專利名稱：多功能交通車輛智能檢測傳感器及檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于交通狀態(tài)檢測傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及多種交通狀態(tài)實現(xiàn)智能檢測
傳感器的設(shè)計和實現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
道路交通狀態(tài)獲取是進行交通流控制和誘導(dǎo)等交通管理的重要前提，是制定交通 安全管理策略、交通事故檢測、交通事故致因分析等交通安全保障措施的必要基礎(chǔ)，是交通 基礎(chǔ)設(shè)施管理、監(jiān)控和維護不可缺少的第一手資料。因此交通狀態(tài)獲取是交通管理、交通安 全保障和交通基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控維護的基礎(chǔ)性重要問題。 交通狀態(tài)獲取的基礎(chǔ)是物理傳感器，道路交通系統(tǒng)中所用傳感器類型很多，如用 于道路交通管理的環(huán)形線圈、視頻圖像、雷達、紅外、超聲等傳感器；用于道路交通安全保障 的紅外、雷達、應(yīng)力應(yīng)變、超聲、氣體等傳感器；用于道路基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控的溫度、壓力、應(yīng)力應(yīng) 變、氣體、圖像等傳感器等。隨著城市交通的發(fā)展，交通系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，上述這些僅面 向一、兩種固定應(yīng)用而不完全具備自適應(yīng)、多功能、可組網(wǎng)等功能的常用傳感器已不能滿足 現(xiàn)代交通控制的需要，因此研制用于交通狀態(tài)獲取的自適應(yīng)、多功能、可組網(wǎng)的新型智能傳 感器具有重要的意義和實用價值，同時這些技術(shù)也是智能交通系統(tǒng)下一步發(fā)展的關(guān)鍵制約 技術(shù)，是構(gòu)成自動公路系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種具備自適應(yīng)、多功能的同時具備檢測交通車輛的流量、速度、占有 率、車長、及車型的多功能交通車輛智能檢測傳感器及檢測方法。 本發(fā)明所述的多功能交通車輛智能傳感器，由電源模塊、地磁敏感器件模塊及控 制與通訊模塊三部分組成，其中，地磁敏感器件模塊包括兩組地磁敏感器件、偏置電流電路 及置位電流電路，控制與通訊模塊包括單片機、數(shù)字濾波模塊及通訊接口模塊，所述單片機 包括控制單元、外部總線接口、數(shù)據(jù)處理模塊和A/D接口 ；電源模塊分別為地磁敏感器件模 塊和控制與通訊模塊供電；地磁敏感器件的模擬信號通過控制與通訊模塊的數(shù)字濾波模塊 消除干擾參數(shù)后經(jīng)單片機的A/D接口傳給數(shù)據(jù)處理模塊，處理后的數(shù)字信號經(jīng)外部總線接 口及通訊模塊傳輸給上位機。 本發(fā)明所述的多功能交通車輛智能傳感器，其特征在于，數(shù)字濾波模塊采用了基 于凱澤窗設(shè)計FIR的數(shù)字低通濾波器。 本發(fā)明所述的多功能交通車輛智能傳感器，其特征在于，電源模塊采用外接24V 電源和5V鋰電池供電。 本發(fā)明所述的多功能交通車輛智能傳感器，其特征在于，每組地磁敏感器件包括 一個單軸和一個雙軸高靈敏度的地磁敏感器件。 本發(fā)明所述的多功能交通車輛智能傳感器，其特征在于，單片機采用的是 Microchip公司的dsPIC系列的高性能處理器。
