CN1707283A - 地埋型智能车辆探测器 - Google Patents

Abstract

一种地埋型智能车辆探测器，它由探测单元、用于完成对探测单元的相应信号输出进行放大、滤波、整形、比较、灵敏度调整、环境补偿、信号A/D采集、自动效准、逻辑分析或对信号的幅值、频率、宽度、信号包络增幅速率和时域特性进行分析判断以及对结果进行编码、存储和统计工作中的至少一项工作的信号处理/逻辑处理单元、信号变换/传输接口单元、电源及壳体组成；还可接驳子探测器。它可对车辆驶经、多车道断面车流量、车速、堵车、停靠时间及行驶方向等车辆动态或静态信息进行探测，适用于红绿灯绿波带控制、电子警察照相、收费站、车辆门禁和停车场管理***及路网交通的监控管理***等，还适用于安全监控、报警***。

Description

地埋型智能车辆探测器

技术领域

本发明涉及一种探测装置，特别是涉及一种地埋型智能车辆探测器，该装置可用于城市或公路交通指挥管理***及车辆静态管理***，可对车辆驶经、侧跑、车流量、占道、堵车、停靠时间等车辆动态或静态信息的探测，适用于红绿灯绿波带控制***、电子警察照相***、车辆收费站***、车辆门禁***、停车场管理***及路网交通的监控管理***等。

背景技术

随着经济的发展和人民生活水平的提高，汽车越来越近地走近人们的生活，城市交通和公路交通拥堵现象时有发生，特别是大中型城市的交通状况已是政府、民众关注的焦点问题之一，使得大量的人力、物力、资金投入到道路改造和道路建设方面，即便如此，也跟不上交通压力的高速增长，这种情况非常普遍，特别是经济越发达的地区，交通拥堵现象越严重；有些地区，由于资金不足、道路改造和道路建设客观上也有难度，面对交通压力的不利局面将会较长时期的存在；另一方面，道路资源没有充分利用和挖潜，造成道路资源浪费也相当严重，让人倍感痛惜。因此，怎样充分利用和挖潜道路资源，低成本地、有效地改善和提高道路的使用率、车辆流量和车辆速度，是值得考虑和追求的目标，解决这一问题需要建立完善的、高效的和低成本的交通信息***和交通管理***，而车辆和车流量探测器是其中的重要一环。

目前，有关车辆的探测器大多采用无源红外线来探测车辆信号并进行放大后传输到交通指挥部门，如专利西门子公司的申请号为98802297.4的《车辆探测装置》等；还有一些是以大型感应线圈为探测装置，车辆经过大型感应线圈时，车辆驶经或停靠大型感应线圈之上，使得其线圈的电感量发生变化，致使由该线圈与其它电路一起构成的探测电路输出的电信号也随着发生变化，形成车辆探测信号，一般为频率信号，送处理机处理，得到车流量等交通信息，这些探测装置存在着对车辆探测方式单一，探测信息不全面，体积大、安装不方便、安装时对路面破坏严重、由于路面的龟裂易被损坏等缺点。另外，美国生产一种利用车辆磁映像(VMI)技术测量车流量的永久型无线车辆记录器，但这种探测装置对探测车辆的行驶速度，以及在对车速较慢的、或停靠在其安装位置处的、或停靠在其安装位置附近的车辆进行探测时，具有功能或性能方面的局限性和不足，不能完全满足城市交通路口、停车场和路网交通状况的监控、管理、指挥***对车辆探测装置的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有多种探测方式、探测的车辆信息更全面的车辆探测装置，以解决现有车辆探测装置的不足。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种地埋型智能车辆探测器，它由探测单元、用于完成对探测单元的相应信号输出进行放大、滤波、整形、比较、灵敏度调整、环境补偿、信号A/D采集、自动效准、逻辑分析或对信号的幅值、频率、宽度、信号包络增幅速率和时域特性进行分析判断以及对结果进行编码、存储和统计工作中的至少一项工作的信号处理/逻辑处理单元、信号变换/传输接口单元、电源及壳体组成，电源为各单元电路供电，探测单元至少由用于探测地磁磁场变化的以地磁感应线圈为探测元件的地磁感应探测装置和用于探测地磁磁场强度/磁通密度的以磁敏元件为探测元件的地磁量探测装置中的其中之一种探测装置构成，探测单元的输出端分别接驳信号处理/逻辑处理单元的相应输入端，信号处理/逻辑处理单元的输出端与信号变换/传输接口单元的相应输入端相连接。

