CN206115696U - 一种无线地磁车辆流量检测器 - Google Patents
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Abstract
一种无线地磁车辆流量检测器，包括蜂窝型外壳和检测器主体，检测器主体包括前端地磁传感模块，低功耗单片机模块，电源管理模块和低功耗无线通信模块，PCB为方形；前端地磁传感模块包括三轴磁阻传感器、放大电路和模数转换器；单片机模块包括MSP430F5438单片机，采用多跳时间同步算法处理数据；电源管理模块包括一个对内电池接口和三节Li‑SOCl2电池，低功耗无线通信模块包括无线电收发器和天线，无线电收发器为AT86RF233 2.4GHz IEEE 802.15.4无线电收发器，采用Zigbee无线通信协议。本实用新型实现了超低功耗检测，时间同步性强、准确率高，设备抗压性强，防护等级高。
Description
技术领域
本实用新型涉及交通车辆信息采集领域，具体涉及一种用于采集城市路口实时交通流数据的无线地磁车辆流量检测器。
背景技术
随着经济的发展，国内机动车辆数量增长迅速，为城市交通带来了严峻的考验。为提高交通运输效率，保障交通安全，缓解交通拥挤，保证城市交通畅通舒适，交通信息基础数据的采集就成了关键环节。交通信息检测利用交通信息采集技术，对路面的交通情况进行实时监测，并从宏观和微观上及时掌握交通流的动态变化状况。
目前，国内使用较多的车辆检测方法为地感线圈检测，其需要在车道上切割环形线槽，然后埋设感应线圈，车辆通过时感应线圈会发出信号给相应设备。但该种方法由于需要在地下埋设感应线圈，施工难度较大，安装成本高，且线圈使用寿命较短，安装维护不便。
无线传感器网络技术是对人类生活方式产生重大变革的新兴技术之一，近年来兴起的无线地磁车辆检测是无线传感器网路技术的典型应用之一，其利用车辆本身含有的铁磁物质对车辆存在区域地磁信号产生的影响，当车辆经过传感器附近，传感器能灵敏感知信号的变化，经信号分析就可以得到检测目标的相关信息。但由于各种技术限制，现有无线地磁车辆检测器还存在以下缺陷：(1)及时性风险：由于车辆通过地磁检测范围的时间很短，通常为毫秒级，受限于采样频率、算法处理速度以及检测器与接收器的距离等因素，易出现车辆通过及离开的信息不能及时传输的现象；(2)准确性风险(低速漏检风险)：在拥堵路段，车辆多、车速慢且车辆间空隙小等原因易造成低速粘连现象，从而将两辆车误判为一辆车，造成漏检；(3)检测器物理抗压性能不佳，故障和损坏几率较大，功耗较高，使用寿命较短。
实用新型内容
针对现有无线地磁车辆检测器存在的上述缺陷，本实用新型提供一种无线地磁车辆流量检测器，该检测器实现了超低功耗检测，检测时间同步性强、准确率高，设备抗压性强，防护等级高。
为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种无线地磁车辆流量检测器，包括蜂窝型外壳和检测器主体，所述检测器主体包括前端地磁传感模块，低功耗单片机模块，电源管理模块和低功耗无线通信模块，PCB为方形设计，其中：
所述前端地磁传感模块包括三轴磁阻传感器、放大电路和模数转换器，，所述三轴磁阻传感器获得受车辆影响的地磁扰动信息，经所述放大电路放大，再经所述模数转换器转换后传输给所述单片机；
所述低功耗单片机模块包括MSP430F5438单片机，采用多跳时间同步算法，高准确率检测算法中的阈值判断与地磁传感器的阈值自动唤醒模式结合使用；其与所述前端地磁传感模块和所述低功耗无线通信模块双向通信连接，管理和协调各模块的工作；
所述电源管理模块包括一个对内电池接口和三节Li-SOCl2电池，工作电压3.4V-4.25V，功率2mW-50mW，其为所述前端地磁传感器模块、所述低功耗单片机模块和所述低功耗无线通信模块供电，并由所述单片机检测电池使用情况；