本發(fā)明所述的多功能交通車輛智能傳感器，其特征在于，通訊接口模塊包括CAN 總線、外存儲器及RS232。 本發(fā)明所述的多功能交通車輛智能檢測傳感器檢測方法，其特征在于，所述的檢 測方法是以地磁敏感器件為基礎(chǔ)，以內(nèi)嵌式單片機為核心，基于多芯片的交通流信息的檢 測方法。 本發(fā)明所述的多功能交通車輛智能檢測傳感器檢測方法，其特征在于基于所述傳 感器的車輛存在檢測方法為利用地磁敏感器件探測到車輛在傳感器處經(jīng)過或停留時所產(chǎn) 生的車輛地磁場映像信號，經(jīng)過單片機處理，并確認傳感器處存在或不存在車輛，同時將檢 測結(jié)果輸出。 本發(fā)明所述的多功能交通車輛智能檢測傳感器的檢測方法，其特征在于基于地磁 敏感器件的車流量占用率的計算方法為在一段時間Tl內(nèi)，檢測每一輛車經(jīng)過傳感器的時 間t，并把每輛車經(jīng)過傳感器的時間t累計相加得到該段時間Tl內(nèi)所有車經(jīng)過傳感器的時 間總和T2，利用T2除以Tl即可得到一段固定時間Tl內(nèi)的車流量占用率。
本發(fā)明所述的多功能交通車輛智能檢測傳感器的檢測方法，其特征在于，是基于 兩個所述傳感器的信息，記錄時間，得到車速的計算方法為將兩個傳感器A和B固定在不 同的地理位置上，利用車輛存在檢測方法可以得到同一輛車先后通過兩個傳感器A、 B的時 間Tl、 T2，利用傳感器A和B之間的距離S除以時間Tl與T2的時間差。
本發(fā)明所述的多功能交通車輛智能檢測傳感器的檢測方法，其特征在于車輛存在 與否的路段車流量的精確檢測方法為在一段時間T內(nèi)，當檢測到車輛存在時，單片機發(fā)送 給其內(nèi)部的計數(shù)器計數(shù)指令，計一次數(shù)并保存結(jié)果，表示一輛車經(jīng)過，第二輛車經(jīng)過時，再 計一次和前次保存的結(jié)果相加并保存，以此類推直至時間T結(jié)束。 本發(fā)明所述的多功能交通車輛智能檢測傳感器的檢測方法，其特征在于車輛長度 的計算方法為當車輛進入傳感器檢測范圍時，由于車輛引起的傳感器周圍磁場變化，引起 傳感器內(nèi)部電壓變化，限定一個門限值，當電壓超過這個值時表示車輛存在，同理檢測車輛 離開時的時刻，根據(jù)每輛車經(jīng)過單獨的傳感器時記錄的進入和出去的時間差t，以及車輛速 度計算方法得到的車速v，用時間乘以車速即得到車輛長度。


圖1為多功能交通車輛智能傳感器原理結(jié)構(gòu)圖 圖2為多功能交通車輛智能傳感器檢測方法數(shù)據(jù)處理流程圖 圖中101、電源模塊、102地磁敏感器件模塊、103控制與通訊模塊、201數(shù)據(jù)處理
流程圖、202地磁敏感器件矯正子程序。
具體實施例方式
如圖1為多功能交通車輛智能傳感器原理結(jié)構(gòu)圖，由電源模塊、地磁敏感器件模 塊及控制與通訊模塊三部分組成，其中，地磁敏感器件模塊包括兩組地磁敏感器件、偏置電 流電路及置位電流電路；控制與通訊模塊包括單片機、數(shù)字濾波模塊及通訊接口模塊。它 是以地磁傳感器為基礎(chǔ)，以內(nèi)嵌式單片機為核心，基于多芯片的交通流信息的檢測方法，實 現(xiàn)交通流控制、交通安全保障和交通基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)監(jiān)測的狀態(tài)預(yù)報和預(yù)警，具備檢測交通車輛的流量、速度、占有率、車長、及對車形的檢測功能，在配置交通狀態(tài)獲取的傳感器網(wǎng)絡(luò)
時，根據(jù)交通狀態(tài)獲取條件和傳感器特點，合理配置物理傳感器和虛擬傳感器，采用直接測
量交通狀態(tài)和軟測量方法相結(jié)合獲得交通狀態(tài)，增加獲取交通狀態(tài)的可控性。 如圖2，所述傳感器在開始工作后，首先對地磁敏感器件復(fù)位，并根據(jù)工作要求自
動測量到工作需要的參數(shù)。多功能交通車輛智能地磁傳感器中需要在檢測前學(xué)習到周圍的
