一种基于弱磁传感器的车流量检测系统

摘要

本发明公开了一种基于弱磁传感器的车流量检测系统，本发明的车流量检测系统通过采用弱磁传感器检测车辆的有无以及车流量信息，可以提高检测精度，同时不受极端天气和环境的影响，可大大降低误判率；本发明的车流量检测系统通过采用两个集成在一个电路芯片的上的磁检测探头以及一个单个的磁检测探头形成3个两两正交的磁传感器，可减小磁传感器的尺寸，便于埋在车道的路面中。

说明书

技术领域

本发明涉及地磁侦测和车流量检测领域，尤其涉及一种基于弱磁传感器的车流量检测系统。

背景技术

当前车流量检测主要有环形线圈、图像识别和红外检测等几种方式。

环形线圈工作原理是当车辆通过埋在地下的环型线圈时,线圈的电磁感应发生变化,从而引发电子元件向控制箱发出脉冲,计算机通过统计计数脉冲,便可检测出是否有车辆通过，他的优点在于其自身成本很低，检测准确率也较高，但其使用寿命很短，更换非常繁琐，维护成本高。目前这种使用方式正在被慢慢淘汰。

图像识别主要通过安装在道路上方的摄像机拍摄道路中车辆通行的图像,然后采用计算机图像处理等技术对交通流图像进行处理,得出相关的交通流参数,从而达到检测交通流量的目的，该检测方式受环境因素限制较多，在多雾天气、雨雪天气，或是车速较快等情况下，其检测正确率很低。

红外检测器的工作原理是利用被检测物对红外线光束的遮挡或反射,通过同步回路选通电路检测物体的有无。这种检测器具有安装方便、反应快速、轮廓清晰等优点，其缺点是易受道路环境和气候条件及大气中的粉尘或悬浮颗粒影响,检测精度较低,误检率较高。

由此可见当前的各种检测方式都存在一定的缺陷。由于大多数车辆含有铁质材料，当车辆经过时，会对车辆周围的地磁场产生扰动，通过实时捕捉地磁的变化量，能判断检测器上方是否有车辆存在。相比于其它的检测方式，地磁检测具有可靠性高、成本低、安全耐用、安装及维护方便等优点。再结合当前兴起的物联网技术，使基于弱磁的无线车流量检测系统具有非常广阔的市场前景。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于弱磁传感器的车流量检测系统，能够基于安装在车道上的弱磁传感器的检测信号，获得车流量信息，可提高检测精度及降低误判率。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种基于弱磁传感器的车流量检测系统，包括车辆检测器和区域管理单元；

所述车辆检测器设置在车道路口的停车线后方的路面内；

所述区域管理单元安装在箱体内，所述箱体安装在路口交通信号机周围的电警杆或路灯灯杆上；

所述车辆检测器通过检测车道上磁场的变化量实时判断所在车道上是否有车辆，并将车道上是否有车辆的车道信息上传至区域管理单元；

所述区域管理单元将各车道信息汇总后解算得出单位时间内各车道被车辆占用的时间，由此得出各车道的车流量信息，然后将该车流量信息发送给交通信号机；

其中，所述车辆检测器包括磁传感器、运算放大器、单片机处理单元和无线通信模块；所述磁传感器由三个两两互相正交的磁检测探头组成，分别探测X、Y和Z方向的磁场信号；所述运算放大器对三个方向磁场信号进行放大处理；所述单片机处理单元接收放大后的三个方向的磁场信号，并根据三个方向磁场信号的变化情况得到其所在车道的车道信息，并发送给所述区域管理单元。

较佳的，所述车辆检测器距离停车线0.32米。

较佳的，所述车辆检测器和区域管理单元通过ZigBee网络进行无线通信。

较佳的，所述磁传感器中的两个磁检测探头为集成在型号为SASO12的磁传感器中的两个正交磁检测探头，另外一个磁检测探头的型号为VA100F3，与所述磁传感器SASO12直插式安装，并分别与磁传感器SASO12中的两个磁检测探头正交。

较佳的，所述运算放大器有三个，型号为INA333，分别对磁传感器SASO12中的两个磁检测探头和VA100F3磁传感器输出的磁场信号进行放大处理。

较佳的，将三个INA333运算放大器分别定义为第一运算放大器、第二运算放大器和第三运算放大器；所述VA100F3磁传感器的1号引脚接+3V电源，4号引脚接地；3号引脚和2号引脚分别接第一运算放大器的负输入端和正输入端；

所述SASO12磁传感器的GND1和GND2引脚接地，Vcc1和Vcc2引脚接+3V电源；Vol1-和Vol2-引脚分别接第二运算放大器负输入端和第三运算放大器的负输入端；Vol1+和Vol2+引脚分别接第二运算放大器正输入端和第三运算放大器的正输入端；

所述第一运算放大器、第二运算放大器和第三运算放大器的1号和8号引脚之间分别并联20kΩ电阻RW3；第一运算放大器、第二运算放大器和第三运算放大器的输出端6号引脚串联5kΩ电阻R17后输出至所述单片机处理单元；第一运算放大器、第二运算放大器和第三运算放大器的Vref引脚接参考电压；

