磁阻传感器检测到车辆离开的信息，并将信号通过ADC模块传送至微控制器后，微控制器通过控制供电控制芯片，实现间歇供电频率的降低。

而无论采用多大的频率，通过微控制器控制磁阻传感器，使其处于周期间歇供电模式下，极大的降低了功耗。

其中，所述第一频率为100Hz～1kHz，所述第二频率为1KHz～10kHz。车辆未到来时，采用100Hz～1kHz的间歇供电频率，能够保证检测到车辆的到来；车辆到来后，采用1KHz～10kHz的间歇供电频率，能够保证车速的检测准确度。

实施例三

如图4所示，本发明实施例提供了一种车检器MCU程序无线更新的方法，包括如下步骤：

A1，路侧节点无线广播MCU程序进入更新等待状态的命令；

A2，所有车检器收到MCU程序进入更新等待状态的命令后，向路测节点发送应答，同时，MCU程序进入更新等待状态；

A3，路侧节点收到所有车检器发送的应答后，按照设备序号，逐一向每个车检器发送MCU程序立刻更新的命令；

A4，每个车检器在Flash中设置应用程序无线更新标志，并进行设备重启。

采用上述方法，可以便于车检器的后期维护，能够在不取出已经埋设在道路下方的车检器的情况下，完成程序代码的更新。

实施例四

为了保证车检器应用程序更新失败后，车检器仍然可以工作，本发明实施例提供了一段“启动程序”，该程序与应用程序不在同一个代码区，可以独立工作。设备重启后，首先执行该启动程序，如果发现Flash存在“应用程序无线更新标志”，则开始无线更新MCU中应用程序。否则，取消更新，正常执行原始的应用程序。

如图5所示，具体的方法为：

在实施例三提供的无线更新的方法中，A4之后还包括如下步骤：

B1，设备重启后，判断应用程序无线更新标志是否存在，如果是，则转到B2，否则，转到B5；

B2，发送应用程序无线更新请求；

B3，等待无线接收应用程序更新代码；

B4，判断等待时间是否超过三秒，如果是，则转到B7，否则，判断是否收到应用程序更新代码，如果是，则转到B8，否则，转到B3；

B5，执行应用程序；

B6，判断是否收到应用程序无线更新命令，如果是，则转到A4，否则，转到B5；

B7，清除Flash中的应用程序无线更新标志，然后转到B5；

B8，接收应用程序更新代码，并校验，判断是否接收成功，如果是，则转到B9，否则，转到B2；

B9，擦除应用程序原始代码，写入更新代码并进行读出校验，判断应用程序是否更新成功，如果是，则转到B7，否则，转到B2。

实施例五

采用实施例一提供的车检器和实施例二提供的间歇变频供电方法，在外场检测车速。

其中，第一磁阻传感器与第二磁阻传感器的距离设置为120mm；两个磁阻传感器的几何连线与车辆行驶方向平行。按照车辆行驶中经过两个磁阻传感器的顺序，将车辆最先进过的磁阻传感器，标记为第一磁阻传感器，将车辆后面经过的磁阻传感器，标记为第二磁阻传感器。

小客车以60km/h速度(采用手持式雷达测速仪检测的结果，该测速仪测速误差为正负1km/h)通过两个磁阻传感器上方时，两个磁阻传感器的输出电压随时间变化的实际曲线如图6所示。图6中，曲线1为第一磁阻传感器检测的信号，曲线2为第二磁阻传感器检测的信号。

第一磁阻传感器输出电压超过阈值即表明车辆到达。从图6可以看出，第一磁阻传感器的背景电压为1.75V。设阈值为电压变化超过0.25V，如图6所示，第一磁阻传感器在时刻零达到阈值(为1.5V)。

对于供电电压3V、磁阻传感器电阻1kΩ、ADC采样保持时间为0.1ms的情况(即一个间歇供电周期内磁阻传感器供电最短开启时间为0.1ms，此时磁阻传感器电流为3mA；其余时间磁阻传感器供电关断，电流接近为零)，计算设备功耗：

