CN112863196B - 一种基于光伏板可自主供电车辆检测装置 - Google Patents

一种基于光伏板可自主供电车辆检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于光伏板可自主供电车辆检测装置，包括：光伏板、微处理器模块、蓄电池、蓄电池控制模块、无线通信模块，所述光伏板的输出端分别与微处理器模块的输入端、蓄电池控制模块是输入端电连接，所述微处理器模块的输出端与无线通信模块的输入端电连接，所述蓄电池控制模块与蓄电池电连接，所述蓄电池为微处理器模块、无线通信模块供电。本发明利用车辆车灯的光线变化引起的光伏板电压变化来实现车辆的检测，同时光伏板可以实现对蓄电池的充电，本发明结构简单、设置方便、成本低。

Description

一种基于光伏板可自主供电车辆检测装置
技术领域
本发明涉及智能交通车辆检测技术领域，更具体地，涉及一种基于光伏板可自主供电车辆检测装置。
背景技术
在道路交通的发展中，对于路面运行状态的感知一直都是一个重要的任务。路面运行状态的感知有利于对道路运行情况进行统计分析，并利用实时的路面运行情况，对道路的效率、安全等进行评价。而在路面运行状态的感知中，车辆检测是一个重要内容。车辆检测就是对路面运行的车辆进行检测，识别车辆进入或离开检测区域。
车辆检测技术发展至今，已经有许许多多车辆检测的方式。当前较为常见的车辆检测器有：感应线圈车检器、地磁车检器、红外车检器、雷达车检器、视频车检器。这些不同的车检器使用不同的技术，对检测区域的车辆进行识别。但当前的车检器都需要将检测器固定于某一特定位置，例如感应线圈车检器及地磁车检器需要破坏路面进行埋设，而红外车检器、雷达车检器和视频车检器均对安装位置有较高的要求。同时当前的车辆检测器的价格都较高，当需要进行区域检测时，布设的传感器数量过多，成本太高。因此当前对于易安装，成本低的车辆检测装置仍存在一定空缺。
现有技术中，公开号为CN202887453U的中国实用新型专利，于2013年4月 17日公开了一种具有低功耗无线通讯与太阳能采集机制的车辆检测器，包括光伏能量采集与供电单元、AMR传感器芯片模块、ARM无线SOC处理器及其收发天线。光伏能量采集与供电单元的电源输出与AMR传感器芯片模块及ARM无线SOC 处理器的电源输入端有线连接，AMR传感器芯片模块的信号端与ARM无线SOC处理器的信号端有线连接，ARM无线SOC处理器的天线端与收发天线有线连接。该方案虽然在供电方面利用了光伏能量采集与供电，但其核心检测采用的依然是 AMR传感器，原理依然是传统的检测方式，没有解决上述布设的传感器数量过多，成本太高问题。
发明内容
本发明为克服上述现有技术中路面区域车辆检测识别需要设置较多传感器，布设麻烦，成本高的缺陷，提供一种基于光伏板可自主供电车辆检测装置。
本发明的首要目的是为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种基于光伏板可自主供电车辆检测装置，包括：光伏板、微处理器模块、蓄电池、蓄电池控制模块、无线通信模块，所述光伏板的输出端分别与微处理器模块的输入端、蓄电池控制模块是输入端电连接，所述微处理器模块的输出端与无线通信模块的输入端电连接，所述蓄电池控制模块与蓄电池电连接，所述蓄电池为微处理器模块、无线通信模块供电。
进一步地，所述蓄电池控制模块包括：充电控制器、放电控制器、稳压模块，具体连接关系为：所述充电控制器的输入端与光伏板的输出端电连接，所述充电控制器的输出端与蓄电池电极连接，所述放电控制器的输入端与蓄电池电极连接，所述放电控制器的输出端与稳压模块的输入端连接，所述稳压模块的输出端分别与微处理器的电源连接端、无线通信模块的电源连接端连接。
进一步地，所述微处理器模块通过一阶数字低通滤波器对电压信号进行识别，所述一阶数字低通滤波器表达式如下：
Yn＝q*Xn+(1-q)*Yn-1
Figure BDA0002875316330000021
其中，Yn为微处理器模块第n次采样处理后的电压数据，Xn为第n次采样得到的电压数据，q为时间常数，f为截止频率，Δt为采样时间间隔，当微处理器模块读取到光伏板的电压数据后，将会根据不同的滤波要求对该电压信号进行处理。
进一步地，微处理器模块的处理流程为：
S1：首选将当前输入的电压信号X加上用于提供电压值的最低值的常量A 得到(X+A)，以提高输入电压的最低值；
S2：将提高处理后的电压值(X+A)进行带宽为B1的低通滤波降噪处理得到信号量Z；
S3：对信号量Z进行带宽为B2的低通滤波平滑处理，并得到平滑后的信号 Z1；
