CN2434746Y - 车辆自动分类装置 - Google Patents

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李建华
任健
焦晓奇
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Abstract

本实用新型涉及一种车辆自动分类装置,由红外分离器、线圈探测器和车道计算机组成,红外分离器发射红外信号,线圈探测器用来感应汽车的底盘特征信号,频率采样器完成采样信号的放大、整形和滤波,对两个频率采样器送过来的频率进行计数,并将计数结果送至单片机,微型计算机处理系统对数据的分析和处理,车道计算机接收线圈探测器发来的车辆特征数据,并对车辆进行自动分类。实用新型设备简单,安装方便,不影响收费站的外观。

Description

车辆自动分类装置
本实用新型涉及一种车辆自动分类装置，属于交通管理技术领域。
目前，在我国的高速公路收费系统中，收费的形式基本上还是人工识别车型和人工收费，或者是人工识别车型和电脑收费相结合。由于人工识别车型的不确定性和主观性，致使票款流失非常严重。据交通部门有关资料统计，目前公路收费的总额只占应收总额的80％左右，其中有相当一部分流失。给国家和公路经营单位造成极大损失。鉴于此，建立一个完善的收费管理制度，特别是建立一个超高精度的车辆自动分类系统，使其分类准确度达到或超过一个熟练的收费员的准确度，彻底杜绝通过车在数量、类型以及免费车上的作弊行为，对高速公路的发展有十分重要的意义。
国内外车辆自动分类检测装置多种多样，基本上是根据车辆本身的参数进行分类。较常用的方法有以下两种：
1、红外自动分类装置
其原理是用红外线扫描车辆的外形轮廓，并根据车辆的外形轮廓特征(譬如车长、车高、车头形状等)来对车辆进行分类。其特点是原理简单、技术成熟，同时存在的缺点是系统较为复杂，环境适应性差，故障率较高，维修不便
2、线圈自动分类装置
利用金属物体通过感应线圈时，感应线圈的参数会发生变化的原理，当车辆通过埋在地下的感应线圈时，感应线圈的参数会发生变化，由于底盘形状的不同，对感应线圈的影响就不同。因此，通过测量感应线圈参数的变化就可以间接地反应车辆底盘的特征，再进一步根据底盘的特征来判别车辆。其特点是系统简单，隐蔽性好，不需要维护，不足之处是电感线圈易受周围环境的影响(譬如介质、电磁信号等)
本实用新型的目的是设计一种车辆自动分类装置，将先进的光电检测技术、信号相关技术、信息融合技术、智能模糊识别技术集中于一个装置，以改善传统收费系统中的弊端，用计算机替代人工判别车型，杜绝收费中的漏洞，提高高速公路的管理水平和经济效益。
本实用新型设计的车辆自动分类装置，由红外分离器、线圈探测器和车道计算机组成，其中：
1、红外分离器包括：
1)用于发射红外信号的发射部分：
晶体振荡器T3产生高频振荡脉冲CLK，经大规模集成电路U2产生扫描时钟信号CLR和触发脉冲LCLK，送到移位寄存器U4，产生顺序的触发脉冲Q0-Q7，再与CLK经过与门U3，产生调制后的高频脉冲OUT0输入到由发光二级管L1、限流电阻R9和开关三级管T1组成的发射单元，使T1处于导通状态，L1发光；
2)用于接收红外信号的接收部分：
发射部分产生的扫描时钟信号CLR和触发脉冲LCLK，经移位寄存器U8，产生顺序的触发脉冲Q0-Q7，再与接收单元U9接收到的信号R0，经与非门U10和U11产生输出信号OUT0-OUT7，经与非门U7产生接收单元状态信号IN1、IN2、IN3送到控制部分；
(3)用于控制发射部分和接收部分同步工作的控制部分
大规模集成电路U16接收接收部分发来的状态信号IN1、IN2、IN3，并转换成数据信号D0-D7以及中断信号INT送到单片机U12，单片机将数据通过通讯芯片U14发给车道计算机。
2、线圈探测器包括
(1)两个感应线圈，用来感应汽车的底盘特征信号，该感应线圈埋于本装置的车辆入口处的地面下；
(2)两个频率采样器：频率采样器完成采样信号的放大、整形和滤波。两频率采样器工作原理一致。
