一種基於加速度傳感器和光敏元件的車輛檢測裝置製造方法
2023-05-26 03:43:01 1
一種基於加速度傳感器和光敏元件的車輛檢測裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開一種基於加速度傳感器單元和光敏元件單元的車輛檢測裝置，包括加速度傳感器單元、光敏元件單元、加速度信號調理電路、光敏元件單元信號調理電路、數據採集電路、微處理器、存儲單元、無線發射模塊；車輛行駛經過檢測裝置時，加速度傳感器採集路面震動信號並將信號通過調理電路進行處理，同時，光敏元件感應光照變化產生光電信號，並將信號通過調理電路處理；數據採集單元將經過調理電路處理的信號輸入微控制器，由微控制器對數據進行分析計算，獲得車輛信息，並將車輛信息轉存到存儲單元，並通過無線發射模塊發送。本發明安裝維護簡單，對道路破壞小，提高了檢測精度、可靠性和使用壽命，具有體積小，成本低，功耗小的特點。
【專利說明】一種基於加速度傳感器和光敏元件的車輛檢測裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及道路交通檢測技術，尤其是涉及一種基於加速度傳感器和光敏元件的車輛檢測裝置。
【背景技術】
[0002]按照交通檢測器所使用的檢測傳感器種類分類，可以將其分為壓力、加速度、磁場、電感、超聲波、頻率、光電、圖像傳感等。它們通過感知、轉換和傳輸相關物理量檢測出某一界面車輛通過的時間、外形尺寸或者圖像，並將其傳輸給計算機。計算機將這些傳輸過來的物理量轉換為車輛要素值，如軸數、軸距、尺寸等。目前應用較廣泛的檢測器有環形線圈檢測器、地磁檢測器、超聲波檢測器及視頻檢測器。
[0003]環形線圈檢測器可測參數較多，其感應靈敏度可調，使用的適應性較大，安裝不太複雜，所以在國內外得到廣泛的應用。缺點是線圈易受路面變形(沉降、裂縫、搓移等)影響，因此其使用效果及壽命受路面質量的影響很大。路面質量較差時，線圈檢測器的使用壽命一般僅有2年左右。另外環境的變化和環形線圈的正常老化對檢測器的工作性能有較大的影響。
[0004]地磁檢測器具有安裝容易，不易損壞，價格便宜等優點。缺點是對慢速車輛不能檢測，有時會出現誤檢，且材料容易老化，靈敏度會逐年衰減。
[0005]超聲波檢測器探頭可安裝在行車道中間上方，也可以安裝在路側。由於超聲波檢測器採用懸掛式安裝，這與路面埋設式檢測器(如環形線圈)相比有許多優點。首先是不需破壞路面，也不受路面變形的影響；其次是使用壽命長，可移動、架設方便。不足之處是其檢測範圍呈錐形，受車型、車高變化的影響，檢測精度較差，特別是車流嚴重擁擠的情況下；另外檢測精度易受環境的影響，尤其是大風、暴雨等的影響；探頭下方通過的人或物也會產生反射波，造成誤檢。
[0006]基於視頻圖像處理的交通檢測技術是近年來逐步發展起來的一種新型的車輛檢測方法，它具有無線、可一次檢測多參數和檢測範圍較大的特點，使用靈活。另外視頻檢測系統裝卸方便、不須破壞路面，不影響交通，在很多場合可以代替現有的環形線圈檢測器。雖然視頻檢測器有著諸多優點，但仍然存在許多需要解決的問題:首先是視頻檢測器的檢測精度是隨著光照情況的變化而變化的，當光照良好時，如正午時，檢測效果較好，反之如傍晚、雨雪天氣則較差；其次是陰影問題，陰影是造成視頻檢測算法誤檢測的主要原因；再次是車輛在道路場景中的相互遮擋，也是必須考慮的問題。
[0007]此外，傳統車輛檢測技術大多採用測量某一種信號來得到檢測結果，這就導致了錯檢和漏檢等問題的存在，如超聲波檢測器，在大型車遮擋的情況下，就會發生漏檢的情況，同時，單一信號檢測也使得車輛檢測受到周邊環境的諸多限制，能夠適應不同道路環境的車輛檢測技術難以實現。
