CN108597236A - 一种基于高灵敏度压感元件的高速交通车辆测速装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于高灵敏度压感元件的高速交通车辆测速装置，利用车辆轮胎经过测速装置时对其产生逐渐增大的压力，使用stm32f103zet6单片机对逐渐增大的压力高速采样，捕捉受力曲面顶点压力峰值的时间，并用两点距离除以时间差得到精确的瞬时速度；电路盒的两侧均两两对应设置有多组连杆，在连杆的顶端设置有受力板，连杆的底端设置有扩散硅压力传感器芯体，扩散硅压力传感器芯体和外壳内壁之间的连杆上设置有弹簧，电路盒和扩散硅压力传感器芯体之间通过通线槽连通，电路盒内置电源和单片机，单片机和扩散硅压力传感器芯体之间通过导线连接在一起，且导线经过通线槽布置；本发明可广泛应用于高速测速领域。

Description

一种基于高灵敏度压感元件的高速交通车辆测速装置
技术领域
本发明一种基于高灵敏度压感元件的高速交通车辆测速装置，属于高速测速技术领域。
背景技术
测速装置在高速交通基础设施中具有非常高的普及率，尤其在高速公路、桥梁、隧道中，测速装置的大量普及为交通管理部门在交通管制方面提供了方便的管理手段。目前在国内用于交通测速的设备主要分为三种：
1、拍照测速：该技术在国内城市交通中拥有大量的应用，也有较为简单的原理，可将多个摄像头布设于高架上，其中，前置摄像头的拍摄距离较远，拍摄夹角与路面较小，用于首次对进入视野范围内车辆进行快速拍照，并记录下当前时间；后置摄像头拍摄距离较近，拍摄夹角与路面较大，用于二次对车辆进行拍照，两个摄像头拍摄处的位置固定，所以车辆位移固定，利用距离除以时间差可以得到该距离内的平均速度。该技术不仅可测出车辆的速度，还可记录下车辆车牌号，为交管部门提供可靠的超速车辆信息。但该技术依然有较大不足，拍照测速需要充足的光源对车辆信息进行采集，大量的能耗被频繁的闪光源消耗，具有较高的使用成本；而且，一次只能对一个车道的一辆车进行测速，两辆车或数辆车同时经过时无法测速，更无法判别其是否超速。
2、雷达测速：雷达测速仪是根据接收到的反射波频移量的计算而得出被测物体的运动速度。雷达波束照射面大，因此雷达测速易于捕捉目标，无须精确瞄准。雷达设备不仅可以固定在路面，也可安装在巡逻车上，在运动中的实现检测车速，是 “流动电子警察” 非常重要的组成部分；但是，雷达固定测速的误差为±1Km/h，运动时测误差为±2Km/h，在限速边缘判断时较易产生误判情况。
3、激光测速：激光测速采用红外线半导体激光二极管发射出一定频率极窄的光束精确地瞄准目标，通过测量红外线光波在设备与目标之间的传送时间来决定速度。激光测速具有测量速度快、监测目标准确、测速准确度高等特点，在两车道车辆并行或车辆连续进入监测区域时，可以有效地得到车速，而不会出现错抓误判的情况。此外，由于激光二极管发射率很窄，其侦测器极易接收到精确的波长，因此在日间有强烈阳光时仍能正常操作。但相比于其他测速手段，激光测速产品价格较高。
发明内容
本发明克服了现有技术存在的不足，提供了一种基于高灵敏度压感元件的高速交通车辆测速装置，利用车辆轮胎经过测速装置时对其产生逐渐增大的压力，使用stm32f103zet6单片机对逐渐增大的压力高速采样，捕捉受力曲面顶点压力峰值的时间，并用两点距离除以时间差得到精确的瞬时速度。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于高灵敏度压感元件的高速交通车辆测速装置，包括受力板、连杆、外壳、电路盒、弹簧、扩散硅压力传感器芯体和通线槽，所述外壳预埋在地下，所述电路盒设置在外壳的中部，所述电路盒的两侧均两两对应设置有多组连杆，所述连杆的下部位于外壳内，上部伸出外壳的上方，且在连杆的顶端设置有受力板，所述连杆的底端设置有扩散硅压力传感器芯体，所述扩散硅压力传感器芯体和外壳内壁之间的连杆上设置有弹簧，且所述扩散硅压力传感器芯体和弹簧分别位于外壳内两个连通的腔室内，确保受力板在不受下压时，连杆的下端能与扩散硅压力传感器芯体接触，但对扩散硅压力传感器芯体的压力为零，所述电路盒和扩散硅压力传感器芯体之间通过通线槽连通，所述电路盒内置电源和单片机，所述单片机和扩散硅压力传感器芯体之间通过导线连接在一起，且所述导线经过通线槽布置。
