CN207690293U - 一种复合地磁车辆检测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种复合地磁车辆检测器，选用高性能8位单片机，利用其IIC接口、高精度AD口、数字IO口、串行接口和大容量Flash,以三轴地磁传感器为主，结合震动、红外、超声波、微波等传感器做辅助检测，采集传感器数据，优化算法，规避辅助传感器在不同应用场合的缺陷，不仅可实现地磁车辆检测器的初始自动标定和磁域背景变化跟踪标定，而且结合辅助传感器提高车辆检测精度；其原理不同于单一三轴地磁传感器的车辆检测，而是基于多种传感技术构成的复合地磁车辆检测技术。

Description

一种复合地磁车辆检测器

技术领域

本实用新型涉及智能交通车辆检测器领域，尤其是一种复合地磁车辆检测器。

背景技术

地球表面磁场在一定范围内保持相对的稳定，当车辆等铁磁体进入某检测范围时，会影响当地磁场强度的微量变化，具体用三轴磁阻传感器去测量时，其XYZ三轴磁阻数据会体现这种微量变化，若将无车背景和有车背景磁域作个阈值划分，则可检测出车辆存在或离开。

但这种单一地磁车辆检测也有缺陷，主要是地球磁场会根据季节、温度、地下矿藏和地球物理活动而变化，背景磁域跟踪补偿比较困难。此外在智能停车领域，有些并排车位若车辆排放密集的话，中间某个车位状态检测会受到很大影响，检测精度难以得到保证。

实用新型内容

本实用新型的目的就是以复合车辆检测技术结合地磁传感器原理，改善车辆检测精度，不仅适应不同的应用场合，而且辅助节能。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种复合地磁车辆检测器，包括：超声波调制电路、压电式超声波发射头、压电式超声波接收头、超声波滤波整形电路、红外发射头、红外发射功率驱动电路、红外接收头、红外接收滤波电路、微波传感器、微波频率计、高性能单片机、稳压电源、电池组、带震动唤醒功能的三轴加速度计、三轴地磁传感器；所述高性能单片机自带AD模数转换接口、IIC接口、串口、多路高速IO口，并具备非ROM类8K以上flash数据空间，拥有内部看门狗和休眠工作模式，可定时休眠、定时唤醒和外部中断唤醒。

所述三轴地磁传感器和带运动唤醒功能的三轴加速度计接所述高性能单片机IIC接口，通过IIC总线读取三轴地磁传感器数值和带运动唤醒功能的三轴加速度计数值。

所述高性能单片机的一个高速IO口驱动所述红外发射头，所述红外发射头与高速IO口之间通过红外发射功率驱动电路连接；所述高性能单片机用一个AD口检测所述红外接收头，所述红外接收头与红外接收滤波电路紧密连接；根据AD采样值过滤红外背景辐射和阳光直射，从而避免红外干扰，并可改变驱动功率加大底盘测距范围。

所述高性能单片机串口接收来自所述微波传感器和频率计的数值，通过频率差测速并判断车辆存在。

所述高性能单片机的1个高速IO口连接超声波调制电路，设置在超声波调制电路前方的压电式超声波发射头发送信号，另一个高速IO口用压电式超声波接收头接收信号，通过声速和时间差测底盘高度，所述压电式超声波接收头与高速IO口之间通过超声波滤波整形电路连接；所述高性能单片机大容量flash存储背景无车地磁数据和不同车辆存在时的有车地磁数据，从而形成可靠的原始数据阵列。

所述高性能单片机通过VCC和GND线路设置所述稳压电源和电池组。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

有别于单一地磁检测，仍以地磁检测为主，结合微波车辆检测技术，并存储可靠数据进行自适应优化，以此提高检测精度。

区别于单一微波车辆检测器，本实用新型结合震动传感器预唤醒休眠处理器，同时结合地磁技术和大容量flash优化技术，间歇休眠工作以节能，指向于在处理器串口与微波传感器之间增加一个频率计，以精确测速和判断车辆存在与否。

本实用新型规避了各种传统车辆检测技术的缺陷，可适用不同的应用范围，无论室内或室外，无论检测存在或离开，以及精确测速场合，都可以通过本实用新型轻易实现，提高检测精度而且可实施。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

超声波调制电路1、压电式超声波发射头2、压电式超声波接收头3、超声波滤波整形电路4、红外发射头5、红外发射功率驱动电路6、红外接收头7、红外接收滤波电路8、微波传感器9、微波频率计10、高性能单片机11、稳压电源12、电池组13、带震动唤醒功能的三轴加速度计14、三轴地磁传感器15。