S4：将信号Z1利用比例系数α进行比例变化得到最终的信号量αZ1；
S5：比较信号量Z与最终的信号量αZ1的大小可得到当前来车情况。
进一步地，步骤S5中比较信号量Z与最终的信号量αZ1的大小可得到当前来车情况，具体过程为：
若信号量Z小于最终的信号量αZ1且判断标志位为0，则将判断标志位先置1，然后通过微处理器模块通过无线通信模块发出车辆达到信号；
若信号量Z大于最终的信号量αZ1且判断标志位为1，则将判断标志位先置0，然后通过微处理器模块通过无线通信模块发出车辆离开信号。
进一步地，所述带宽B1大于带宽B2。
进一步地，所述无线通信模块为ZigBee通信模块。
进一步地，所述微处理器模块为51单片机处理器模块或stm32单片机处理器模块。
进一步地，所述检测装置为梯台形状，光伏板设置在梯台的一个侧面上，且所述设置光伏板的梯台侧面面向来车方向。
进一步地，所述梯台侧面的夹角为20度。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明利用光伏板、微处理器模块、蓄电池、蓄电池控制模块、无线通信模块构建一种基于光伏板可自主供电车辆检测装置，本装置通过车灯的变化引起的光伏板电压变化来实现车辆的检测，同时光伏板可以实现对蓄电池的充电，本发明结构简单，设置方便、成本低。
附图说明
图1为本发明装置原理框图。
图2为本发明微处理器模块检测流程图。
图3为本发明装置的俯视图。
图4为本发明装置的主视图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例1
如图1所示，一种基于光伏板可自主供电车辆检测装置，包括：光伏板、微处理器模块、蓄电池、蓄电池控制模块、无线通信模块，所述光伏板的输出端分别与微处理器模块的输入端、蓄电池控制模块是输入端电连接，所述微处理器模块的输出端与无线通信模块的输入端电连接，所述蓄电池控制模块与蓄电池电连接，所述蓄电池为微处理器模块、无线通信模块供电。
在一个具体的实施例中，本发明可以使用在高速公路出处入口，或者其他车辆往来的场站等，通过设置光伏板，当有车辆到达时，车辆的灯光照射在光伏板上，光伏板产生变化的电压信号并输入至微处理器模块，微处理器模块对输入的光伏板的电压信号进行处理后，实现对车辆到达或离开的判断，并通过无线通信模块将判断结果发送出去，所述光伏板同时可以对蓄电池进行充电，所述蓄电池为微处理器模块、无线通信模块供电。
进一步地，所述蓄电池控制模块包括：充电控制器、放电控制器、稳压模块，具体连接关系为：所述充电控制器的输入端与光伏板的输出端电连接，所述充电控制器的输出端与蓄电池电极连接，所述放电控制器的输入端与蓄电池电极连接，所述放电控制器的输出端与稳压模块的输入端连接，所述稳压模块的输出端分别与微处理器的电源连接端、无线通信模块的电源连接端连接。
在一个具体的实施例中，所述充电控制器用于稳定蓄电池的充电电压和电流，放电控制器用于防止电池电量过低，稳压模块用于稳定电路的输入电压。所述微处理器模块可以为51单片机处理器模块或stm32单片机处理器模块，所述无线通信模块为ZigBee通信模块。其中，微处理器模块带有AD采样单元，能够对光伏板的电压大小进行采样，采用ZigBee通信模块能够进行自组网，每一个检测装置都对应ZigBee网络中的一个终端，终端之间将会相互共享车辆检测结果。
进一步地，所述微处理器通过一阶数字低通滤波器对光伏板的电压信号进行识别，所述一阶数字低通滤波器表达式如下：
Yn＝q*Xn+(1-q)*Yn-1
Figure BDA0002875316330000051
其中，Yn为微处理器模块第n次采样处理后的电压数据，Xn为第n次采样得到的电压数据，q为时间常数，f为截止频率，Δt为采样时间间隔，当微处理器模块读取到光伏板的电压数据后，将会根据不同的滤波要求对该电压信号进行处理。
进一步地，微处理器模块的处理流程为：
如下式：
Figure BDA0002875316330000052
Z2＝αZ1
其中，其中X为当前输入的电压值，A为用于提供电压值的最低值的常量， LP为进行低通滤波，α为比例变化常数，具体步骤如下：
S1：首选将当前输入的电压信号X加上用于提供电压值的最低值的常量A 得到(X+A)，以提高输入电压的最低值；
S2：将提高处理后的电压值(X+A)进行带宽为B1的低通滤波降噪处理得到信号量Z；
S3：对信号量Z进行带宽为B2的低通滤波平滑处理，并得到平滑后的信号 Z1；
S4：将信号Z1利用比例系数α进行比例变化得到最终的信号量αZ1；
S5：比较信号量Z与最终的信号量αZ1的大小可得到当前来车情况。