所述电路盒的两侧均设置有五组连杆，且每个连杆下端的扩散硅压力传感器芯体均能独立工作。
所述外壳的前侧设置有感应线圈，所述感应线圈与单片机电连接，所述感应线圈预埋在地下，使得感应线圈上方有汽车经过时，触发单片机开始工作。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：本发明为一种可埋入的路基测速结构，中间设计成供电与信号处理盒，两侧设计成受力筒型，并将受力板设计成曲面形式，将受力曲面露出于路面，将车轮碾压受力板时产生逐渐增加的压力施加给高灵敏压感元件，本发明利用扩散硅压力传感器芯体作为压感元件，因为扩散硅压力传感器芯体具备极短的响应时间，在短时间内可以有高灵敏度的压力变化，本发明采用五组压力装置，以便区别误判而测出的速度，而且可以很好测出正处于变道的车辆时的矢量速度，而不仅限于单方向的速度，本发明在使用过程中为了避免单片机一直处于长期采集，加入了电感线圈作为触发装置，本发明利用车辆轮胎经过测速装置时对其产生逐渐增大的压力，使用stm32f103zet6单片机对逐渐增大的压力高速采样，捕捉受力曲面顶点压力峰值的时间，并用两点距离除以时间差得到精确的瞬时速度。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
图1为本发明的结构示意图，亦即本发明的立体图。
图2为本发明的主视图。
图3为本发明的侧视图。
图4为本发明的使用状态图。
图中：1为受力板、2为连杆、3为外壳、4为电路盒、5为弹簧、6为扩散硅压力传感器芯体、7为通线槽、8为感应线圈。
具体实施方式
如图1～图4所示，本发明一种基于高灵敏度压感元件的高速交通车辆测速装置，包括受力板1、连杆2、外壳3、电路盒4、弹簧5、扩散硅压力传感器芯体6和通线槽7，所述外壳3预埋在地下，所述电路盒3设置在外壳3的中部，所述电路盒3的两侧均两两对应设置有多组连杆2，所述连杆2的下部位于外壳3内，上部伸出外壳3的上方，且在连杆2的顶端设置有受力板1，所述连杆2的底端设置有扩散硅压力传感器芯体6，所述扩散硅压力传感器芯体6和外壳3内壁之间的连杆2上设置有弹簧5，且所述扩散硅压力传感器芯体6和弹簧5分别位于外壳3内两个连通的腔室内，确保受力板1在不受下压时，连杆2的下端能与扩散硅压力传感器芯体6接触，但对扩散硅压力传感器芯体6的压力为零，所述电路盒4和扩散硅压力传感器芯体6之间通过通线槽7连通，所述电路盒4内置电源和单片机，所述单片机和扩散硅压力传感器芯体6之间通过导线连接在一起，且所述导线经过通线槽7布置。
所述电路盒3的两侧均设置有五组连杆2，且每个连杆2下端的扩散硅压力传感器芯体6均能独立工作。
所述外壳3的前侧设置有感应线圈8，所述感应线圈8与单片机电连接，所述感应线圈8预埋在地下，使得感应线圈8上方有汽车经过时，触发单片机开始工作。
本发明为一种可埋入的路基测速结构，中间设计成供电与信号处理盒，两侧设计成受力筒型，并将受力板设计成曲面形式，将受力曲面露出于路面，将车轮碾压受力板时产生逐渐增加的压力施加给高灵敏压感元件。
本发明利用扩散硅压力传感器芯体作为压感元件，因为扩散硅压力传感器芯体具备极短的响应时间，在短时间内可以有高灵敏度的压力变化。
本发明采用五组压力装置，以便区别误判而测出的速度，而且可以很好测出正处于变道的车辆时的矢量速度，而不仅限于单方向的速度。