埋于地面下的感应线圈通过耦合电感131与第一个频率采样器上的电容C5组成LC振荡回路，产生的振荡频率F，该频率值取决于线圈电感值L和电容C5的大小，电容C5固定不变，因此，感应线圈电感量L的变化就决定了振荡频率F的变化。该振荡频率F经过三极管T1放大电路放大后，送至运算放大器U17进行比较、滤波，经过整形后转换成方波输出至下一级频率计数器处理；
(3)频率计数器：
频率计数器U9以芯片为核心，该芯片在单片机U20的控制下，可分别完成对上述两个频率采样器送过来的频率F1和F2进行计数，U19工作于计时器模式，计时器将当前对频率F1和F2的计数值保存下来，并将计数结果送至单片机。
(4)微型计算机处理系统
单片机U20接收频率计数器U19送来的数据，并进行数据的分析和处理，通过通讯芯片U24向车道计算机发送数据。
为了防止由于干扰引起的探测器频率发生跳变的情况，本处理系统采用频率跟踪技术。在静态环境下(无车通过车道时)频率计数值得到的计数值C1(感应线圈1基准值)或C2(感应线圈2基准值)由于干扰会发生变化，该基准值若变化太快会造成正常车数据的丢失或产生一些虚假的数据。因此，必须对该基准值进行必要的控制，采用在处理系统内部定时对基准值进行调整，以尽可能地实时地使该基准值跟踪干扰的变化，使当前系统使用的基准值能与线圈目前的振荡频率大致一致，即它们的频率变化差值始终控制在系统的灵敏度(也即基准值可以变化的最大值)之内，从而在最大程度上杜绝干扰对系统性能的影响。也就是控制了线圈的稳定性，保证数据的安全性。
3、车道计算机接收红外分离器发来的车辆过来和离开的信号，然后发信号给线圈探测器，控制它开始和结束采集信号。而且，车道计算机接收线圈探测器发来的车辆特征数据，并依靠这些数据对车辆进行自动分类。
本实用新型设计的车辆自动分类装置有以下特点：
1、设备简单，安装方便，不影响收费站的外观
2、使用方便，任何人稍加培训，就可熟练使用
3、被动识别，不易受客观环境与人为因素的影响
4、系统稳定度高，维护费用低，能适应各种各样的工作环境
5、针对国内各种复杂车型，车型分辨率在98.5％以上，车辆计数误差小于10-3
附图说明
图1：本实用新型设计的车辆自动分类装置的系统框图。
图2：本装置中所用的红外分离器的系统框图。
图3：红外分离器的发射部分的电路图。
图4：红外分离器的接收部分的电路图。
图5：红外分离器的控制部分的电路图。
图6：本装置中所用的线圈探测器的系统框图的电路图。
图7：频率采样器一的电路图。
图8：频率采样器二的电路图。
图9：频率计数器的电路图。
图10：微型计算机处理系统。
图11：本装置的安装实施示意图。
图11中，1是收费站安全岛，2是收费亭，3是红外分离器，4是感应线圈，5是电动栏杆，6是车道计算机。
下面结合附图详细介绍实用新型车辆自动分类装置的内容
图1所示为本实用新型车辆自动分类装置的系统框图，其中：红外分离器用于判别车辆的到来和离去，并将这两个信号都发送给车道计算机。没有车通过时，发射部分的每个发射单元发射信号，接收部分的每个接收单元都能接收到对应的发射单元发来的信号；当有车通过时，由于车阻挡了红外信号，致使有些接收单元接收不到对应的发射单元发射的信号，车驶过后又恢复正常。这样只要控制部分不断地检测是否每个接收单元都接收到发射信号，就能判别是否有车通过。
线圈探测器用于探测车辆的特征信号，并将该信号发送给车道计算机。埋于地表的感应线圈，本身有一个固有的电感参数L，当没有车辆通过时，L不变化；当有车辆在线圈上通过时，由于金属物质(车辆底盘)的原因，L将发生变化。在车辆行驶在线圈上的过程中，L将随着汽车底盘形状的变化而变化，即L的变化间接地反映出了车辆底盘的形状特征。对不同种类的车，由于车底盘的形状、大小、高低不同，从而当它们在线圈上经过时，对线圈参数L的影响也不同。因此，L的变化数据，反应出不同种类的车辆。
车道计算机通过RS232接口与红外分离器和线圈探测器相连。车道计算机接收红外分离器发来的车辆过来和离开的信号，然后发信号给线圈探测器，控制它开始和结束采集信号。而且，车道计算机接收线圈探测器发来的反应车辆底盘特征的数据，对它们进行处理和运算，最终识别出车的类型。