磁場，然后根據(jù)周圍磁場的大小確定檢測的參數(shù)。 然后執(zhí)行相關(guān)檢測 車輛存在與否。當本發(fā)明所述的智能傳感器處有車輛時，無論靜止與否，傳感器中 的地磁敏感器件可靠地探測到由于車輛的作用引起的磁場信號的異常，經(jīng)過單片機處理， 并確認傳感器處存在或不存在車輛，同時將檢測結(jié)果輸出。 車流量占用率。即在一段時間內(nèi)，如30s，利用車輛存在檢測方法可以得到每一輛 車經(jīng)過傳感器的時間t，把每輛車的t累計相加得到該段時間內(nèi)所有車經(jīng)過傳感器的時間 總和T，利用時間T除以30，可以得到一段固定時間內(nèi)的車流量占用率。
車速的測定。本發(fā)明中有兩組地磁敏感器件，車速的測量基于兩個地磁敏感器件 的信息，由此得到車速的計算方法，即將兩個傳感器A和B位置固定，利用車輛存在檢測方 法可以得到同一輛車先后通過兩個傳感器A和B的時間T1、T2，利用兩個傳感器的距離S除 以時間Tl與時間T2得到車速。 路段車流量的測定。在一段時間內(nèi)，當檢測到車輛存在時，單片機內(nèi)部的計數(shù)器累 加技術(shù)，直至這段時間結(jié)束得出總的車數(shù)。 車倆長度的計算。根據(jù)每輛車經(jīng)過一組地磁敏感器件時記錄的進入和出去的時間 差t，以及車輛速度計算方法得到的車速V，再利用速度V乘以時間t，得到該車的長度。
為了提高諧波的分析精度，需要對分析前的信號進行低通濾波處理，除去噪聲和 不需要的頻率成分的干擾。本發(fā)明增加了數(shù)字濾波模塊，所述數(shù)字濾波模塊采用了凱澤窗 設(shè)計FIR的數(shù)字低通濾波器，它在信號的過濾、檢測與參數(shù)的估計等方面，數(shù)字濾波器是使 用最為廣泛的一種線性系統(tǒng)。由于信號中往往夾雜噪聲及無用信號成分，所以必須將這些 干擾成分濾除。濾波是信號處理的基礎(chǔ)，可以對信號進行篩選，只讓特定頻段的信號通過。
設(shè)定取樣頻率為1000Hz，要求通帶0《f《90Hz內(nèi)衰減小于ldB，阻帶 150Hz《f《+①上衰減頻率大于40dB， hn為單位脈沖響應(yīng)，則用凱澤窗設(shè)計的FIR數(shù)字 低通濾波器的MATLAB程序如下
用凱澤窗設(shè)計FIR的數(shù)字低通濾波器
f = 1000 ;fp = 90 ;fs = 150 ;rs = 50 ;
wp = 2XpiXfp + f ;ws = 2XpiXfs + f ;
DB = ws □ wp ; beta = 0. 5842 X (rs □ 21) ~0. 4+0. 07886 X (rs □ 21); M = ceil((rs □ 8)+2. 285 + DB); wc = (wp+ws) +2 + pi ; hn = fir 1 (M， wc， kaiser (M+l， beta)); n = 0 ;M ; [H， w] = freqz (hn， 1); subplot (1， 2， 1) ;stem(n， hn，，.，)；
5
title (，幅頻特性曲線');xlabel(， n， ) ;ylabel(， h(n)');
subplot (1， 2， 2) ;plot(w/pi，20XloglO(abs(H))); title(' 損耗函數(shù)曲線');xlabel(' \omega,/pi， ) ;ylabel(， 201g| (Hg(\ omega) |，)。
權(quán)利要求
多功能交通車輛智能傳感器，其特征在于，由電源模塊、地磁敏感器件模塊及控制與通訊模塊三部分組成，其中，地磁敏感器件模塊包括兩組地磁敏感器件、偏置電流電路及置位電流電路，控制與通訊模塊包括單片機、數(shù)字濾波模塊及通訊接口模塊，所述單片機包括控制單元、外部總線接口、數(shù)據(jù)處理模塊和A/D接口；電源模塊分別為地磁敏感器件模塊和控制與通訊模塊供電；地磁敏感器件的模擬信號通過控制與通訊模塊的數(shù)字濾波模塊消除干擾參數(shù)后經(jīng)單片機的A/D接口傳給數(shù)據(jù)處理模塊，處理后的數(shù)字信號經(jīng)外部總線接口及通訊模塊傳輸給上位機。