上述的地埋型智能车辆探测器，其特征在于，以地磁感应线圈为探测元件的地磁感应探测装置由地磁感应线圈和线圈感生电压信号检测/处理电路构成，以磁敏元件为探测元件的地磁量探测装置由磁敏元件和磁敏信号环境补偿/检测/处理电路构成，磁敏元件为磁敏电阻、磁敏二极管、磁敏晶体管、3CCM型磁敏晶体管、4CCM型磁敏晶体管、磁敏电桥、霍尔元件、集成磁场传感器/模块或单轴/多轴单片集成磁场传感器/模块。

上述的地埋型智能车辆探测器，其特征在于，探测单元中包含有两个或两个以上由相同探测元件构成的或不相同探测元件构成的探测装置。上述的地埋型智能车辆探测器，其特征在于，探测单元中设有一温度传感装置，其输出端与信号处理/逻辑处理单元的相应输入端连接。上述的地埋型智能车辆探测器，其特征在于，信号变换/传输接口单元设置有用于探测信号输出的高低电平/脉冲输出电路装置、音频信号输出电路装置、电子开关通/断输出电路装置、集电极输出电路装置、光电隔离传输电路装置、标准/非标准串/并行通讯接口/总线传输电路装置、无线电通讯信号传输电路装置及光纤通讯信号传输的电路装置中的至少一种输出/传输电路装置。

上述的地埋型智能车辆探测器，其特征在于，探测单元中设有金属探测装置，金属探测装置由产生交变磁场的金属感应探测线圈和与其相配合的振荡电路构成的金属探测振荡器以及用于从金属探测振荡器中检测或鉴别出与金属感应探测线圈两端的电压幅值、通过金属感应探测线圈的感生电流或金属探测振荡器振荡频率相关的信息中的至少一种信息的金属接近信号鉴别/检测电路构成，金属接近信号鉴别/检测电路由检波器/整流器及比较器/门限器组成，或者由差频式基准振荡器组成，金属探测振荡器与差频式基准振荡器构成双频自差式振荡器，或者由基准振荡器和混频器组成，探测振荡器和基准振荡器的输出分别接驳混频器电路的相应输入端，或者由基准振荡器、两路振荡信号处理电路和混频器电路组成，金属探测振荡器和基准振荡器的输出各接驳一路振荡信号处理电路，振荡信号处理电路分别接驳混频器电路的输入端，或者由超外差信号接收机电路构成，金属探测振荡器的金属感应探测线圈与超外差信号接收机电路的接收线圈平行紧靠，超外差信号接收机电路的输出接驳信号处理/逻辑处理单元的输入端，金属信号鉴别/检测电路的输出接驳信号处理/逻辑处理单元的相应输入端。

上述的地埋型智能车辆探测器，其特征在于，金属感应探测线圈里装有中心轴向设有至少一端敞口的空腔磁芯或空腔线圈骨架，该磁芯或线圈骨架的空腔内设置地磁感应线圈及其它部分或全部探测器电气部件。

上述的地埋型智能车辆探测器，其特征在于，其特征在于，车辆探测器或子探测器中的各电路单元设置成满足不同需要的模块，或利用大规模集成电路、专用集成电路/模块、微处理单片计算机或数字信号处理器DSP把相应的各电路单元的功能进行有机地合并或分解，设制成半一体化或一体化集成电路模块/线路板。

上述的地埋型智能车辆探测器，其特征在于，信号处理/逻辑处理单元可接驳另外的具有独立壳体的子探测器，该子探测器包含有上述探测单元。

上述的地埋型智能车辆探测器，其特征在于，电源为具有稳压电路的有线供电、蓄电池或太阳能电池组，磁敏元件可根据需要设置地磁集束器，壳体为可拆装的独立式或探测器组件整体塑封成形式，其外形呈圆柱形或扁圆形。