图2所示为本装置中红外分离器的系统框图，红外分离器包括发射部分，由若干个发射单元组成，用于发射红外信号；接收部分，由若干个接收单元组成，用于接收红外信号；控制部分，用来控制发射部分和接收部分同步工作，并将车辆的到来和离开信号发送给车道计算机。
图3所示为红外分离器中发射部分电路图
16MHz的晶体振荡器T产生高频振荡脉冲CLK，经大规模集成电路EPM7032产生同步扫描时钟信号CLR和触发脉冲LCLK，经过74HC245驱动电路后，送到第一个发射单元和第一个接收单元。在第一个发射单元中，CLR、CLK和LCLK的一路经74LS245驱动电路后，送到下一个发射单元，另一路送到74LS164移位寄存器，产生顺序的触发脉冲Q0-Q7，再与CLK经过74LS08与门，产生调制后的高频脉冲OUT0输入到由发光二级管L1、限流电阻R9和开关三级管T1组成的发射单元，使T1处于导通状态，L1发光。
图4所示为接收部分电路图
第一个接收单元接收发射部分产生的扫描时钟信号CLR和触发脉冲LCLK，一路经74LS245驱动电路后，发送到下一个接收单元，另一路经74LS164移位寄存器，产生顺序的触发脉冲Q0-Q7，再与CX20106组成的接收单元接收到的信号R0，经7400与非门产生输出信号OUT0-OUT7，经7430与非门送到控制部分。
如图5所示为控制部分电路图
控制部分接收发射部分发来的扫描时钟信号CLR和触发脉冲LCLK，大规模集成电路EPM7064接收接收部分发来的信号，实现数据的串并转换，将产生的数据信号D0-D7以及中断信号INT送到单片机89C52，单片机将数据通过通讯芯片MAX232发给收费道计算机。MAX706用来监测单片机89C52的工作状态，当单片机89C52工作不正常的时候，通过强行复位来使单片机89C52恢复到正常状态。
图6所示为本装置中线圈探测器的系统框图，包括感应线圈一，用来感应汽车的底盘特征信号；感应线圈二，用来感应汽车的底盘特征信号；频率采样器一，主要是完成采样信号的放大、整形和滤波；频率采样器二，主要是完成采样信号的放大、整形和滤波；频率计数器，频率计数器对频率采样器的采样信号进行计数；微型计算机处理系统，对采样信号进行处理，并将信号发送到车道计算机。
图7所示为线圈探测器中频率采样器一的电路图，
埋于地面下的感应线圈通过耦合电感LOOP1与第一个探测器上的电容C5组成LC振荡回路，产生的一振荡频率F(当没车通过线圈时的振荡频率为F0，当有车经过时的频率为F1)，电容C5固定不变，因此，感应线圈电感量L的变化就决定了振荡频率F的变化。该震荡频率F经过三极管9012放大电路放大后，送至运算放大器IC1:A进行比较、滤波，经过整形后转换成方波输出至下一级计数器NEC82C53处理。同时为了减少电源尖脉冲和纹波的干扰，在电源的输入端加上由R23和E23组成的推藕电路。
图8所示为频率采样器二的电路图，埋于地面下的感应线圈通过耦合电感LOOP2与第一个探测器上的电容C10组成LC振荡回路，产生的一振荡频率F(当没车通过线圈时的振荡频率为F0，当有车经过时的频率为F2)，该频率值取决于线圈电感值L和电容C10的大小，电容C10固定不变，因此，感应线圈电感量L的变化就决定了振荡频率F的变化。该震荡频率F0经过三极管9012放大电路放大后，送至运算放大器IC1:B进行比较、滤波，经过整形后转换成方波输出至下一级计数器NEC82C53处理。同时为了减少电源尖脉冲和纹波的干扰，在电源的输入端加上由R24和E24组成的推藕电路。
图9所示为频率计数器的电路图，NEC82C53芯片是一颗多功能可编程的计时/计数器，该芯片在单片机AT89C52的控制下，可分别完成对上述两个频率采样器送过来的频率F1和F2进行计数，NEC82C53设置为计时器工作模式，以系统的采样时间间隔为周期，该计时器会周期地由系统预设值计数到零，每一次回到零时，该芯片能将当前对频率F1和F2的计数值(计数结果为C1和C2)保存下来，并将C1和C2通过地址总线送至单片机内存完成下一步的处理。同时将NEC82C53的计时器初始值重新设为系统预设值，并重新计时。