2. 如權(quán)利要求1所述的多功能交通車輛智能傳感器，其特征在于數(shù)字濾波模塊采用了 基于凱澤窗設(shè)計FIR的數(shù)字低通濾波器。
3. 如權(quán)利要求1所述的多功能交通車輛智能傳感器，其特征在于每組地磁敏感器件包 括一個單軸和一個雙軸高靈敏度的地磁敏感器件。
4. 如權(quán)利要求1所述的多功能交通車輛智能傳感器，其特征在于通訊接口模塊包括 CAN總線、外存儲器及RS232。
5. 利用如權(quán)利要求1所述的多功能交通車輛智能傳感器實現(xiàn)的檢測方法，其特征在 于，所述的檢測方法是以地磁敏感器件為基礎(chǔ)，以內(nèi)嵌式單片機為核心，基于多芯片的交通 流信息的檢測方法。
6. 如權(quán)利要求5多功能交通車輛智能檢測傳感器檢測方法，其特征在于基于所述傳感 器的車輛存在檢測方法為利用地磁敏感器件探測到車輛在傳感器處經(jīng)過或停留時所產(chǎn)生 的車輛地磁場映像信號，經(jīng)過單片機處理，并確認傳感器處存在或不存在車輛，同時將檢測 結(jié)果輸出。
7. 如權(quán)利要求5多功能交通車輛智能檢測傳感器檢測方法，其特征在于基于地磁敏感 器件的車流量占用率的計算方法為在一段時間T1內(nèi)，檢測每一輛車經(jīng)過傳感器的時間t， 并把每輛車經(jīng)過傳感器的時間t累計相加得到該段時間Tl內(nèi)所有車經(jīng)過傳感器的時間總 和T2，利用T2除以Tl即可得到一段固定時間Tl內(nèi)的車流量占用率。
8. 如權(quán)利要求5多功能交通車輛智能檢測傳感器檢測方法，其特征在于，是基于兩個 所述傳感器的信息，記錄時間，得到車速的計算方法為將兩個傳感器A和B固定在不同的 地理位置上，利用車輛存在檢測方法可以得到同一輛車先后通過兩個傳感器A、 B的時間 Tl、 T2，利用傳感器A和B之間的距離S除以時間Tl與T2的時間差。
9. 如權(quán)利要求5多功能交通車輛智能檢測傳感器檢測方法，其特征在于車輛存在與否 的路段車流量的精確檢測方法為在一段時間T內(nèi)，當檢測到車輛存在時，單片機發(fā)送給其 內(nèi)部的計數(shù)器計數(shù)指令，計一次數(shù)并保存結(jié)果，表示一輛車經(jīng)過，第二輛車經(jīng)過時，再計一 次和前次保存的結(jié)果相加并保存，以此類推直至時間T結(jié)束。
10. 如權(quán)利要求5多功能交通車輛智能檢測傳感器檢測方法，其特征在于車輛長度的 計算方法為當車輛進入傳感器檢測范圍時，由于車輛引起的傳感器周圍磁場變化，引起傳 感器內(nèi)部電壓變化，限定一個門限值，當電壓超過這個值時表示車輛存在，同理檢測車輛離 開時的時刻，根據(jù)每輛車經(jīng)過單獨的傳感器時記錄的進入和出去的時間差t，以及車輛速度 計算方法得到的車速v，用時間乘以車速即得到車輛長度。
全文摘要
多功能交通車輛智能傳感器，由電源模塊、地磁敏感器件模塊及控制與通訊模塊三部分組成，其中，地磁敏感器件模塊包括兩組地磁敏感器件、偏置電流電路及置位電流電路；控制與通訊模塊包括單片機、數(shù)字濾波模塊及通訊接口模塊。本發(fā)明提供一種具備自適應(yīng)、多功能的同時具備檢測交通車輛的流量、速度、占有率、車長、及車型的多功能交通車輛智能檢測傳感器，該傳感器是以地磁敏感器件為基礎(chǔ)，以內(nèi)嵌式單片機為核心。
文檔編號G08G1/042GK101751787SQ20081023880
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月3日
發(fā)明者唐堃, 李曉峰, 李科峰, 王卓, 秦勇, 董宏輝, 賈利民, 賈薇 申請人:北京宏德信智源信息技術(shù)有限公司