本发明的地埋型智能车辆探测器的工作原理阐述如下：

车辆地磁感应探测装置和地磁量探测装置的工作原理：由于每台车辆从探测器处驶经或停靠时，车辆会使该探测器处的地球磁场强度或磁通量发生变化，以地磁感应线圈为探测元件，构成地磁感应探测装置时，变化的地球磁场使地磁感应线圈两端的感应电动势也发生相应的变化；以磁敏元件为探测元件，构成地磁量探测装置时，变化的地球磁场强度或磁通量使磁敏元件的信号输出随之发生相应的变化，通过对该车辆的地磁感应信号或地球磁场强度信号的检测、分析和处理，可达到探测车辆经过、靠近或驶离探测器处时车辆信号的目的。

金属探测装置的工作原理：由于车辆底盘由体积较大的金属构件制作而成，当车辆驶经或停靠在埋于路面的探测器处时，金属探测装置中的金属探测振荡器的金属感应探测线圈产生交变磁场会使车辆底盘的金属构件因电磁感应现象而产生感生涡流，感生涡流的电磁场要反抗原交变电磁场的变化，从而使原产生交变电磁场的金属探测振荡器的金属感应探测线圈的振荡电流在幅度和周期上均有所变化，距离越近，振荡电流在幅度和周期上变化的越多，此变化量以相应的电流信号、频率信号或检波电压信号的变化所呈现，经过适当的鉴别和处理后，可达到探测车辆经过、靠近或驶离探测器处时车辆信号的目的。

本发明的地埋型智能车辆探测器，充分利用对车辆地磁信号的探测和处理，加之对车辆金属信号的探测和处理，综合相应探测元件所构成的探测装置的性能优点，以及探测装置的探测距离或探测灵敏度的不同设置，得到不同的、包含较多信息的车辆探测信号，通过对各探测信号应用信号放大、滤波、整形、识别、比较、信号采集或逻辑分析等手段，对信号的幅值、频率、宽度、信号包络增幅速率和时域幅频特性进行分析判断、以及对数据结果进行编码、存储和统计，达到各探测器取长补短、探测目标和状态的识别，提高了车辆探测器的可靠性，增加了车辆探测器的信息量，可容易的得到闯线、侧跑、车流量、道路占用率、车速、停车时间等信息。因此可更好地满足不同的应用场合和领域、不同的技术要求、不同的探测目的的需要。它体积小、模块化、结构紧凑、可靠性高，安装灵活、方便、快捷，可采用全密封型外壳，对安装环境条件要求低、免维护，特别适合室外和野外使用，恶劣的气象环境如下雨、刮风、沙尘暴、温度变化对其使用效果没有影响。安装时，可在车道上钻孔埋设于道路路面，基本上不损坏路面，不占用道路路面以上的空间；当然，也可贴装在路面上，或者安装在道路路面以上、不影响车辆通过且不超过探测距离的空间位置。它可对车辆驶经、多车道断面车流量、车速、堵车、停靠时间及行驶方向等车辆动态或静态信息进行探测，适用于红绿灯绿波带控制、电子警察照相***、收费站挡车***、车辆门禁***和停车场管理***及路网交通的监控管理***等，还适用于安全监控***、报警***。

