CN210955487U - 一种精简型多模车辆检测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种精简型多模车辆检测器，包括微处理器、地磁传感器芯片、运算放大器、雷达测距模块、供电单元、微波射频通讯器及其配套收发天线、可见光辅助检测电路。地磁传感器芯片的输出信号经运算放大器放大后输入到微处理器的地磁信号输入端，微处理器通过测距接口端与雷达测距模块连接、通过通讯端与微波射频通讯器连接、通过控制输出端与供电单元连接以确保相关部件省电工作、通过光检测接口端与可见光辅助检测电路连接；本实用新型采取独特的分级递进策略检测车辆，大部分情况下单凭地磁和/或可见光数据即可输出检测结果而无须另行开启雷达测距模块，既兼顾了检测准确率，也大大延缓了产品电池更换及报废的速度。

Description

一种精简型多模车辆检测器

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，特别涉及一种结构精简、高效能的多模车辆检测器。

背景技术

目前国内大中小城市车位供给严重失衡、车位使用不均衡、缺乏有效的共享机制、停车场及车位信息“孤岛”、停车管理难等问题日益凸显，已引起相关部门及社会各界高度重视。安装使用车辆检测器（或称车位检测器）对泊位进行信息化统一管理，已成为许多地方进行城市交通管控的一种有效手段，而目前大多以单模地磁（“地球磁场”的简称）做分析判断的车辆检测器为主，多模检测产品（地磁结合红外、超声波或雷达等）也正逐步为客户所重视与接纳，总体而言，现有方案或产品在如下几方面存在比较突出的问题，亟待改善解决：1.现有实用新型专利“一种基于TMR技术的车辆检测器”（授权公告号：CN 203084928 U）所公开的技术方案，利用太阳能充电机制延长设备寿命效果显著，但其代价是必须留出一半以上面板位置来放置太阳能板及其相关组件，这对于单模地磁检测产品来说空间是足够的，但多年实践后发现单模地磁在运营使用中检测准确率不够高，采用多模检测手段来进一步提升检测效能成为一个必然选择，再加上NB-IOT等第三方物联网技术的大规模推广应用，两方面都需要额外分配一定的面板空间，在业界对产品外观尺寸有限定而不能任意加大的情况下，面板空间的严重不足就成了制约产品更新换代的瓶颈要素；2.现有实用新型专利“地磁车辆检测器及地磁车辆检测系统”（授权公告号：CN 207020822 U）所公开的技术方案，采用定时扫描并采集在特定方向的磁场值、并在该值达到预设值时再启动采集其余方向磁场值来达到减省功耗的目标，该方案对停靠比较规范的车辆有良好的检测及省电效果，但对于不遵守泊位停车规范乱停乱放的车辆或电动汽车等仅有微弱磁场波动的车辆而言，则漏检情况比较突出，有待改进；3.目前业内已公开的多模检测产品及方案，其有车无车的判定总体上是建立在多传感器数据统一分析、比对及计算的基础之上，这种融合方式虽然准确度会有所提升，但也容易产生电池能量经常性非必要流失、加速产品电池更换甚至报废等副作用。由上述可知，现有产品在功耗控制与检测准确性这两大核心问题上，存有很大的优化与改进空间。

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结构精炼、车辆检测准确性高、功耗又低又可控的多模车辆检测器，并通过以下技术方案来实现：

设计、使用一种精简型多模车辆检测器，包括：微处理器、地磁传感器芯片、运算放大器、雷达测距模块、供电单元、微波射频通讯器及其配套收发天线；所述地磁传感器芯片的信号输出端与所述运算放大器的信号输入端电连接，所述运算放大器的地磁信号输出端与所述微处理器的地磁信号输入端电连接，所述雷达测距模块的测距接口端与所述微处理器的测距接口端电连接，所述微处理器的控制输出端与所述供电单元的控制输入端电连接，所述微处理器的通讯端与所述微波射频通讯器的通讯端电连接，所述收发天线与所述微波射频通讯器的天线端电连接，所述供电单元的常态输出端与所述微处理器的电源输入端以及所述微波射频通讯器的电源输入端电连接，所述供电单元的第一输出端与所述地磁传感器芯片的电源输入端及所述运算放大器的电源输入端电连接，所述供电单元的第二输出端与所述雷达测距模块的电源输入端电连接；所述微处理器定时控制所述供电单元上电启动随后下电关闭所述地磁传感器芯片及所述运算放大器采集相互正交三个方向的地磁数据作有车无车分析，若计算满足预设条件则直接输出检测结果，反之则进一步控制所述供电单元上电启动随后下电关闭所述雷达测距模块以采集测距数据，综合分析处理后才输出检测结果。