(1)当ADC采样频率和磁阻传感器周期间歇供电频率为1kHz时，一个周期内(1ms)磁阻传感器的平均电流为：3mA*0.1/1＝0.3mA

(2)当ADC采样频率和磁阻传感器周期间歇供电频率为5kHz时，一个周期内(0.2ms)磁阻传感器的平均电流为：3mA*0.1/0.2＝1.5mA：

在两种情况下，通过两个磁阻传感器车辆特征值时间差计算车速为：

(1)当没有采取变频措施时，即车辆到达时采样频率仍为1kHz时，即磁阻传感器采样间隔为1ms。两条曲线的特征值(第一峰值)时间差为7ms。通过计算，得到设备测量速度为61.7km/h。绝对误差为+1.7km/h，相对误差为(61.7-60)/60＝+2.9％。

(2)当车辆到达时采样频率变为5kHz时，即磁阻传感器采样间隔为0.2ms。两条曲线的特征值(第一峰值)时间差为7.2ms。通过计算，得到设备测量速度为60km/h。与雷达测速仪检测结果相同。

通过上述在车辆未达到时以及车辆到达时的两种情况下，计算得到的功耗以及车速的结果，可以看出，采用实施例一提供的车检器和实施例二提供的间歇变频供电方法，得到的车速检测结果准确度高，同时保证了在无车辆到达时设备功耗更低。

实施例六

车检器通过无线收发模块与路测中心节点之间进行数据交互，所以，车检器中的无线收发模块的耗电量最大，所以，如何有效的降低车检器的功耗，延长电池的使用寿命，最关键的是需要降低无线收发模块的功耗。

本发明实施例提供了一种降低车检器的无线收发模块功耗的方法，包括：

当车检器处于待机状态时，无线收发模块每间隔第一设定时间段唤醒一次，唤醒后进入第一频道的接收状态，在设定的第一接收状态时间段内等待接收路侧中心节点发送的激活命令，如果接收到，则车检器执行激活命令进入工作状态，否则，车检器保持待机状态；所述第一接收状态时间段大于所述第一频道的频率；

当车检器处于工作状态时，无线收发模块进入第二频道，所有的车检器根据车道号的排列顺序，依次唤醒，唤醒后，依次在设定的数据发送时间内完成数据发送，所有车检器的数据发送时间之和等于第二设定时间段；每个车检器在每个第二设定时间段内唤醒一次；

无线收发模块完成数据发送后，在设定的第二接收状态时间段内等待接收路测中心节点发送的同步命令或控制命令，如果接收到，则车检器执行同步命令或控制命令，无线收发模块进入休眠状态，等待下一次唤醒；否则，无线收发模块直接进入休眠状态，等待下一次唤醒。

为了防止处于不同状态的车检器之间无线干扰以及不同类型通信的无线干扰，本实施例中，选取两个不同的频率，划分出两个频道，分别记做第一频道和第二频道，且第一频道用于待机状态时接收路测中心节点发送的激活命令，用来防止与工作状态的车检器形成干扰；第二频道用于车检器向路测中心节点的数据传输和接收中心节点控制命令。

车检器具有待机和工作两种状态。

待机状态是出厂时状态，此时设备只具有唯一ID号，尚未分配车道号。在待机状态，车检器设备所有电路全部休眠，关闭车检功能(磁阻传感器处于供电关断状态)，功耗极低。每隔第一设定时间段(比如5分钟)无线收发模块唤醒一次，唤醒后进入第一频道的接收状态，在设定的第一接收状态时间段(比如150ms)内等待接收路侧中心节点发送的激活命令。这种方式使得出厂后车检器消耗电池能量极低，便于长时间存储与运输，并且在运输途中不对其他无线网络产生干扰；同时可以满足车检器安装埋设于路面下后，最多在5分钟内同步入网并进入工作状态。