【發明內容】
[0008]本發明的目的在於提供一種基於加速度傳感器和光敏元件的車輛檢測裝置，該裝置安裝於道路表面，並能夠實現對於車輛自動檢測，利用行駛中的車輛通過輪胎對路面產生連續激勵及在路面產生陰影的客觀事實，利用加速度傳感器和光敏元件實現對車輛的檢測，得到車輛計數數據。
[0009]本發明的目的是這樣實現的:一種基於加速度檢測單元和光敏檢測單元的車輛檢測裝置，包括加速度檢測單元、光敏檢測單元、加速度信號調理電路、光敏檢測信號調理電路、數據採集電路、微處理器、存儲單元、無線發射模塊，加速度檢測單元與加速度信號調理電路電信號連接，光敏檢測單元與光敏檢測信號調理電路電信號連接，數據採集電路分別與加速度信號調理電路、光敏檢測信號調理電路電信號連接，數據採集電路與微處理器電信號連接，微處理器分別與存儲單元、無線發射模塊電信號連接，加速度檢測單元、光敏檢測單元安裝在車道中央或車道一側的道路表面，車輛行駛經過檢測裝置時，加速度檢測單元採集路面震動信號並將信號通過加速度信號調理電路進行處理；同時，光敏檢測單元感應光照變化產生光電信號並將信號通過光敏檢測信號調理電路處理；數據採集單元將經過加速度信號調理電路和光敏檢測信號調理電路處理的信號輸入微處理器，由微處理器對數據進行分析計算，進行如下步驟:
[0010]步驟一，首先微處理器分析光電信號，初步判斷是否有車輛經過；當光敏檢測單元發出的信號出現符合車輛經過的判斷條件，則此步驟判斷結果為「是」，進入步驟三；如果光敏檢測單元發出的信號沒有出現符合車輛經過的判斷條件，則此步驟判斷結果為「否」，則需要進入步驟二，進一步檢驗是否有車輛經過，以免由於環境光照強度過低造成的漏檢；
[0011]步驟二，當步驟一判斷結果為「否」時，微處理器需要根據加速度檢測單元發出的加速度信號進一步判斷是否有車輛經過；微處理器中存有車輛造成路面震動信號的相應特徵信息，包括震動信號強度和頻率分布範圍，通過對比分析採集到的信號特徵信息，判斷是否有車輛經過，若判斷結果為有車輛經過則進入步驟三；
[0012]步驟三，微處理器將內部用於車數統計的計數器值加一，並在特定的時間將車輛計數信息轉存到存儲單元，並通過無線發射模塊發送給接收終端。
[0013]本發明還具有如下技術特徵:
[0014]1、所述加速度檢測單元包括多個按一定陣型排列的加速度傳感器，用於檢測車輛經過路面產生的震動波數據。
[0015]2、所述光敏檢測單元包括多個光敏傳感器，用於檢測車輛經過時，由於光的遮擋所產生的光強的變化。
[0016]本發明具有以下優點:
[0017]1.本發明採用的震動檢測原理及光學檢測原理相結合的方式獲取車輛計數信息。與傳統檢測原理相比，震動傳播介質為路面，因此不受雨、雪、霧等天氣因素和車輛的外形尺寸等因素的影響；而結合光敏元件對行車陰影的檢測可有效的提高車輛檢測精度。
[0018]2.本發明提出的裝置安裝方法，與應用較普遍的傳統交通檢測器的安裝方法相比，安裝在道路表面，尤其安裝於車道中央或車道一側的道路表面。這種安裝和檢測方式不用破壞道路，也不用架設梁架。不易受到車輛碾壓，從而提高了檢測可靠性和使用壽命。
[0019]3.本發明所採用的加速度傳感器與光敏元件相結合的方式，與傳統檢測傳感器相t匕，具有體積小，成本低，易於安裝，功耗小等特點。【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是本發明的裝置結構圖。
[0021]圖2是本發明工作步驟框圖。
【具體實施方式】
[0022]實施例1