进一步地，上述一种精简型多模车辆检测器，还包括可见光辅助检测电路；所述可见光辅助检测电路与所述微处理器的光检测接口端电连接以提供随明暗亮度不同而产生电压变化的电信号，其至少包括：光敏电阻与分压电阻；所述微处理器通过所述可见光辅助检测电路以低功耗方式定时或按需采集可见光数据，以辅助有车无车分析判定及地磁背景磁场跟踪修正。

所述微处理器，具备低功耗及高运算效能特性，片内集成ADC和/或DAC转换器；所述运算放大器，是一种单电源CMOS运算放大器，具有较宽的带宽及低供电电压、低静态电流消耗特性，可作为A/D转换器的驱动放大器，封装形式可以是单运放或多运放。

所述微波射频通讯器及其配套收发天线，是所述微处理器与外部设备和/或后端系统进行无线通讯的功能部件，所述微波射频通讯器，是指NB-IOT模块、Lora/LoraWAN/CLAA模块、2.45GHz/433MHz无线收发器、4G/5G无线通讯模块、WiFi/蓝牙/ANT/ZigBee无线通讯模块之其中一项或多项的组合。

所述地磁传感器芯片，是一种采用磁电阻技术检测地球磁场变化的线性传感器元件，具有宽动态范围、高灵敏度、低磁滞及低功耗特性，能准确测量出车辆对地磁在单轴或多轴方向上的扰动变化；所述地磁传感器芯片包括：各向异性磁电阻（AMR）传感器、隧道磁电阻（TMR）传感器或巨磁阻（GMR）传感器。

进一步地，上述地磁传感器芯片，为江苏多维科技有限公司的TMR线性传感器芯片，可以为TMR2102或TMR2103。

所述雷达测距模块，是一个工作在24GHz或77GHz 频段的可对近距离目标物体进行距离测量的包含天线与微波信号处理部分及中频信号处理部分的专用部件。

进一步地，上述雷达测距模块的天线与微波信号处理部分，为24GHz或77GHz雷达测距传感器；上述雷达测距模块的中频信号处理部分，可通过接口由所述微处理器完成目标距离计算，或通过内置MCU完成目标距离计算后向所述微处理器输出结果。

所述供电单元，专用于对设备内各用电部件进行电源管理，并能根据所述微处理器要求进行电源输出控制，其至少包括：锂电池、锂离子电池电容器或复合脉冲电容、稳压器、MOS管。

进一步地，上述稳压器，为理光电子设备有限公司（Ricoh）的RP604或RP605系列超低静态电流降压-升压DC/DC转换器。

同现有技术相比较，本实用新型一种精简型多模车辆检测器，具有如下技术效果：1、应用新技术大幅精简优化了供电单元设计，使用了大容量锂电池及其配套电容器、超低静态电流降压-升压DC/DC转换器做稳压供电，即便没有太阳能充电机制，也能在户外日晒雨淋高低温差大的密闭苛刻环境下，全天候不间断稳定工作，既满足了产品寿命要求，也满足了产品更新换代对面板空间的必然需求；2. 在地磁数据定时扫描采集环节，无差别同时采集相互正交三个方向的地磁数据做检测判断，该方法对于不规范停车以及微弱磁场波动的车辆有明显效果，堵塞了产品漏检漏洞，大大提高了产品使用适应能力，为大面积推广打下良好基础；3. 采用独特的分级递进策略检测车辆，大部分情况下单凭超低功耗采集得到的地磁和/或可见光数据进行计算，即可输出置信度高的检测结果而无须另行开启功耗较大的雷达测距模块，相对于罔顾电能消耗的一刀切大融合方案，本设计更具备机动灵活性与经济实用性，既兼顾了检测准确率，也大大延缓了产品电池更换及报废的速度，节省了大量的人力物力运维投入。

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是本实用新型优选实施例车辆检测器中的供电单元结构原理示意图；