本发明在使用过程中为了避免单片机一直处于长期采集，加入了电感线圈作为触发装置。
下面结合实施例进一步说明本发明的技术方案，以便更为直观的了解本测速装置的原理。
从结构来看，本发明为一种对称结构，两边为受力单元，中间有存放处理电路和供电电路的电路盒，受力单元由受力曲面、连杆、弹簧、扩散硅压力传感器芯体、外壳及通线槽组成，受力曲面与连杆一体，连杆下接着扩散硅压力传感器芯体，当受力曲面不受力时，弹簧将连杆紧紧向上固定，使其对扩散硅压力传感器芯体的压力为零，当车辆过时，受力曲面受力，进而压迫弹簧，使得连杆向下对扩散硅压力传感器芯体施加压力。
本发明设计了共5组受力单元，每组两个，一方面单片机可在信号处理中对误差较大的组进行排除，以便获得正确的速度信息；另一方面当车辆在变道过程中可能会产生一定的行驶角度，可在两边中找出压力峰值最高的两个受力单元，得出时间差后，用两个受力单元的距离差进行计算，可以得出变道过程中车辆的矢量速度。
本发明在使用过程中，如若让单片机不断处于采集状态，不仅耗费大量电量，还有可能损坏单片机，因此，在装置埋入后，前方设置了电感线圈产生车辆经过的触发信号，当车辆经过，轮毂中的金属会改变电感线圈的电感量，从而触发单片机进行高速采集。
本发明从选用压感元件来看，选取了具备快速响应时间的扩散硅压力传感器芯体作为传感单元，因为其仅有90μs的响应时间，在车轮快速经过时可迅速产生压力变化，以便单片机对信号的快速捕捉。
本发明设计电路使用了电源板与信号处理板分开的模式，可降低埋入路基内部时的发热量，电源板通过恒流管给每个压感元件1.5ma的电流值，确保其正常工作；信号处理板以stm32f103zet6为采集芯片，可保证每秒三千次的采样频率，并且在一次轮胎通过时将压力峰值捕捉，并记录下时间差，假若车辆超速，则将车辆速度信息传输至外部摄像头及交管部门。
上面结合实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (3)

1.一种基于高灵敏度压感元件的高速交通车辆测速装置，其特征在于：包括受力板（1）、连杆（2）、外壳（3）、电路盒（4）、弹簧（5）、扩散硅压力传感器芯体（6）和通线槽（7），所述外壳（3）预埋在地下，所述电路盒（3）设置在外壳（3）的中部，所述电路盒（3）的两侧均两两对应设置有多组连杆（2），所述连杆（2）的下部位于外壳（3）内，上部伸出外壳（3）的上方，且在连杆（2）的顶端设置有受力板（1），所述连杆（2）的底端设置有扩散硅压力传感器芯体（6），所述扩散硅压力传感器芯体（6）和外壳（3）内壁之间的连杆（2）上设置有弹簧（5），且所述扩散硅压力传感器芯体（6）和弹簧（5）分别位于外壳（3）内两个连通的腔室内，确保受力板（1）在不受下压时，连杆（2）的下端能与扩散硅压力传感器芯体（6）接触，但对扩散硅压力传感器芯体（6）的压力为零，所述电路盒（4）和扩散硅压力传感器芯体（6）之间通过通线槽（7）连通，所述电路盒（4）内置电源和单片机，所述单片机和扩散硅压力传感器芯体（6）之间通过导线连接在一起，且所述导线经过通线槽（7）布置。
2.根据权利要求1所述的一种基于高灵敏度压感元件的高速交通车辆测速装置，其特征在于：所述电路盒（3）的两侧均设置有五组连杆（2），且每个连杆（2）下端的扩散硅压力传感器芯体（6）均能独立工作。
3.根据权利要求2所述的一种基于高灵敏度压感元件的高速交通车辆测速装置，其特征在于：所述外壳（3）的前侧设置有感应线圈（8），所述感应线圈（8）与单片机电连接，所述感应线圈（8）预埋在地下，使得感应线圈（8）上方有汽车经过时，触发单片机开始工作。
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