[0023]一種基於加速度檢測單元和光敏檢測單元的車輛檢測裝置，包括加速度檢測單元1、光敏檢測單元2、加速度信號調理電路3、光敏檢測信號調理電路4、數據採集電路6、微處理器7、存儲單元8和無線發射模塊5，加速度檢測單元與加速度信號調理電路電信號連接，光敏檢測單元與光敏檢測信號調理電路電信號連接，數據採集電路分別與加速度信號調理電路、光敏檢測信號調理電路電信號連接，數據採集電路與微處理器電信號連接，微處理器分別與存儲單元、無線發射模塊電信號連接，加速度檢測單元、光敏檢測單元安裝在車道中央或車道一側的道路表面，車輛行駛經過檢測裝置時，加速度檢測單元採集路面震動信號並將信號通過加速度信號調理電路進行處理；同時，光敏檢測單元感應光照變化產生光電信號，並將信號通過光敏檢測信號調理電路處理；數據採集單元將經過加速度信號調理電路和光敏檢測信號調理電路處理的信號輸入微處理器，由微處理器對數據進行分析計算，進行如下步驟:
[0024]步驟一，首先微處理器分析光電信號，初步判斷是否有車輛經過；當光敏檢測單元發出的信號出現符合車輛經過的判斷條件，則此步驟判斷結果為「是」，進入步驟三；如果光敏檢測單元發出的信號沒有出現符合車輛經過的判斷條件，則此步驟判斷結果為「否」，則需要進入步驟二，進一步檢驗是否有車輛經過，以免由於環境光照強度過低造成的漏檢；
[0025]步驟二，當步驟一判斷結果為「否」時，微處理器需要根據加速度檢測單元發出的加速度信號進一步判斷是否有車輛經過；微處理器中存有車輛造成路面震動信號的相應特徵信息，包括震動信號強度和頻率分布範圍，通過對比分析採集到的信號特徵信息，判斷是否有車輛經過，若判斷結果為有車輛經過則進入步驟三；
[0026]步驟三，微處理器將內部用於車數統計的計數器值加一，並在特定的時間將車輛計數信息轉存到存儲單元，並通過無線發射模塊發送給接收終端。
[0027]所述加速度檢測單元包括多個按一定陣型排列的加速度傳感器，用於檢測車輛經過路面產生的震動波數據；所述光敏檢測單元包括多個光敏傳感器，用於檢測車輛經過時，由於光的遮擋所產生的光強的變化。
[0028]實施例2
[0029]本發明的車輛檢測方法，包括步驟:
[0030]I)設備初始化。初始化過程中，微處理器啟動各數據接口 ；對加速度檢測單元進行初始設置，包括傳感器量程、數據傳輸模式等；讀取加速度檢測單元各傳感器初始測量值，讀取光敏檢測單元初始測量值；
[0031]2)加速度檢測單元開始檢測路面震動信息，並將採集到的加速度信號通過加速度信號調理電路整理後輸入數據採集單元；光敏檢測單元檢測光敏元件表面光強度信息，並將生成的電壓信號通過光敏元件信號調理電路整理後輸入數據採集單元；[0032]3)數據採集單元將加速度信號和光電信號進行模數轉換，並將數字加速度信號和光電信號輸入微處理器；
[0033]4)微處理器分析光電信號，初步判斷是否有車輛經過。當車輛經過遮擋光源照射到光敏元件時，光敏元件信號會出現相應變化，光電壓降低，據此，如果光敏元件信號出現符合車輛經過的判斷條件，即光電信號的幅值下降到微處理器中設定的閾值0.7V，並且持續時間在0.2秒到1.5秒之間，則此步驟判斷結果為「是」，進入步驟6)。如果光敏元件信號沒有出現符合車輛經過的判斷條件(包括無信號變化和信號變化不符合條件)，則此步驟判斷結果為「否」，則需要進入步驟5)，進一步檢驗是否有車輛經過，以免由於環境光照強度過低造成的漏檢；
[0034]5)當步驟4)判斷結果為「否」時，微處理器需要根據加速度信號進一步判斷是否有車輛經過。微處理器中存有車輛造成路面震動信號的相應特徵信息，包括震動信號強度、頻率分布範圍等，車輛產生的路面震動信號頻率範圍主要集中在Ο-lOOHz，加速度傳感器檢測到路面震動信號的強度在0-30mg範圍內，通過對比分析採集到的信號特徵信息，可以判斷是否有車輛經過。若判斷結果為有車輛經過，則進入步驟6)，若判斷結果為沒有車輛經過，則返回到步驟2)；