图3是本实用新型车辆检测器中的可见光辅助检测电路结构原理示意图；

图4是本实用新型优选实施例中的车辆检测器结构原理示意图。

具体实施方式

如图1，本实用新型一种精简型多模车辆检测器的一个优选实施例，包括：微处理器5、地磁传感器芯片1、运算放大器2、雷达测距模块3、供电单元4、微波射频通讯器6及其配套收发天线7、可见光辅助检测电路8；所述地磁传感器芯片1的信号输出端与所述运算放大器2的信号输入端电连接，所述运算放大器2的地磁信号输出端与所述微处理器5的地磁信号输入端电连接，所述雷达测距模块3的测距接口端与所述微处理器5的测距接口端电连接，所述微处理器5的控制输出端与所述供电单元4的控制输入端电连接，所述微处理器5的通讯端与所述微波射频通讯器6的通讯端电连接，所述收发天线7与所述微波射频通讯器6的天线端电连接，所述供电单元4的常态输出端与所述微处理器5的电源输入端以及所述微波射频通讯器6的电源输入端电连接，所述供电单元4的第一输出端与所述地磁传感器芯片1的电源输入端及所述运算放大器2的电源输入端电连接，所述供电单元4的第二输出端与所述雷达测距模块3的电源输入端电连接；所述微处理器5定时控制所述供电单元4上电启动所述地磁传感器芯片1及所述运算放大器2采集相互正交三个方向的地磁数据（采集完成则下电关闭）作有车无车分析，若计算满足预设条件则直接输出检测结果，反之则进一步控制所述供电单元4上电启动所述雷达测距模块3以采集测距数据（采集完成则下电关闭），综合分析处理后才输出检测结果。

所述地磁传感器芯片1，是一种采用磁电阻技术检测地球磁场变化的线性传感器元件，具有宽动态范围、高灵敏度、低磁滞及低功耗特性，能准确测量出车辆对地磁在单轴或多轴方向上的扰动变化；所述地磁传感器芯片1包括：各向异性磁电阻（AMR）传感器、隧道磁电阻（TMR）传感器或巨磁阻（GMR）传感器，作为最优，本实例选用了三片江苏多维科技有限公司的TMR线性传感器芯片TMR2102并使之两两正交以提供XYZ三个轴向上的地磁信号，也就是图4中所示的TMR地磁传感器芯片1。

所述微处理器5，具备低功耗及高运算效能特性，片内集成ADC和/或DAC转换器，作为最优，本实例中选用Nordic公司的超低功耗带增强性8051 内核及高精度ADC转换器的nRF24LE1芯片。

所述运算放大器2，是一种单电源CMOS运算放大器，具有较宽的带宽及低供电电压、低静态电流消耗特性，可作为A/D转换器的驱动放大器，封装形式可以是单运放或多运放，作为最优，本实例选用了MicroChip公司的一片MCP6004四运放，使用其中三路分别对TMR地磁传感器芯片1的XYZ三个相互正交轴向的信号进行驱动放大，并输出到所述微处理器5的地磁信号输入端；整个地磁数据采集过程耗时约1毫秒，耗电约2毫安。

所述雷达测距模块3，是一个工作在24GHz或77GHz 频段的可对近距离目标物体进行距离测量的包含天线与微波信号处理部分及中频信号处理部分的专用部件；由于24GHz技术较为成熟、功耗及体积也较小，作为最优，本实例选用24GHz 雷达测距传感器作为所述雷达测距模块3的天线与微波信号处理部分，并通过内置MCU联合中频信号处理电路一起完成目标距离计算后，通过测距接口端向所述微处理器5输出测距结果；整个雷达测距数据采集过程耗时约200毫秒，耗电约50毫安，功耗为地磁的5000倍，为可见光的1000倍。

所述供电单元4，专用于对设备内各用电部件进行电源管理，并能根据所述微处理器要求进行电源输出控制，如图2所示，其包括：锂电池41、锂离子电池电容器或复合脉冲电容42、稳压器43、第一MOS管44及第二MOS管45；所述锂电池41与所述锂离子电池电容器或复合脉冲电容42的正极并联与所述稳压器43的输入端电连接，所述稳压器43的输出端即为常态输出端用于供电所述微处理器5及所述微波射频通讯器6的日常运行，它同时又连接所述第一MOS管44及第二MOS管45的输入端，使它们能在所述微处理器5控制输出端的控制下，通过第一输出端和/或第二输出端进行受控供电；作为最优，所述锂电池41选用亿纬锂能公司的两节并联的ER34615容量型锂-亚硫酰氯电池，所述锂离子电池电容器42选用该司的SPC1520作为配套，所述稳压器选用理光电子设备有限公司（Ricoh）的RP604系列的降压-升压DC/DC转换器RP604K331B，该稳压器具备低达0.3uA的静态电流，且最大输出电流可高达300mA，功耗性能为同类产品最优。