具体实施方式

为了使本实用新型的实现技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

如图1所示，一种复合地磁车辆检测器，包括：超声波调制电路1、压电式超声波发射头2、压电式超声波接收头3、超声波滤波整形电路4、红外发射头5、红外发射功率驱动电路6、红外接收头7、红外接收滤波电路8、微波传感器9、微波频率计10、高性能单片机11、稳压电源12、电池组13、带震动唤醒功能的三轴加速度计14、三轴地磁传感器15；所述高性能单片机11自带AD模数转换接口、IIC接口、串口、多路高速IO口，并具备非ROM类8K以上flash数据空间，拥有内部看门狗和休眠工作模式，可定时休眠、定时唤醒和外部中断唤醒。

所述三轴地磁传感器15和带运动唤醒功能的三轴加速度计14接所述高性能单片机11IIC接口，通过IIC总线读取三轴地磁传感器15数值和带运动唤醒功能的三轴加速度计14数值。

所述高性能单片机11的一个高速IO口驱动所述红外发射头5，所述红外发射头5与高速IO口之间通过红外发射功率驱动电路6连接；所述高性能单片机11用一个AD口检测所述红外接收头7，所述红外接收头7与红外接收滤波电路8紧密连接；根据AD采样值过滤红外背景辐射和阳光直射，从而避免红外干扰，并可改变驱动功率加大底盘测距范围。

所述高性能单片机11串口接收来自所述微波传感器9和频率计10的数值，通过频率差测速并判断车辆存在。

所述高性能单片机11的1个高速IO口连接超声波调制电路1，设置在超声波调制电路1前方的压电式超声波发射头2发送信号，另一个高速IO口用压电式超声波接收头3接收信号，通过声速和时间差测底盘高度，所述压电式超声波接收头3与高速IO口之间通过超声波滤波整形电路4连接；所述高性能单片机11大容量flash存储背景无车地磁数据和不同车辆存在时的有车地磁数据，从而形成可靠的原始数据阵列。

所述高性能单片机11通过VCC和GND线路设置所述稳压电源12和电池组13。

本实用新型所公示总体设计思路为：选用8位高性能单片机11以IIC接口接地磁传感器15和震动传感器，高精度AD口接标号为红外接收头7，串行接口接微波传感器9，数字IO口接超声波传感器并作数字驱动，大容量Flash存储不同磁域背景下的原始数据。

震动传感器以所述“带运动唤醒功能的三轴加速度计”14实现，带运动唤醒功能的三轴加速度计14的运动唤醒输出口接所述高性能单片机11外部中断口INT脚，程序初始化时设定加速度计的XYZ变化阈值可实现运动唤醒功能。

所述三轴地磁传感器15和所述带运动唤醒功能的三轴加速度计14通过IIC总线与高性能单片机11相连；所述高性能单片机11在内部程序初始化时通过IIC总线设置这两种传感器的工作模式和量程，检测过程中也会不断采集这两种传感器的检测数值，实现车辆检测目的。

所述超声波调制电路1输出端与所述压电超声波发射头2相连，输入端来自高性能单片机11的一个高速IO口，该IO口调制40K Hz左右的方波，经过调制电路，变成40K Hz左右的超声波；所述压电超声波接收头2，当超声波接收头接收到40K Hz左右的超声波信号时，经过所述超声波滤波整形电路4，输出40K Hz左右的方波给高性能单片机11的另一个高速IO口，通过程序判断，可知上面有物体覆盖反射了压电超声波发射头2的超声波，结合地磁数据、声速常量和时间阈值可过滤非机动车、灰尘、雨雪或行人路过，从而精确判断车辆存在与否。

所述红外发射头5，通过所述红外发射功率驱动电路6与高性能单片机另一个IO口相连，增加此功率驱动电路，目的是能量型输出，从而避免测距短；所述红外接收头7解收同波段的红外光，所述红外接收滤波电路8与高性能单片机11的AD口相连，精确测量所接收的能量大小，结合地磁数据，可过滤阳光直射和背景红外辐射等缺陷，从而精确判断车辆存在与否。

所述微波传感器9发射基准微波频段，当上部有移动物体时，根据多普勒效应，其发射频率与基准频率有个差值，这个差值与移动物体的速度成已知函数关系；所述频率计10是测量当前微波频率，计算频率差，并通过串行接口RX脚和TX脚与高性能单片机11相连，输入频率差值，从而由高性能单片机11计算出车速，或判断车辆存在；之所以加所述频率计10，是因为高性能单片机11的IO口采集频率一般达不到微波频段，避免过多占用单片机系统时钟资源，也为节能设计，结合地磁数据，可过滤非机动车和行人的干扰，从而精确测速和判断车辆存在与否。

