CN202887453U - 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 - Google Patents
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Abstract
本实用新型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。本技术方案使用高灵敏AMR传感器芯片模块检测车辆，具备低功耗、抗干扰无线通讯协议处理机制与微瓦级太阳能采集机制，大幅延长了电池更换周期，安装方便、环境适应性强。产品适用于各种智能交通应用，如ETC系统、智能咪表、车位管理等。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种智能交通领域中的车辆检测器，特别涉及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。
背景技术
车辆检测器在智能交通系统(简称ITS)中，主要用于检测车辆并提供车辆存在与否，甚或方向、速度等关键性输入信息，是ITS感知层的核心功能部件。
随着ITS得到越来越广泛的重视与开发建设，目前的车辆检测器在实际使用中存在以下几个问题有待克服：1、产品安装一般需要铺管布线和破坏路面，土建施工量大，降低道路耐用性的同时也加重了保养负担；2、车辆检测器大多采用外部供电，少数采用内部电池供电的无线产品使用两年左右即须更换电池，后期维护量不容轻视，这当中也有结合太阳能补充电能的方案，但其吸收转换效率不高，小能量流失浪费情况严重；3、现有的无线车辆检测器在单片机运算资源极为有限的情况下，难以同时获得高准确性的传感器信号分析、高可靠性的无线通讯协议处理、低能量消耗三方面的最佳效果。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题，在于避免上述现有技术方案的不足之处而提出一种采用各向异性磁阻式(Anisotropic Magnetoresistive，简称AMR)传感器检测车辆，具有节能环保、安装维护简便、检测与通讯稳定可靠的车辆检测器。
本实用新型解决所述的技术问题可以通过以下技术方案来实现：
设计、使用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，所述车辆检测器包括：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。
所述光伏能量采集与供电单元，包括：太阳能电池板、能量采集芯片、内置后备电池、放电控制电路、储能器件与稳压器。所述太阳能电池板的正极连接所述能量采集芯片的输入端，所述能量采集芯片的输出端连接所述储能器件的正极以及所述稳压器的输入端，所述内置后备电池的正极连接所述放电控制电路的输入端，所述放电控制电路的输出端连接储能器件的正极和所述稳压器的输入端，所述稳压器的输出端即为电源输出。所述光伏能量采集与供电单元主要作用为通过采集太阳能补充储能器件电能以供日常工作所需，当检测发现储能器件储能不足时，通过放电控制电路把内置后备电池的电能补充至储能器件，而储能器件所储存的电能通过稳压器稳压后作为电源输出。
更进一步地，所述太阳能电池板，包括单晶硅、多晶硅或非晶硅太阳能电池板；所述能量采集芯片，具有低至微瓦级光伏电能的采集能力以及低功耗特性；所述储能器件，包括超级电容、复合电容、可充电锂电池或薄膜电池；所述内置后备电池，是具有耐高温、低自放电特性的、不可充电的一次性电池。
更进一步地，上述能量采集芯片，可以是TI公司的BQ25504、LINEAR公司的LTC3105、或MAXIM公司的MAX17710。
所述AMR传感器芯片模块，是一种采用AMR各向异性磁阻技术，具有在轴向上的高灵敏度与线性高精度特性以准确测量地球磁场方向与磁力的传感器芯片或传感器模块。
更进一步地，上述AMR传感器芯片模块，为霍尼维尔(Honeywell)公司的HMC5883L、HMC1022或HMC1052L各向异性磁阻式传感器芯片模块。
所述ARM无线SOC处理器，是一种结合ARM高性能内核及高速无线通讯部件的SOC一体化低功耗处理器，通讯频段包括：ISM 2.4GHz频段或ISM 433MHz频段，通讯协议具有抗干扰机制，满足安全稳定无线通讯的要求，通讯协议可以是BLE低功耗蓝牙、ANT或ZigBee。
更进一步地，上述ARM无线SOC处理器，为Nordic公司的nRF51系列单芯片多协议32位ARM Cortex MO及2.4GHz无线SOC一体化低功耗处理器。