所述微波射频通讯器6及其配套收发天线7，是所述微处理器5与外部设备和/或后端系统进行无线通讯的功能部件，所述微波射频通讯器6是指NB-IOT模块、Lora/LoraWAN/CLAA模块、2.45GHz/433MHz无线收发器、4G/5G无线通讯模块、WiFi/蓝牙/ANT/ZigBee无线通讯模块之其中一项或多项的组合。作为最优，在本实施例中，所述微波射频通讯器6我们选用了NB-IOT模块62及2.45GHz无线收发器61这种组合来与外界进行无线通讯，如图4所示，它们分别通过天线端与各自配套的收发天线72以及收发天线71有线连接、分别通过各自的通讯端与所述微处理器5的通讯端有线连接；2.45GHz无线收发器61用于产品不开盖进行无线固件更新以及无线初始化复位处理，同时也用于触发车位型路侧设备读取ETC卡等，而NB-IOT模块62用于向后端系统上报进出车状态变化数据及定时联络心跳数据，也接收后端系统的下发数据。

所述可见光辅助检测电路8与所述微处理器5的光检测接口端电连接以提供随明暗亮度不同而产生电压变化的电信号，如图3所示，其包括：光敏电阻81与分压电阻82；本实例中，光敏电阻81选用GL5528，其随光照强度升高而电阻值降低，亮电阻范围为8-20KΩ，无光照时暗电阻为1 MΩ，为此分压电阻选用10 KΩ较为合适，这样在早上8点至晚上8点这个最繁忙的时段内，基本上泊位进出车均能感应到有车无车的明暗变化；所述微处理器5定时或按需进行可见光数据采集，在采集时只需通过光检测接口端的A接口输出一个固定可测量的高电平，那么从光检测接口端的B接口处即能获得当前光亮度所对应的电信号，把它量化及转换处理成可见光数据后，就能用于辅助所述微处理器5进行有车无车分析判定及地磁背景磁场跟踪修正；整个可见光数据采集过程耗时约50毫秒，耗电约200微安，几乎可以忽略不计。

本实例一种精简型多模车辆检测器，其工作原理为：

首先，通过2.45GHz无线收发器61来更新写入运行固件、预设条件、工作参数到微处理器5的Flash中，其中预设条件至少分为以下四种：A.磁场波动变化较大（55%以上的实际进出车满足符合该情况），B.磁场波动变化一般，C.磁场波动变化较弱，D.磁场波动变化微小；更新写入成功后，任何时候要开始正式运行，只需使用外部配套的无线复位器激活一下，微处理器5就能通过2.45GHz无线收发器61收到复位命令，并执行复位及初始化工作，采集空车位情况下的磁场数据作为背景磁场值，后续采集到的地磁数据与该背景磁场值做均方差比较，以权衡确定满足上述哪一个预设条件。

然后，微处理器5按工作参数定时采集地磁数据及可见光数据，若满足上述预设条件D，则不予进一步处理；满足上述预设条件A，则直接输出检测结果；满足上述预设条件B，则采集可见光数据辅助，若可见光数据可用且有效则立即输出检测结果，不可用或无效的话进一步采集雷达测距数据，然后综合分析后输出检测结果；若满足上述预设条件C，则采集可见光数据及雷达测距数据，综合分析后输出检测结果；极端情况下，若可见光数据及雷达测距数据判定的泊位状态相同，但却与地磁数据判定的泊位状态相反的话，会激活微处理器5内置的背景磁场跟踪修正处理，以支持背景磁场的动态变化，免除人工重新复位的操作，使得产品适应能力更强，更智能化。

当有检测结果数据需要输出时，微处理器5会按照通讯协议打包数据，通过通讯端给NB-IOT模块62发送到后端系统，和/或用2.45GHz无线收发器61发送触发信号到车位型路侧设备用于开启其与ETC卡的无线通讯。

最后，所有数据发送完成，微处理器5、NB-IOT模块62和/或用2.45GHz无线收发器61全部进入睡眠模式，以确保产品维持超低能耗工作状态。

Claims (10)