为了进一步说明所述带运动唤醒功能的加速度计14与微波、地磁复合使用原理：一般道路路面测速前方都有热融胶或白水泥做的标志标线，当车辆轮胎轧过这些标线时，会产生震动波信号，震动波在固体中传播速度常达到1km/s以上，可以极短时间内抵达复合地磁车辆检测器；复合地磁为节能常处于休眠工作模式，当带运动唤醒功能的三轴加速度计14接收到震动波时，会触发相关加速度阈值输出外部中断信号，唤醒三轴地磁传感器15起来工作，实时测量磁场强度的变化，启动微波传感器9测速；车辆未抵达前的稳恒磁场会在车辆到达后变成被扰动的变化磁场，结合复合地磁传感器，滤除旁边车道震动波干扰，可对比检测车辆经过、存在或离开，然后再进入休眠状态节能。

复合地磁检测的自适应优化方法如下：

地磁传感器初步检测车辆采用总磁场强度阈值判断。无论人工标定或借助辅助传感器自动标定，都可获得无车地磁背景总磁场强度BL，和有车地磁背景总磁场强度BE,平滑处理后，总磁场强度计算公式为：

B=(Bx²+ By²+ Bz²)^1/2

在BL和BE 之间存在一个阈值范围，根据研究本实用新型采用黄金分割率作为模糊判断，即超出无车背景总磁场强度61.8%时作为疑似有车或车辆进入状态。然后查询其他辅助传感器有无精确判断，若其他辅助传感器精确判断车辆存在，则当前背景下的总磁场强度被确定为有车存在，并将该数据存储到处理器 flash中去。反之，其他辅助传感器工况不正常，则处理器将调用flash中已知的数据阵列进行比对。

σ1=|B-Max（BL1…..B Ln）|

σ2=|B-Min（BE1…..B En）|

若σ1>>σ2，判断有车；若σ1<<σ2,判断无车，若σ1≈σ2,判断车辆移库或进入检测区域。

Flash里的数据一般是固定时期内的采集值，一般每天采集12次标准值，平滑处理后存到flash中去，连续存储128天数据，跨越1个季度，超过容量后，新数据将持续刷新老数据。这种优化方法可弥补地磁背景的动态变化，做到自动跟踪补偿，提高检测精度。

连续多日检测不到40K Hz超声波信号，判定超声波传感器失效。

连续多日红外AD检测与背景辐射检测变化不大，判定红外传感器失效。

连续多日在已知震动的情况下检测不到微波差值信号，判定微波传感器失效。

连续多日定时唤醒工作后能收到微波差值信号或其他传感器判断，却不能检测到加速度计的明显变化，判断震动传感器失效。

在辅助传感器全部失效的情况下，回归于单一地磁传感器检测状态，但仍利用累积在flash中的数据阵列连续进行优化判断。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

有别于单一地磁检测，仍以地磁检测为主，结合微波车辆检测技术，并存储可靠数据进行自适应优化，以此提高检测精度。

区别于单一微波车辆检测器，本实用新型结合震动传感器预唤醒休眠处理器，同时结合地磁技术和大容量flash优化技术，间歇休眠工作以节能，指向于在处理器串口与微波传感器之间增加一个频率计，以精确测速和判断车辆存在与否。

本实用新型规避了各种传统车辆检测技术的缺陷，可适用不同的应用范围，无论室内或室外，无论检测存在或离开，以及精确测速场合，都可以通过本实用新型轻易实现，提高检测精度而且可实施。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点，本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种复合地磁车辆检测器，其特征在于：包括：超声波调制电路、压电式超声波发射头、压电式超声波接收头、超声波滤波整形电路、红外发射头、红外发射功率驱动电路、红外接收头、红外接收滤波电路、微波传感器、微波频率计、高性能单片机、稳压电源、电池组、带震动唤醒功能的三轴加速度计、三轴地磁传感器；所述高性能单片机自带AD模数转换接口、IIC接口、串口、多路高速IO口，并具备非ROM类8K以上flash数据空间，拥有内部看门狗和休眠工作模式，可定时休眠、定时唤醒和外部中断唤醒。

2.根据权利要求1所述的一种复合地磁车辆检测器其特征在于：所述高性能单片机串口接收来自所述微波传感器和频率计的数值，通过频率差测速并判断车辆存在。