工作状态是指车检器运输到现场并安装完成后的正式启用状态。在工作状态下，车检器具有车检功能、定时上传数据功能、接收并执行中心节点命令功能。车检器从待机状态转换到工作状态称之为“激活”。激活包括节点车检功能启用、节点车道号分配、节点无线通信入网。

在实际使用过程中，车检器可以按照如下步骤从待机状态进入工作状态：

步骤一，路侧中心节点在第一频道每隔一定的时间(比如100毫秒)发送一次激活命令，激活命令包括ID号与车道号的对应关系，以及时间同步信号。对于第一频道的激活命令，是指定ID命令。只有特定的一群ID才执行该命令。

步骤二，车检器首先检查激活命令中是否含有自身ID号，如果不含有自身ID号，则不执行任何命令。如果含有自身ID号，则根据激活命令配置自身车道号和时间，并且启用车检功能(由于路测中心节点的激活命令发送频率是100毫秒一次，而车检器无线收发模块每次醒来后保持接收状态150毫秒，因此无线收发模块在间隔设定的第一时间段唤醒后一定能收到一次激活命令。)

本发明实施例中，车检器进入工作状态后，可以采用粗颗粒的时分复用保证多个车检器能够定时上传车辆数据。以一分钟上传一次车辆数据为例，将1分钟划分为n个m秒(即每个时隙长度为m秒)，每个车检器占用其中一个时隙发送数据。n代表车检器容量。

其中时隙即为所述设定的数据发送时间。

所述设定的数据发送时间可以为：数据包的发送时间、重新发送时间和保护间隔时间之和。

比如，如果一个车检器的数据包最长发送时间为1秒，没有确认包的话只重发一次(1秒)，加上1秒保护间隔，可以确定时隙长度即所述设定的数据发送时间为3s，即每个车检器在1min内只占用3s的时间发送数据，数据发送完成后，在一定的时间内(比如100ms)没有收到其他的控制命令或同步命令，则可以直接进入休眠状态，直到进入下一个1min，即使在数据发送完毕后，接收到了其他的控制命令或同步命令，转发命令后，也可以进入休眠状态，直到进入下一个1min。所以，车检器即使在工作状态下，无线收发模块传输数据和转发命令的实际时间也很短，极大的降低了功耗。

所述设定的数据发送时间还可以为：第二设定时间段除以车检器个数，得到的结果。

例如，共有4个车检器，则可以将1分钟划分为4个15秒。则在1min的时间内，每个车检器占用的时隙长度为15秒。对于1秒长的数据包，如果没有收到确认包的话，在这15秒中每个车检器数据包就可以重发多次。

在实际操作中，可以根据实际需求，采用上述任何一种方式确定一个车检器在一定的时间内占用的时隙长度，车道号与时隙号一一对应，通过给车检器分配车道号，可以确定车检器占用的时隙序号。

本发明的一个优选实施例中，所述第一设定时间段可以为5min，所述第一频道的频率可以为100ms，所述第一接收状态时间段可以为150ms，所述第二设定时间段可以为1min，所述第二接收状态时间段可以为100ms，所述激活命令包括车检器ID号与车道号的对应关系，以及时间同步信号。

采用上述降低车检器中无线收发模块功耗的方法，可以按照如下方法实现整个无线地磁车检器的通信：

(1)针对安装好的车检器设备ID号，中心节点以100毫秒一次的频率在第一频道发布激活命令(车检器无线模块5分钟醒来一次接收等待150毫秒)，使埋设安装好的车检器入网。(时间同步后，车道号就是车检器的通信时隙号。)

(2)当车检器进入工作状态后，中心节点与车检器切换到“第二频道”。其中，路侧中心节点从主动发送激活命令状态切换为被动接收数据状态，等待多个车检器的数据上传；车检器从被动等待激活的状态切换为每1分钟主动上传一次车辆数据状态。车检器无线收发模块按照时隙号每分钟醒来一次并发送数据。根据现场无线环境和实际需求，可以配置路侧中心节点无应答的重发次数。通常在功耗和数据传输可靠性进行平衡后，重发次数为1次。