所述低功耗无线通信模块包括无线电收发器和天线，用于与上端设备建立双向通信；所述无线电收发器为AT86RF233 2.4GHz IEEE802.15.4无线电收发器，采用Zigbee无线通信协议，所述天线为微带贴片天线，频带宽度2400-2483.5MHz。
优选地，所述前端地磁传感模块采样频率为128Hz。
优选地，采用Honeywell三轴磁阻传感器。
优选地，所述电池容量选自8.1ah或10.8ah，工作电压3.7V，功率2mW。
优选地，所述Zigbee无线通信协议2.4GHz的ISM频段为16信道，每个信道带宽2MHz。
优选地，所述AT86RF233 2.4GHz IEEE 802.15.4无线电收发器的传输速率为250kbps。
优选地，所述AT86RF233 2.4GHz IEEE 802.15.4无线电收发器发送数据的最大输出功率为4dBm，此时传输距离最远，可满足较大路口需求。
具体地，所述检测器的检测灵敏度为0-15级可调。
优选地，所述无线地磁车辆流量检测器还具有横截面为圆形的防水罩，以便安装于圆形安装孔内。
优选地，所述天线为波瓣为120°的定向天线，天线范围为±60°，即在±60°角度内信号最好，在范围外容易出现连接不上或是数据丢包现象。
优选地，所选无线通信芯片AT86RF233支持数据发送时的最大输出功率为4dBm，此时传输距离最远，可满足较大路口需求。
优选地，所述检测器的检测灵敏度为0-15级可调。
与现有无线地磁车辆检测器相比，本实用新型具有如下有益效果：
(1)充分考虑实际交通路面压强大的特点，采用独特的蜂窝型外形设计，将设备防护等级提高至IP67，有效提高设备使用寿命并降低因意外因素导致的故障和损坏机率；
(2)采用低功耗单机片模块(MSP430F5438单片机)、无线通信模块(AT86RF233)及低功耗无线传输协议(Zigbee无线通信协议)，高准确率检测算法中的阈值判断与磁阻传感器的阈值自动唤醒模式结合使用，大大降低产品功耗，保障了通信稳定性，工作寿命长，电池理论使用寿命可达7年以上，实际使用寿命可达5年以上；
(3)单片机集成多跳时间同步算法，减少时间同步偏差，有效保持地磁传感模块与其他设备的时间一致性；
(4)地磁传感模块采用方形设计，能更好地匹配天线参数，达到最佳状态，外加横截面为圆形的防水罩，可提高施工方便性；
本实用新型实现了超低功耗信号检测，可为智能交通控制系统提供实时、准确、可靠的交通流基础数据。
附图说明
图1为本实用新型无线地磁车辆流量检测器组成和工作原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图，详细说明本实用新型的一个具体实施例，但不对本实用新型的权利要求做任何限定。
如图1所示，一种无线地磁车辆流量检测器，外形尺寸为7.6cm(L)×7.6cm(W)×5.6cm(H)，重量0.3kg，包括蜂窝型外壳1和检测器主体，整体还具有一个横截面为圆形的防水罩，检测器主体包括前端地磁传感模块，低功耗单片机模块，电源管理模块和低功耗无线通信模块，PCB尺寸为53mm*54mm；其中：前端地磁传感模块包括Honeywell三轴磁阻传感器、放大电路和模数转换器；低功耗单片机包括MSP430F5438单片机，内置多跳时间同步算法，高准确率检测算法中的阈值判断与地磁传感器的阈值自动唤醒模式结合使用，大大降低产品功耗；电源管理模块包括一个对内电池接口和三节Li-SOCl2电池，电池容量8.1ah，工作电压3.7V，功率2mW；低能耗无线通信模块包括AT86RF233 2.4GHz IEEE 802.15.4无线电收发器和微带贴片天线，采用Zigbee无线通信协议，频带宽度2400-2483.5MHz，所选用的天线为波瓣为120°的定向天线，天线范围±60°，Zigbee无线通信协议2.4GHz的ISM频段为16信道，每个信道带宽2MHz，传输速率为250kbps，最大输出功率为4dBm。
以采集城市路口实时交通流数据为例，本实用新型工作流程如下：