同现有技术相比较，本实用新型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，具有如下技术效果：1、采用体积小巧灵敏度高的AMR传感器芯片模块检测车辆，只需钻几个安装孔把产品固定好即可使用，减少了大面积切割路面所产生的诸多问题，道路更坚固耐用；2、具备低至微瓦级弱小能量的采集能力与转存机制，最大程度上延长了电池更换周期，使产品能长时间稳定可靠工作；3、使用资源充沛、运算速度快的低功耗ARM处理器作AMR信号分析处理，结合高速抗干扰无线通讯协议处理机制，产品适用面广、环境适应能力更强。
附图说明
图1是本实用新型车辆检测器结构原理示意图；
图2是本实用新型车辆检测器中的光伏能量采集与供电单元结构原理示意图。
具体实施方式
如图1，本实用新型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，所述车辆检测器，包括：光伏能量采集与供电单元3、AMR传感器芯片模块1、ARM无线SOC处理器2及其收发天线21。光伏能量采集与供电单元3的电源输出与AMR传感器芯片模块1及ARM无线SOC处理器2的电源输入端有线连接，AMR传感器芯片模块1的信号端与ARM无线SOC处理器2的信号端有线连接，ARM无线SOC处理器2的天线端与收发天线21有线连接。
如图2，所述光伏能量采集与供电单元3，包括：太阳能电池板31、能量采集芯片32、内置后备电池33、放电控制电路34、储能器件35与稳压器36。所述太阳能电池板31的正极连接所述能量采集芯片32的输入端，所述能量采集芯片32的输出端连接所述储能器件35的正极以及所述稳压器36的输入端，所述内置后备电池33的正极连接所述放电控制电路34的输入端，所述放电控制电路34的输出端连接储能器件35的正极和所述稳压器36的输入端，所述稳压器36的输出端即为电源输出。所述光伏能量采集与供电单元3主要作用为通过采集太阳能补充储能器件35电能以供日常工作所需，当检测发现储能器件35储能不足时，通过放电控制电路34把内置后备电池33的电能补充至储能器件35，而储能器件35所储存的电能通过稳压器36稳压后作为电源输出。
所述太阳能电池板31，包括单晶硅、多晶硅或非晶硅太阳能电池板，由于多晶硅性价比高，作为最优，使用多晶硅太阳能电池板。
所述能量采集芯片32，具有低至微瓦级光伏电能的采集能力以及低功耗特性，可以是TI公司的BQ25504、LINEAR公司的LTC3105、或MAXIM公司的MAX17710。作为最优，选择具有MPPT最大功率点跟踪功能、太阳能采集效率较高的TI公司的BQ25504芯片。
所述内置后备电池33，是具有耐高温、低自放电特性的、不可充电的一次性电池，可以是锂/亚硫酰氯电池或锂/二氧化锰电池，作为最优，使用温度特性最好的锂/亚硫酰氯电池。
所述储能器件35，包括超级电容、复合电容、可充电锂电池或薄膜电池，作为最优，使用性价比最高的超级电容作为储能器件。
所述AMR传感器芯片模块1，是一种采用AMR各向异性磁阻技术，具有在轴向上的高灵敏度与线性高精度特性以准确测量地球磁场方向与磁力的传感器芯片或传感器模块，作为最优，采用霍尼维尔(Honeywell)公司的AMR各向异性磁阻式传感器芯片模块，可以是HMC5883L、HMC1022或HMC1052L传感器芯片模块，此例中进一步优选集成化程度最高的HMC5883L AMR传感器芯片。
所述ARM无线SOC处理器2，是一种结合ARM高性能内核及高速无线通讯部件的SOC一体化低功耗处理器，通讯频段包括：ISM 2.4GHz频段或ISM 433MHz频段，通讯协议具有抗干扰机制，满足安全稳定无线通讯的要求，通讯协议可以是BLE低功耗蓝牙、ANT或ZigBee。作为最优，采用Nordic公司的nRF51系列单芯片多协议32位ARM Cortex MO及2.4GHz无线SOC一体化低功耗处理器，此例进一步优选可搭载BLE低功耗蓝牙的nRF51822，该处理器在运算速度、RAM与Flash空间等方面数倍于现有车检器单片机，而静态及峰值功耗却与之相差无几甚至更低，这些充沛资源是进行高强度信号分析与无线通讯算法处理的重要基础。
本实施例中的霍尼韦尔HMC5883L磁阻传感器是一种体积小巧灵敏度高的三轴传感器，通过施加供电电源，传感器可以将量测轴方向上的任何入射磁场转变成一种差分电压输出，随着磁场在感应方向上不断增强，电压也会正向增长。任何磁场扰动都能产生这种高精度的变化信号，ARM无线SOC处理器2正是基于这些变化信号来进行车辆特征分析与识别判定的。