[0035]6)微處理器將內部用於車數統計的計數器值加一，並在特定的時間將車輛計數信息轉存到存儲單元，並通過無線發射模塊發送給接收終端。
[0036]實施例3
[0037]參照圖1，本實施例的一種基於加速度檢測單元和光敏檢測單元的車輛檢測裝置，包括加速度檢測單元1、光敏檢測單元2、加速度信號調理電路3、光敏檢測信號調理電路4、數據採集電路6、微處理器7、存儲單元8和無線發射模塊5。
[0038]本發明具體實施樣例1:
[0039]加速度檢測單元I採用PCB公司的393B12加速度傳感器，其作用是感應車軸通過車輪與路面接觸造成的路面震動，將震動波信號轉換成數字加速度信號，並將此加速度信號傳輸到加速度信號調理電路3中。光敏檢測單元2採用光敏電阻，其作用是感應車輛經過遮擋光源照射造成的光信號變化，將光信號變化轉換成電信號，並傳輸到光敏檢測信號調理電路4中。經加速度信號調理電路3處理的加速度信號，和經光敏檢測信號調理電路4處理的光電信號，都輸入數據採集電路6中。數據採集電路6包括多個模數轉換器，它將加速度信號和光敏元件信號進行模數轉換，並將轉換得到的數位訊號傳輸到微處理器7中。微處理器7採用MCS-51單片機，其作用是控制傳感器和數據採集單元採集加速度數據和光電信號數據，並對採集到的數據進行處理，獲得車輛計數信息。微處理器7需對兩種敏感元件採集的不同信號分別進行處理，綜合判斷是否有車輛經過。存儲單元8負責存儲微處理器7計算獲得的車輛計數信息，在此樣例中採用SD卡作為存儲單元8。所述無線發射模塊5負責將微處理器7計算得到的車輛計數信息通過無線通信手段發送，此樣例中採用應用Zigbee無線通信協議的晶片。微處理器7將獲得的車輛計數信息轉存到存儲單元8中，並通過無線發射模塊5進行發送給接收終端。
[0040]實施例4
[0041]加速度檢測單元I採用飛思卡爾公司的MMA7260加速度傳感器，其作用是感應車軸通過車輪與路面接觸造成的路面震動，將震動波信號轉換成數字加速度信號，並將此加速度信號傳輸到加速度信號調理電路3中。光敏檢測單元2為CCD傳感器，其作用是感應車輛經過遮擋光源照射造成的光信號變化，將光信號變化轉換成電信號，並傳輸到光敏檢測信號調理電路4中。經加速度信號調理電路3處理的加速度信號和經光敏檢測信號調理電路4處理的光電信號，都輸入數據採集電路6中。數據採集電路6包括若干模數轉換器，它將加速度信號和光敏元件信號進行模數轉換，並將轉換得到的數位訊號傳輸到微處理器7中。微處理器7採用ATMEL公司的ATmegal28L單片機，其作用是控制傳感器和數據採集單元採集加速度數據和光電信號數據，並對採集到的數據進行處理，獲得車輛計數信息。微處理器7需對兩種敏感元件採集的不同信號分別進行處理，綜合判斷是否有車輛經過。存儲單元8負責存儲微處理器7計算獲得的車輛計數信息，在此樣例中採用mmc卡作為存儲單元。所述無線發射模塊5負責將微處理器7計算得到的車輛計數信息通過無線通信手段發送，此樣例中採用應用WIFI無線通信協議的晶片。微控制器7將獲得的車輛計數信息轉存到存儲單元8中，並通過無線發射模塊5進行發送給接收終端。
[0042]實施例5