附图说明

图1为本发明实施例1的轴向剖视图。

图2为本发明实施例1的电路原理图。

图3为本发明实施例2的轴向剖视图。

图4为本发明实施例2的电路原理图。

图5为本发明实施例3的轴向剖视图。

图6为图5的俯视图。

图7为本发明实施例3的电路原理图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本实施例的探测器由温度传感器(13)、温度传感器引出线(14)、单片磁场传感器集成(21)、磁场传感器引出线(22)、车辆地磁感应线圈(1)、地磁感应线圈骨架(31)、地磁感应线圈磁芯(2)、地磁感应线圈引出线(3)、金属感应探测线圈(4)、金属感应探测线圈磁芯(5)、电路模块线路板(9)、连接电缆(8)、远距离输入/输出串行接口电路(7)、电源线和信号电缆(10)、塑料壳体本体(11)及塑料壳体盖(12)组成。金属感应探测线圈(4)绕装在高导磁的“圆管形”金属感应探测线圈磁芯(5)的下段，磁芯(5)中心内空腔中至上而下设置温度传感器(13)、单片集成磁场传感器(21)、车辆地磁感应线圈(1)、电路模块线路板(9)和远距离输入/输出串行接口电路(7)，金属感应探测线圈(4)由其引出线(6)与电路模块线路板(9)相连接，温度传感器(13)、单片磁场传感器集成(21)和车辆地磁感应线圈(1)分别由其引出线(14、22和3)与电路模块线路板(9)相连接，电路模块线路板(9)和远距离输入/输出串行接口电路(7)由连接电缆(8)相连接，电源线及信号输出电缆(10)通过塑料壳体(11、12)与电路模块线路板(9)和远距离输入/输出串行接口电路(7)相连接。

如图2所示，为本实施例的电路原理图，电源由两路组成，一路由稳压电路U1、C1、C2、C3、①和②构成，U1为78L05三端稳压器，另一路由稳压电路U2、C4、①和②构成，U2为78L09三端稳压器U3为感应开关集成电路TDA0161D，TDA0161D内部集成有振荡器电路单元、检波器电路单元、比较器电路单元及可变恒流源电路等，L1为金属感应探测线圈(4)，L1、C5、C6、C7、R1、R2、R3与TDA0161D构成金属探测装置；DRT为线性温度探测装置；U4为AD22151单片集成磁场传感器，由U4、R4、R5、R6和C8构成地磁磁场强度探测装置，车辆地磁感应探测装置由地磁感应线圈L2、U5-1、U5-2、U5-3、C10-C14、R7-R14构成车辆地磁感应探测及其信号处理电路，U5为LM224/324集成运放；U6为AVR单片机，以U6为主要器件，构成对四路探测信号进行信号采集、数据分析和处理及存储的智能信号处理/逻辑处理单元；I/O为标准型RS-485三线远距离传输接口单元，①为电源正，②为电源地，③为传输电缆，它们构成信号变换/传输接口单元。

根据上述车辆金属探测装置、地磁量探测装置和地磁感应探测装置的工作原理可以看出：对于金属探测装置，平常没有车辆从探测器处驶经时，U3的输出端6脚电压信号为零或较低，当车辆从探测器处驶经时，在U3的输出端6脚得到变化的车辆接近信号，车辆与探测器的距离越近，该信号的幅值越大，U6在其模/数转换A/D0脚可采集到该车辆接近信号。对于地磁量探测装置，平常没有车辆从探测器处驶经时，U4的输出端5脚信号为Uc/2，当车辆从探测器处驶经时，在U4的输出端5脚得到变化的车辆接近信号，车辆与探测器的距离越近，该信号的幅值变化越大，U6在其模/数转换A/D2脚可采集到该车辆接近信号。对于地磁感应探测装置而言，平常没有车辆从探测器处驶经时，地磁感应线圈两端信号为零，U6的I/O口DB0脚低电平输入，当车辆从探测器处驶经时，在地磁感应线圈两端得到变化的感应电动势信号(车辆地磁感应信号)；通过U5-1、U5-2和U5-3进行信号放大、滤波和整形，在U6的I/O口DB0脚得到一组包含至少一个高电平脉冲的脉冲信号，该脉冲信号的脉冲宽度和脉冲个数与车辆的车速、车辆长度和底盘结构等相对应。温度传感器的变化量送到U6的A/D1脚。AVR单片微处理计算机U6通过对A/D0、A/D1、A/D2和DB0脚信号进行实时采集、运算和时域幅频特性进行综合分析和处理，并对结果进行存储或统计，得到闯线、车流量、道路占用率、停车时间等信息，通过U6的C口的DC0、DC1和DC2脚与I/O进行SPI制式数据或信号传输，通过I/O查询或通过I/O传输到相应的应用装置或***。