本例具体工作过程为：首先是设定ARM无线SOC处理器2的通讯频点及相关工作参数，使之与收集车辆检测数据的路侧设备或上位机能够通讯匹配对接、互通互联。设备上电后，通过ARM无线SOC处理器2的I2C信号线对AMR传感器芯片模块1进行相关初始化设定，AMR传感器芯片模块1按照所设定的操作模式，把采集到的数据通过I2C信号线传送到ARM无线SOC处理器2做信号分析与处理，ARM无线SOC处理器2再把分析处理结果以无线方式送到路侧设备或上位机。
本实用新型车辆检测器，在上电工作过程中，光伏能量采集与供电单元3承担着能量采集、能量转存、放电控制、稳压供电的作用。同时，能量采集芯片32或放电控制电路34具备实时监测储能器件35正极电压变化的机制，所以在通常情况下，完全可以利用太阳能作为主要供电，一旦发现储能不足，立即通过放电控制电路34使用内置后备电池33供电，直到判定储能充足后，放电控制电路34才关闭停止内置后备电池33向储能器件35供电，该管理机制保证了产品能够长时间不间断可靠运行。
Claims (8)
1.一种具有低功耗无线通讯与太阳能采集机制的车辆检测器，其特征在于，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。
2.如权利要求1所述的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，其特征在于：所述光伏能量采集与供电单元，包括：太阳能电池板、能量采集芯片、内置后备电池、放电控制电路、储能器件与稳压器；所述太阳能电池板的正极连接所述能量采集芯片的输入端，所述能量采集芯片的输出端连接所述储能器件的正极以及所述稳压器的输入端，所述内置后备电池的正极连接所述放电控制电路的输入端，所述放电控制电路的输出端连接储能器件的正极和所述稳压器的输入端，所述稳压器的输出端即为电源输出；所述光伏能量采集与供电单元主要作用为通过采集太阳能补充储能器件电能以供日常工作所需，当检测发现储能器件储能不足时，通过放电控制电路把内置后备电池的电能补充至储能器件，而储能器件所储存的电能通过稳压器稳压后作为电源输出。
3.如权利要求2所述的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，其特征在于：所述太阳能电池板为单晶硅、多晶硅或非晶硅太阳能电池板；所述能量采集芯片，具有低至微瓦级光伏电能的采集能力以及低功耗特性；所述储能器件为超级电容、复合电容、可充电锂电池或薄膜电池；所述内置后备电池，是具有耐高温、低自放电特性的、不可充电的一次性电池。
4.如权利要求3所述的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，其特征在于：所述能量采集芯片为TI公司的BQ25504、LINEAR公司的LTC3105或MAXIM公司的MAX17710。
5.如权利要求1至4之任一项所述的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，其特征在于：所述AMR传感器芯片模块，是一种采用AMR各向异性磁阻技术，具有在轴向上的高灵敏度与线性高精度特性以准确测量地球磁场方向与磁力的传感器芯片或传感器模块。
6.如权利要求5所述的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，其特征在于：所述AMR传感器芯片模块，为霍尼维尔(Honeywell)公司的HMC5883L、HMC1022或HMC1052L各向异性磁阻式传感器芯片模块。
7.如权利要求1至4之任一项所述的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，其特征在于：所述ARM无线SOC处理器，是一种结合ARM高性能内核及高速无线通讯部件的SOC一体化低功耗处理器，通讯频段包括：ISM 2.4GHz频段或ISM 433MHz频段，通讯协议具有抗干扰机制，满足安全稳定无线通讯的要求，通讯协议为BLE低功耗蓝牙、ANT或ZigBee。
8.如权利要求7所述的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，其特征在于：所述ARM无线SOC处理器，为Nordic公司的nRF51系列单芯片多协议32位ARM Cortex MO及2.4GHz无线SOC一体化低功耗处理器。
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