(3)在第二频道，车检器发送数据完毕后马上进入接收状态，等待100毫秒以观察是否有中心节点发送的同步命令或其他控制命令，若无则无线收发模块马上进入休眠状态。

(4)在第二频道，每隔10分钟，路侧中心节点统一发送一次时间信息进行时间同步。防止车检器时钟长时间造成的偏移。

在上述通信方案中，无线通信载荷几乎都是有效数据，浪费功耗极少。

通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：本发明针对单点测速提供的车检器，微控制器通过电源控制管脚控制供电控制芯片，实现磁阻传感器和ADC模块的通断和通断频率变化，进而实现了对磁阻传感器的间歇、变频供电。当车辆未到来时采用低频间歇供电频率，此时只用于车辆存在的检测；而当检测到车辆到来时，立刻切换为高频间歇供电频率，从而既保证了在高频率ADC采样下实现车速检测的高精确度，又可以避免在车辆未到来时，采用高频率间歇供电浪费功耗；而为了保证功耗尽可能低，无论在高频率供电时还是在低频率供电时，均采用间歇供电。因此，本实施例提供的车检器，通过间歇供电和变频供电两条途径，降低了功耗，提高了电池寿命，进而延长了车检器的有效工作时间，而且通过变频供电，提高了车辆到来时检测信号的准确度，较好的解决了功耗和车速检测准确度之间相互矛盾的问题；另外，本发明还通过为每个车检器分配定时上传数据的时长，使车检器的无线收发模块在时长内完成数据传送，其他时间内处于休眠状态，从而极大的降低了无线收发模块的功耗，进而延长了电池寿命以及车检器的有效工作时间。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本领域人员应该理解的是，上述实施例提供的方法步骤的时序可根据实际情况进行适应性调整，也可根据实际情况并发进行。

上述实施例涉及的方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机设备可读取的存储介质中，用于执行上述各实施例方法所述的全部或部分步骤。所述计算机设备，例如：个人计算机、服务器、网络设备、智能移动终端、智能家居设备、穿戴式智能设备、车载智能设备等；所述的存储介质，例如：RAM、ROM、磁碟、磁带、光盘、闪存、U盘、移动硬盘、存储卡、记忆棒、网络服务器存储、网络云存储等。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种车检器，其特征在于，包括依次连接的电池电源、电源管理芯片、并联的第一供电控制线路和第二供电控制线路、微控制器和无线收发模块；所述第一供电控制线路包括依次连接的第一供电控制芯片、第一磁阻传感器和第一ADC模块，第二供电控制线路包括依次连接的第二供电控制芯片、第二磁阻传感器和第二ADC模块，所述电源管理器通过所述第一供电控制芯片与所述第一磁阻传感器连接，所述第一ADC模块与所述微控制器连接，所述微控制器通过第一电源控制管脚与所述第一供电控制芯片连接；所述电源管理器通过所述第二供电控制芯片与所述第二磁阻传感器连接，所述第二ADC模块与所述微控制器连接，所述微控制器通过第二电源控制管脚与所述第二供电控制芯片连接。

2.根据权利要求1所述的车检器，其特征在于，所述无线地磁车检器还包括第一高速仪器放大器和第二高速仪器放大器，所述第一高速仪器放大器的输入端与所述第一磁阻传感器的信号输出端连接，所述第一高速仪器放大器的输出端与所述第一ADC模块的输入端连接；所述第二高速仪器放大器的输入端与所述第二磁阻传感器的信号输出端连接，所述第二高速仪器放大器的输出端与所述第二ADC模块的输入端连接。