实施例2

如图3所示，本实施例的探测器由壳体本体(11)和壳体底盖(12)、霍耳线性磁场传感器(21)、地磁集束器(23、24)、电路模块(9)、传输连接电缆(10)和接口插座(20)组成。它可以探测车辆驶经、靠近、停靠或驶离探测装置处时的车辆信号数据。

如图4所示，为本实施例的电路原理图，电源由I/O接口供给；车辆地磁量探测装置由AC霍耳线性磁场传感器和U1构成，AC为SL3501M/TU2，U1为AMP04；U2为带串行接口的16位A/D转换器CS5509，它构成信号处理/逻辑处理单元；I/O为9芯串行接口插座/插头，构成探测器传输接口单元。

根据上述车辆地磁量(磁场强度或磁通量)传感器的工作原理可知：平常，没有车辆从探测器处驶经时，霍耳线性磁场传感器AC的输出电压信号较小，U1的输出端(6脚)的电压幅值也相应较低，经U2得到的16位串行数据结果对应较小；当有车辆从探测器处驶经或停靠时，探测器处的地磁磁场强度增强，霍耳线性磁场传感器AC的输出电压信号随着增大，U1的输出端(6脚)的电压幅值也相应变大，经U2得到的16位串行数据结果对应也随之变大，外部***或装置通过I/O取得U2所得到的实时串行数据结果，达到探知车辆驶经、靠近、停靠或驶离探测装置处时的车辆信号数据。

实施例3

如图5、6所示，本实施例的探测器由车辆地磁感应线圈(1)、地磁感应线圈骨架(31)、地磁感应线圈磁芯(2)、地磁感应线圈引出线(3)、固定螺母(32)、电路模块线路板(9)、电源线和信号电缆(10)、壳体本体(11)及壳体盖(12)组成。

如图7所示，为本实施例的电路原理图，电源由U1、C1、C2、①和②构成，U1为78L105三端稳压器；车辆地磁感应探测装置由地磁感应线圈L与线圈感生电压信号检测/处理电路构成，线圈感生电压信号检测/处理电路由C3、C4、R1-R6、U2-1和U2-2组成，U2为二运放LM258/358；U3为AVR单片机，以U3为主要器件，构成对可探测信号进行信号采集、数据分析和处理的智能信号处理/逻辑处理单元，R7、Q1及③构成探测信号以集电极输出的信号变换/传输接口单元。

根据上述车辆地磁感应探测装置的工作原理可知：平常，没有车辆从探测器处驶经时，地磁感应线圈两端信号为零，U3的模/数转换A/D0脚低电平输入，当车辆从探测器处驶经时，在地磁感应线圈两端得到变化的感应电动势信号(车辆地磁感应信号)；通过U2-1和U2-2进行信号放大后，在U3的A/D0脚得到一交流电压信号，该信号的幅频——时域特性与车辆的车速、车辆长度和底盘结构等相对应，AVR单片微处理计算机U3通过对A/D0脚信号进行实时采集、运算和时域幅频特性进行综合分析和处理，得到驶经、停靠等信息，通过U3的C口的DC0脚控制Q1处于导通或截止状态，形成探测信号集电极输出。图中双点划线所示为触点输出示例。

Claims (10)

1、一种地埋型智能车辆探测器，它由探测单元、用于完成对探测单元的相应信号输出进行放大、滤波、整形、比较、灵敏度调整、环境补偿、信号A/D采集、自动效准、逻辑分析或对信号的幅值、频率、宽度、信号包络增幅速率和时域特性进行分析判断以及对结果进行编码、存储和统计工作中的至少一项工作的信号处理/逻辑处理单元、信号变换/传输接口单元、电源及壳体组成，电源为各单元电路供电，探测单元至少由用于探测地磁磁场变化的以地磁感应线圈为探测元件的地磁感应探测装置和用于探测地磁磁场强度/磁通密度的以磁敏元件为探测元件的地磁量探测装置中的其中之一种探测装置构成，探测单元的输出端分别接驳信号处理/逻辑处理的相应输入端，信号处理/逻辑处理单元的输出端与信号变换/传输接口单元的相应输入端相连接。