所述第一运算放大器、第二运算放大器和第三运算放大器接的电阻RW3与单片机处理单元的输入端之间引出线接0.1μF的电容后接地。

较佳的，当车辆检测器与所述区域管理单元的距离较远，无法实现无线通信时，采用无线路由模块转发所述车辆检测器的车道信息至所述区域管理单元。

较佳的，所述无线路由模块安装在一个箱体内，箱体安装在车辆检测器周围的电警杆或路灯灯杆上。

较佳的，所述区域管理单元通过RS485或者开关量的方式与所述交通信号机之间进行通信。

本发明具有如下有益效果：

(1)本发明的车流量检测系统通过采用弱磁传感器检测车辆的有无以及车流量信息，可以提高检测精度，同时不受极端天气和环境的影响，可大大降低误判率；

(2)本发明的车流量检测系统通过采用两个集成在一个电路芯片的上的磁检测探头以及一个单个的磁检测探头形成3个两两正交的磁传感器，可减小磁传感器的尺寸，便于埋在车道的路面中。

附图说明

图1为本发明的车流量检测系统的组成框图。

图2(a)为本发明的车流量检测系统中车辆检测器的安装示意图；

图2(b)为本发明的车流量检测系统中的无线路由模块的安装示意图。

图3为本发明的车流量检测系统中车辆检测器的电路图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如图1所示，本发明的一种基于弱磁传感器的无线网络车流量检测系统，包括：基于弱磁检测技术的车辆检测器、无线路由模块、区域管理单元，三者通过ZigBee网络进行无线通信。

如图2(a)和(b)所示，车辆检测器设置在车道路口的停车线后方的路面内，车辆检测器距离停车线0.32米为宜。

无线路由模块和区域管理单元分别安装在箱体内，所述无线路由模块箱体安装在车辆检测器附近的电警杆或路灯灯杆上，所述区域管理单元箱体安装在交通信号机附近的电警杆或路灯灯杆上，天线伸出安装箱外；

所述车辆检测器通过检测车道上磁场的变化量实时判断所在车道上是否有车辆，然后将车道上是否有车辆的车道信息直接上传至区域管理单元或通过无线路由模块转发至区域管理单元；所述区域管理单元将各车道信息汇总后解算得出单位时间内各车道被车辆占用的时间，由此得出各车道的车流量信息，然后将该车流量信息通过无线路由模块输出给交通控制系统；

所述区域管理单元将各车道信息汇总后解算得出单位时间内各车道被车辆占用的时间，由此得出各车道的车流量信息，然后将该车流量信息通过RS485或开关量等接口输出给交通信号机；交通信号机根据车流量信息，控制交通信号灯；同时，还把车流量信息发送给交通控制系统，供交通管理部门使用该信息。

其中，所述车辆检测器包括磁传感器、运算放大器、单片机处理单元和无线通信模块；所述磁传感器由三个两两互相正交的磁检测探头组成，分别探测X、Y和Z方向的磁场信号；所述运算放大器对三个方向磁场信号进行放大处理；所述单片机处理单元接收放大后的三个方向的磁场信号，并根据三个方向磁场信号的变化情况得到其所在车道的车道信息，并通过无线通信模块直接发送或通过无线路由模块发送给区域管理单元。车辆检测器由锂电池供电，采用了微功耗技术，可以工作7-10年。

如图3所示，车辆检测器采用弱磁传感器作为检测探头，其中磁检测探头可选用基于GMR原理的磁传感器SAS012和VA100F3，磁传感器中的两个磁检测探头为集成在型号为SASO12的磁传感器中的两个正交磁检测探头，另外一个磁检测探头的型号为VA100F3，与所述磁传感器SASO12直插式安装，并分别与磁传感器SASO12中的两个磁检测探头正交。

运算放大器有三个，型号为INA333，分别对磁传感器SASO12中的两个磁检测探头和VA100F3磁传感器输出的磁场信号进行放大处理。

将三个INA333运算放大器分别定义为第一运算放大器、第二运算放大器和第三运算放大器；所述VA100F3磁传感器的1号引脚接+3V电源，4号引脚接地；3号引脚和2号引脚分别接第一运算放大器的负输入端和正输入端；

所述SASO12磁传感器的GND1和GND2引脚接地，Vcc1和Vcc2引脚接+3V电源；Vol1-和Vol2-引脚分别接第二运算放大器负输入端和第三运算放大器的负输入端；Vol1+和Vol2+引脚分别接第二运算放大器正输入端和第三运算放大器的正输入端；

所述第一运算放大器、第二运算放大器和第三运算放大器的1号和8号引脚之间分别并联20kΩ电阻RW3；第一运算放大器、第二运算放大器和第三运算放大器的输出端6号引脚串联5kΩ电阻R17后输出至所述单片机处理单元；第一运算放大器、第二运算放大器和第三运算放大器的Vref引脚接参考电压；

所述第一运算放大器、第二运算放大器和第三运算放大器接的电阻RW3与单片机处理单元的输入端之间引出线接0.1μF的电容后接地。

车辆检测器在硬件和软件上都采用了微功耗策略，其中硬件电路微功耗通过微功耗器件选取和精简电路设计实现，软件微功耗策略通过休眠、I/O配置操作及软件节能策略等实现。

所述的无线网络车流量检测系统固件在线升级技术，其特征在于：将区域管理单元通过串口连接计算机，通过上位机软件可以直接更改区域管理单元的频段，无线路由模块的频段和频段内编号，以及车辆检测器的频段、频段内的编号，车辆检测阈值，采样频率等关键参数，避免了重新下载程序带来的麻烦。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。