1.一种精简型多模车辆检测器，其特征在于，包括：微处理器、地磁传感器芯片、运算放大器、雷达测距模块、供电单元、微波射频通讯器及其配套收发天线；所述地磁传感器芯片的信号输出端与所述运算放大器的信号输入端电连接，所述运算放大器的地磁信号输出端与所述微处理器的地磁信号输入端电连接，所述雷达测距模块的测距接口端与所述微处理器的测距接口端电连接，所述微处理器的控制输出端与所述供电单元的控制输入端电连接，所述微处理器的通讯端与所述微波射频通讯器的通讯端电连接，所述收发天线与所述微波射频通讯器的天线端电连接，所述供电单元的常态输出端与所述微处理器的电源输入端以及所述微波射频通讯器的电源输入端电连接，所述供电单元的第一输出端与所述地磁传感器芯片的电源输入端及所述运算放大器的电源输入端电连接，所述供电单元的第二输出端与所述雷达测距模块的电源输入端电连接；所述微处理器定时控制所述供电单元上电启动随后下电关闭所述地磁传感器芯片及所述运算放大器采集相互正交三个方向的地磁数据作有车无车分析，若计算满足预设条件则直接输出检测结果，反之则进一步控制所述供电单元上电启动随后下电关闭所述雷达测距模块以采集测距数据，综合分析处理后才输出检测结果。

2.如权利要求1所述的一种精简型多模车辆检测器，其特征在于，还包括：可见光辅助检测电路；所述可见光辅助检测电路与所述微处理器的光检测接口端电连接以提供随明暗亮度不同而产生电压变化的电信号，其至少包括：光敏电阻与分压电阻；所述微处理器通过所述可见光辅助检测电路以低功耗方式定时或按需采集可见光数据，以辅助有车无车分析判定及地磁背景磁场跟踪修正。

3.如权利要求1或2所述的一种精简型多模车辆检测器，其特征在于：所述微处理器，具备低功耗及高运算效能特性，片内集成ADC和/或DAC转换器；所述运算放大器，是一种单电源CMOS运算放大器，具有较宽的带宽及低供电电压、低静态电流消耗特性，可作为A/D转换器的驱动放大器，封装形式可以是单运放或多运放。

4.如权利要求1或2所述的一种精简型多模车辆检测器，其特征在于：所述微波射频通讯器及其配套收发天线，是所述微处理器与外部设备和/或后端系统进行无线通讯的功能部件，所述微波射频通讯器，是指NB-IOT模块、Lora/LoraWAN/CLAA模块、2.45GHz/433MHz无线收发器、4G/5G无线通讯模块、WiFi/蓝牙/ANT/ZigBee无线通讯模块之其中一项或多项的组合。

5.如权利要求1或2所述的一种精简型多模车辆检测器，其特征在于：所述地磁传感器芯片，是一种采用磁电阻技术检测地球磁场变化的线性传感器元件，具有宽动态范围、高灵敏度、低磁滞及低功耗特性，能准确测量出车辆对地磁在单轴或多轴方向上的扰动变化；所述地磁传感器芯片包括：各向异性磁电阻（AMR）传感器、隧道磁电阻（TMR）传感器或巨磁阻（GMR）传感器。

6.如权利要求5所述的一种精简型多模车辆检测器，其特征在于：所述地磁传感器芯片，为江苏多维科技有限公司的TMR线性传感器芯片，可以为TMR2102或TMR2103。

7.如权利要求1或2所述的一种精简型多模车辆检测器，其特征在于：所述雷达测距模块，是一个工作在24GHz或77GHz 频段的可对近距离目标物体进行距离测量的包含天线与微波信号处理部分及中频信号处理部分的专用部件。

8.如权利要求7所述的一种精简型多模车辆检测器，其特征在于：所述雷达测距模块的天线与微波信号处理部分，为24GHz或77GHz雷达测距传感器；所述雷达测距模块的中频信号处理部分，可通过接口由所述微处理器完成目标距离计算，或通过内置MCU完成目标距离计算后向所述微处理器输出结果。

9.如权利要求1或2所述的一种精简型多模车辆检测器，其特征在于：所述供电单元，专用于对设备内各用电部件进行电源管理，并能根据所述微处理器要求进行电源输出控制，其至少包括：锂电池、锂离子电池电容器或复合脉冲电容、稳压器、MOS管。

10.如权利要求9所述的一种精简型多模车辆检测器，其特征在于：所述稳压器，为理光电子设备有限公司（Ricoh）的RP604或RP605系列超低静态电流降压-升压DC/DC转换器。

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