2、如权利要求1所述的地埋型智能车辆探测器，其特征在于，以地磁感应线圈为探测元件的地磁感应探测装置由地磁感应线圈和线圈感生电压信号检测/处理电路构成，以磁敏元件为探测元件的地磁量探测装置由磁敏元件和磁敏信号环境补偿/检测/处理电路构成，磁敏元件为磁敏电阻、磁敏二极管、磁敏晶体管、3CCM型磁敏晶体管、4CCM型磁敏晶体管、磁敏电桥、霍尔元件、集成磁场传感器/模块或单轴/多轴单片集成磁场传感器/模块。

3、如权利要求1所述的地埋型智能车辆探测器，其特征在于，探测单元中包含有两个或两个以上由相同探测元件构成的或不相同探测元件构成的探测装置。

4、如权利要求1所述的地埋型智能车辆探测器，其特征在于，探测单元中设有一温度传感装置，其输出端与信号处理/逻辑处理单元的相应输入端连接。

5、如权利要求1所述的地埋型智能车辆探测器，其特征在于，信号变换/传输接口单元设置有用于探测信号输出的高低电平/脉冲输出电路装置、音频信号输出电路装置、电子开关通/断输出电路装置、集电极输出电路装置、光电隔离传输电路装置、标准/非标准串/并行通讯接口/总线传输电路装置、无线电通讯信号传输电路装置及光纤通讯信号传输的电路装置中的至少一种输出/传输电路装置。

6、如权利要求1所述的地埋型智能车辆探测器，其特征在于，探测单元中设有金属探测装置，金属探测装置由产生交变磁场的金属感应探测线圈和与其相配合的振荡电路构成的金属探测振荡器以及用于从金属探测振荡器中检测或鉴别出与金属感应探测线圈两端的电压幅值、通过金属感应探测线圈的感生电流或金属探测振荡器振荡频率相关的信息中的至少一种信息的金属接近信号鉴别/检测电路构成，金属接近信号鉴别/检测电路由检波器/整流器及比较器/门限器组成，或者由差频式基准振荡器组成，金属探测振荡器与差频式基准振荡器构成双频自差式振荡器，或者由基准振荡器和混频器组成，探测振荡器和基准振荡器的输出分别接驳混频器电路的相应输入端，或者由基准振荡器、两路振荡信号处理电路和混频器电路组成，金属探测振荡器和基准振荡器的输出各接驳一路振荡信号处理电路，振荡信号处理电路分别接驳混频器电路的输入端，或者由超外差信号接收机电路构成，金属探测振荡器的金属感应探测线圈与超外差信号接收机电路的接收线圈平行紧靠，超外差信号接收机电路的输出接驳信号处理/逻辑处理单元的输入端，金属信号鉴别/检测电路的输出接驳信号处理/逻辑处理单元的相应输入端。

7、如权利要求6所述的地埋型智能车辆探测器，其特征在于，金属感应探测线圈里装有中心轴向设有至少一端敞口的空腔磁芯或空腔线圈骨架，该磁芯或线圈骨架的空腔内设置地磁感应线圈及其它部分或全部探测器电气部件。

8、如权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的地埋型智能车辆探测器，其特征在于，车辆探测器或子探测器中的各电路单元设置成满足不同需要的模块，或利用大规模集成电路、专用集成电路/模块、微处理单片计算机或数字信号处理器DSP把相应的各电路单元的功能进行有机地合并或分解，设制成半一体化或一体化集成电路模块/线路板。

9、如权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的地埋型智能车辆探测器，其特征在于，信号处理/逻辑处理单元可接驳另外的具有独立壳体的子探测器，该子探测器包含有上述探测单元。

10、如权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的地埋型智能车辆探测器，其特征在于，电源为具有稳压电路的有线供电、蓄电池或太阳能电池组，磁敏元件可根据需要设置地磁集束器，壳体为可拆装的独立式或探测器组件整体塑封成形式，其外形呈圆柱形或扁圆形。

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