图10所示为微型计算机处理系统的电路图，这是一个由单片机AT89C52组成的微机处理系统，包括了地址锁存器(芯片74HC373)，64K位的外部数据存储器(芯片62256)，拨动开关SW用来调节系统的各种参数。AT89C52通过地址总线接收频率计数器NEC82C53送来的两个探测器数值C1和C2，并进行初步数据的分析和处理，若判断是一个完整的车型数据，就通过转发芯片MAX232向车道计算机发送数据。为了防止由于干扰引起的探测器频率发生跳变的情况，本处理系统采用频率跟踪技术。在静态环境下(无车通过车道时)频率计数值得到的计数值C1(感应线圈1基准值)或C2(感应线圈2基准值)由于干扰会发生变化，该基准值若变化太快会造成正常车数据的丢失或产生一些虚假的数据来。因此，必须对该基准值进行必要的控制，采用在处理系统内部定时对基准值进行调整，以尽可能地实时地使该基准值跟踪干扰的变化，使当前系统使用的基准值能与线圈目前的振荡频率大致一致，即它们的频率变化差值始终控制在系统的灵敏度(也即基准值可以变化的最大值)之内，从而在最大程度上杜绝干扰对系统性能的影响。也就是控制了线圈的稳定性，保证数据的安全性。
图11所示为本实用新型设计的车辆自动分类装置的实际安装示意图。

Claims (3)

  1. 一种车辆自动分类装置，其特征在于，该装置由红外分离器、线圈探测器和车道计算机组成，其中：
    1、红外分离器包括：
    (1)用于发射红外信号的发射部分：
    晶体振荡器T3产生高频振荡脉冲CLK，经大规模集成电路U2产生扫描时钟信号CLR和触发脉冲LCLK，送到移位寄存器U4，产生顺序的触发脉冲Q0-Q7，再与CLK经过与门U3，产生调制后的高频脉冲OUT0输入到由发光二级管L1、限流电阻R9和开关三级管T1组成的发射单元，使T1处于导通状态，L1发光；(2)用于接收红外信号的接收部分：
    发射部分产生的扫描时钟信号CLR和触发脉冲LCLK，经移位寄存器U8，产生顺序的触发脉冲Q0-Q7，再与接收单元U9接收到的信号R0，经与非门U10和U11产生输出信号OUT0-OUT7，经与非门U7产生接收单元状态信号IN1、IN2、IN3送到控制部分；
    (3)用于控制发射部分和接收部分同步工作的控制部分，大规模集成电路U16接收接收部分发来的状态信号IN1、IN2、IN3，并转换成数据信号D0-D7以及中断信号INT送到单片机U12，单片机将数据通过通讯芯片U14发给车道计算机。
  2. 2、线圈探测器包括
    (1)两个感应线圈，用来感应汽车的底盘特征信号，该感应线圈埋于本装置的车辆入口处的地面下；
    (2)两个频率采样器：
    频率采样器完成采样信号的放大、整形和滤波；
    埋于地面下的感应线圈通过耦合电感131与第一个频率采样器上的电容C5组成LC振荡回路，产生的振荡频率F，该振荡频率F经过三极管T1放大电路放大后，送至运算放大器U17进行比较、滤波，经过整形后转换成方波输出至下一级频率计数器处理；
    (3)频率计数器：频率计数器U9以芯片为核心，该芯片在单片机U20的控制下，可分别完成对上述两个频率采样器送过来的频率F1和F2进行计数，U19工作于计时器模式，计时器将当前对频率F1和F2的计数值保存下来，并将计数结果送至单片机。
    (4)微型计算机处理系统：单片机U20接收频率计数器U19送来的数据，并进行数据的分析和处理，通过通讯芯片U24向车道计算机发送数据；
  3. 3、车道计算机接收红外分离器发来的车辆过来和离开的信号，然后发信号给线圈探测器，控制它开始和结束采集信号，车道计算机同时接收线圈探测器发来的车辆特征数据，并根据数据对车辆进行自动分类。
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