3.根据权利要求1所述的车检器，其特征在于，所述微控制器按照信号传输方向包括依次连接的信号处理模块和数据处理模块，所述信号处理模块分别与所述第一ADC模块和所述第二ADC模块连接，所述数据处理模块与所述无线收发模块连接。

4.根据权利要求1所述的车检器，其特征在于，所述第一磁阻传感器和所述第二磁阻传感器的几何连线与车辆的行驶方向平行，且所述第一磁阻传感器和所述第二磁阻传感器之间相距120mm。

5.根据权利要求2所述的车检器，其特征在于，所述电池电源采用3.6伏锂亚硫酰氯电池，所述电源管理芯片采用LDO芯片TLV70030D，所述第一供电控制芯片和所述第二供电控制芯片均采用P沟道的MOS管FDN304P；所述第一磁阻传感器和所述第二磁阻传感器均采用AMR磁阻传感器，且所述磁阻传感器的芯片采用单轴传感器HMC1021Z，所述微控制器采用MSP430芯片系列，所述无线收发模块采用CC1101无线收发模块，所述第一高速仪器放大器和所述第二高速仪器放大器均采用INA331放大器。

6.一种对权利要求1-5任一项所述的车检器的磁阻传感器进行间歇变频供电的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，判断第一磁阻传感器是否检测到车辆到来的信号，如果是，则转到S2，否则，采用第一频率间歇供电；

S2，采用第二频率间歇供电，第二频率高于第一频率；

S3，判断第二磁阻传感器是否检测到车辆到来的信号，如果是，则转到S4，否则，找到S6；

S4，判断第一磁阻传感器或第二磁阻传感器是否检测到车辆离开的信号，如果是，则转到S5，否则，转到S7；

S5，计算和处理单车信息，并进入下一个循环；

S6，判断第二磁阻传感器是否检测超时，如果是，则认为车辆停止，并转到S5，否则转到S2；

S7，判断第一磁阻传感器或第二磁阻传感器是否检测超时，如果是，则认为车辆停止，并转到S5，否则转到S4。

7.根据权利要求6所述的对车检器的磁阻传感器进行间歇变频供电的方法，其特征在于，所述第一频率为100Hz～1kHz，所述第二频率为1KHz～10kHz。

8.一种降低车检器的无线收发模块功耗的方法，其特征在于，包括：

当车检器处于待机状态时，无线收发模块每间隔第一设定时间段唤醒一次，唤醒后进入第一频道的接收状态，在设定的第一接收状态时间段内等待接收路侧中心节点发送的激活命令，如果接收到，则车检器执行激活命令进入工作状态，否则，车检器保持待机状态；所述第一接收状态时间段大于所述第一频道的频率；

当车检器处于工作状态时，无线收发模块进入第二频道，所有的车检器根据车道号的排列顺序，依次唤醒，唤醒后，依次在设定的数据发送时间内完成数据发送，所有车检器的数据发送时间之和等于第二设定时间段；每个车检器在每个第二设定时间段内唤醒一次；

无线收发模块完成数据发送后，在设定的第二接收状态时间段内等待接收路测中心节点发送的同步命令或控制命令，如果接收到，则车检器执行同步命令或控制命令，无线收发模块进入休眠状态，等待下一次唤醒；否则，无线收发模块直接进入休眠状态，等待下一次唤醒。

9.根据权利要求8所述的降低车检器的无线收发模块功耗的方法，其特征在于，所述设定的数据发送时间为：数据包的发送时间、重新发送时间和保护间隔时间之和；或者，所述设定的数据发送时间为：第二设定时间段除以车检器个数，得到的结果。

10.根据权利要求8所述的降低车检器的无线收发模块功耗的方法，其特征在于，所述第一设定时间段为5min，所述第一频道的频率为100ms，所述第一接收状态时间段为150ms，所述第二设定时间段为1min，所述第二接收状态时间段为100ms，所述激活命令包括车检器ID号与车道号的对应关系，以及时间同步信号。