需要说明的是，所述带宽B1大于带宽B2。
如图2所示，当无线通信模块采用ZigBee通信模块，步骤S5中微处理器模块比较信号量Z与最终的信号量αZ1的大小可得到当前来车情况，具体流程为：
若信号量Z小于最终的信号量αZ1且判断标志位为0，则将判断标志位先置1，然后通过微处理器模块通过无线通信模块发出车辆达到信号；
若信号量Z大于最终的信号量αZ1且判断标志位为1，则将判断标志位先置0，然后通过微处理器模块通过无线通信模块发出车辆离开信号。
在一个具体的实施例中，本发明装置在夜间使用，利用车灯对光伏板的照射产生电压变化，但是由于不同方向的车灯的指向性很强，因此需要对该装置的安装进行设计，以实现不同方向车辆的辨别功能。如图3所示本发明装置的俯视图，图4为本发明装置的主视图。所述检测装置为梯台形状，光伏板设置在梯台的一个侧面上，且所述设置光伏板的梯台侧面面向来车方向，所述梯台侧面的夹角为 20度。当需要检测某一方向的车流时，只需要将该光伏板朝向车辆驶来的方向即可。同时通过微处理器模块算法的灵敏度的调整，结合该带倾角的安装方式，就能够在夜间识别某一固定方向的来车情况。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于光伏板可自主供电车辆检测装置，其特征在于，包括：光伏板、微处理器模块、蓄电池、蓄电池控制模块、无线通信模块，所述光伏板的输出端分别与微处理器模块的输入端、蓄电池控制模块是输入端电连接，所述微处理器模块的输出端与无线通信模块的输入端电连接，所述蓄电池控制模块与蓄电池电连接，所述蓄电池为微处理器模块、无线通信模块供电，微处理器模块的处理流程为：
S1：首选将当前输入的电压信号X加上用于提供电压值的最低值的常量A得到(X+A)，以提高输入电压的最低值；
S2：将提高处理后的电压值(X+A)进行带宽为B1的低通滤波降噪处理得到信号量Z；
S3：对信号量Z进行带宽为B2的低通滤波平滑处理，并得到平滑后的信号Z1；
S4：将信号Z1利用比例系数α进行比例变化得到最终的信号量αZ1；
S5：比较信号量Z与最终的信号量αZ1的大小可得到当前来车情况。
2.根据权利要求1所述的一种基于光伏板可自主供电车辆检测装置，其特征在于，所述蓄电池控制模块包括：充电控制器、放电控制器、稳压模块，具体连接关系为：所述充电控制器的输入端与光伏板的输出端电连接，所述充电控制器的输出端与蓄电池电极连接，所述放电控制器的输入端与蓄电池电极连接，所述放电控制器的输出端与稳压模块的输入端连接，所述稳压模块的输出端分别与微处理器的电源连接端、无线通信模块的电源连接端连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于光伏板可自主供电车辆检测装置，其特征在于，所述微处理器模块通过一阶数字低通滤波器对电压信号进行识别，所述一阶数字低通滤波器表达式如下：
Yn＝q*Xn+(1-q)*Yn-1
Figure FDA0003635774400000011
其中，Yn为微处理器模块第n次采样处理后的电压数据，Xn为第n次采样得到的电压数据，q为时间常数，f为截止频率，Δt为采样时间间隔，当微处理器模块读取到光伏板的电压数据后，将会根据不同的滤波要求对该电压信号进行处理。
4.根据权利要求1所述的一种基于光伏板可自主供电车辆检测装置，其特征在于，步骤S5中比较信号量Z与最终的信号量αZ1的大小可得到当前来车情况，具体过程为：
若信号量Z小于最终的信号量αZ1且判断标志位为0，则将判断标志位先置1，然后通过微处理器模块通过无线通信模块发出车辆达到信号；
若信号量Z大于最终的信号量αZ1且判断标志位为1，则将判断标志位先置0，然后通过微处理器模块通过无线通信模块发出车辆离开信号。
5.根据权利要求1所述的一种基于光伏板可自主供电车辆检测装置，其特征在于，所述带宽B1大于带宽B2。
6.根据权利要求1所述的一种基于光伏板可自主供电车辆检测装置，其特征在于，所述无线通信模块为ZigBee通信模块。
7.根据权利要求1所述的一种基于光伏板可自主供电车辆检测装置，其特征在于，所述微处理器模块为51单片机处理器模块或stm32单片机处理器模块。
8.根据权利要求1所述的一种基于光伏板可自主供电车辆检测装置，其特征在于，所述检测装置为梯台形状，光伏板设置在梯台的一个侧面上，且所述设置光伏板的梯台侧面面向来车方向。
9.根据权利要求8所述的一种基于光伏板可自主供电车辆检测装置，其特征在于，所述梯台侧面的夹角为20度。
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