车辆通过路口时，前端地磁传感模块中的三轴磁阻传感器检测大地磁场磁通量的变化，经放大电路放大，再经模数转换器转换后将对应于变化量的电信号传输给低功耗单片机模块；单片机接收到电信号后采用多跳时间同步算法处理数据，判断是干扰信号还是正常车辆通过信号，并加入时间戳信息，记录故障信息，与前端地磁传感模块和无线通信模块双向通信，管理和协调各模块工作；单片机将分析处理后的数据(交通流信息、故障信息和电池使用信息等)传输给低功耗无线通信模块，再由该模块传输至上端设备，如接入点系统(AP)或中继器(RP)，并接收由AP或RP下发的对时、参数修改、系统升级等指令。该检测器工作环境温度为-40℃-85℃，工作湿度0-98％。
经测试证明，本实用新型检测器实现了超低能功耗，电池理论使用寿命可达7年以上，实际使用寿命可达5年以上；抗压性好，设备防护等级达到IP67；与其他设备的时间同步性强，接收灵敏度为-101dBm，检测准确率达到98％，能有效避免漏检现象。
可以理解的是，以上关于本实用新型的具体描述，仅用于说明本实用新型而并非受限于本实用新型实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种无线地磁车辆流量检测器，其特征在于包括蜂窝型外壳和检测器主体，所述检测器主体包括前端地磁传感模块，低功耗单片机模块，电源管理模块和低功耗无线通信模块，PCB为方形，其中：
所述前端地磁传感模块包括三轴磁阻传感器、放大电路和模数转换器，所述三轴磁阻传感器获得受车辆影响的地磁扰动信息，经所述放大电路放大，再经所述模数转换器转换后传输给所述单片机；
所述低功耗单片机模块包括MSP430F5438单片机，采用多跳时间同步算法，与所述前端地磁传感模块和所述低功耗无线通信模块双向通信连接，管理和协调各模块的工作；
所述电源管理模块包括一个对内电池接口和三节Li-SOC12电池，工作电压3.4V-4.25V，功率2mW-50mW，为所述前端地磁传感器模块、所述低功耗单片机模块和所述低功耗无线通信模块供电，并由所述单片机检测电池使用情况；
所述低功耗无线通信模块包括无线电收发器和天线，用于与上端设备建立双向通信；所述无线电收发器为AT86RF233 2.4GHz IEEE 802.15.4无线电收发器，采用Zigbee无线通信协议，所述天线为微带贴片天线，频带宽度2400-2483.5MHz。
2.根据权利要求1所述的无线地磁车辆流量检测器，其特征在于：所述前端地磁传感模块采样频率为128Hz。
3.根据权利要求1所述的无线地磁车辆流量检测器，其特征在于：采用Honeywell三轴磁阻传感器。
4.根据权利要求1所述的无线地磁车辆流量检测器，其特征在于：所述电池容量选自8.1ah或10.8ah，工作电压3.7V，功率2mW。
5.根据权利要求1所述的无线地磁车辆流量检测器，其特征在于：所述Zigbee无线通信协议2.4GHz的ISM频段为16信道，每个信道带宽2MHz。
6.根据权利要求1所述的无线地磁车辆流量检测器，其特征在于：所述AT86RF2332.4GHz IEEE 802.15.4无线电收发器的传输速率为250kbps。
7.根据权利要求1所述的无线地磁车辆流量检测器，其特征在于：所述AT86RF2332.4GHz IEEE 802.15.4无线电收发器发送数据的最大输出功率为4dBm。
8.根据权利要求1所述的无线地磁车辆流量检测器，其特征在于：所述检测器的检测灵敏度为0-15级可调。
9.根据权利要求1所述的无线地磁车辆流量检测器，其特征在于：所述无线地磁车辆流量检测器还具有横截面为圆形的防水罩，以便安装于圆形安装孔内。
10.根据权利要求1所述的无线地磁车辆流量检测器，其特征在于：所述天线为波瓣为120°的定向天线，天线范围±60°。
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