[0043]加速度檢測單元I採用亞德諾半導體公司的ADXL345加速度傳感器，其作用是感應車軸通過車輪與路面接觸造成的路面震動，將震動波信號轉換成數字加速度信號，並將此加速度信號傳輸到加速度信號調理電路3中。光敏檢測單元2採用光電二極體，其作用是感應車輛經過遮擋光源照射造成的光信號變化，將光信號變化轉換成電信號，並傳輸到光敏檢測信號調理電路4中。經加速度信號調理電路3處理的加速度信號和經光敏檢測信號調理電路4處理的光電信號，都輸入數據採集單元6中。數據採集單元6包括若干模數轉換器，它將加速度信號和光敏元件信號進行模數轉換，並將轉換得到的數位訊號傳輸到微控制器7中。實施微處理器7採用德州儀器公司的CC2540微處理器內核，其作用是控制傳感器和數據採集單元採集加速度數據和光電信號數據，並對採集到的數據進行處理，獲得車輛計數信息。微處理器7需對兩種敏感元件採集的不同信號分別進行處理，綜合判斷是否有車輛經過。存儲單元8負責存儲微處理器7計算獲得的車輛計數信息，在此樣例中採用CF卡作為存儲單元。所述無線發射模塊5負責將微處理器7計算得到的車輛計數信息通過無線通信手段發送，此樣例中採用應用藍牙4.0無線通信協議的晶片。微處理器7將獲得的車輛計數信息轉存到存儲單元8中，並通過無線發射模塊5進行發送給接收終端。
【權利要求】
1.一種基於加速度檢測單元和光敏檢測單元的車輛檢測裝置，包括加速度檢測單元、光敏檢測單元、加速度信號調理電路、光敏檢測信號調理電路、數據採集電路、微處理器、存儲單元、無線發射模塊，其特徵在於:加速度檢測單元與加速度信號調理電路電信號連接，光敏檢測單元與光敏檢測信號調理電路電信號連接，數據採集電路分別與加速度信號調理電路、光敏檢測信號調理電路電信號連接，數據採集電路與微處理器電信號連接，微處理器分別與存儲單元、無線發射模塊電信號連接，加速度檢測單元、光敏檢測單元安裝在車道中央或車道一側的道路表面，車輛行駛經過檢測裝置時，加速度檢測單元採集路面震動信號並將信號通過加速度信號調理電路進行處理；同時，光敏檢測單元感應光照變化產生光電信號並將信號通過光敏檢測信號調理電路處理；數據採集單元將經過加速度信號調理電路和光敏檢測信號調理電路處理的信號輸入微處理器，由微處理器對數據進行分析計算，進行如下步驟: 步驟一，首先微處理器分析光電信號，初步判斷是否有車輛經過；當光敏檢測單元發出的信號出現符合車輛經過的判斷條件，則此步驟判斷結果為「是」，進入步驟三；如果光敏檢測單元發出的信號沒有出現符合車輛經過的判斷條件，則此步驟判斷結果為「否」，則需要進入步驟二，進一步檢驗是否有車輛經過，以免由於環境光照強度過低造成的漏檢； 步驟二，當步驟一判斷結果為「否」時，微處理器需要根據加速度檢測單元發出的加速度信號進一步判斷是否有車輛經過；微處理器中存有車輛造成路面震動信號的相應特徵信息，包括震動信號強度和頻率分布範圍，通過對比分析採集到的信號特徵信息，判斷是否有車輛經過，若判斷結果為有車輛經過則進入步驟三； 步驟三，微處理器將內部用於車數統計的計數器值加一，並在特定的時間將車輛計數信息轉存到存儲單元，並通過無線發射模塊發送給接收終端。
2.根據權利要求1所述的一種基於加速度傳感器和光敏元件的車輛檢測裝置，其特徵在於:所述加速度檢測單元包括多個按一定陣型排列的加速度傳感器，用於檢測車輛經過路面產生的震動波數據。
3.根據權利要求1所述的一種基於加速度傳感器和光敏元件的車輛檢測裝置，其特徵在於:所述光敏檢測單元包括多個光敏傳感器，用於檢測車輛經過時，由於光的遮擋所產生的光強的變化。
【文檔編號】G08G1/065GK103927884SQ201410173171
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月21日 優先權日:2014年4月21日
【發明者】王 華, 張瞫, 楊亞鵬 申請人:哈爾濱工業大學