CN206312366U - 高精度道路车流量检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高精度道路车流量检测装置。包括主控制模块及与该主控制模块连接的信号放大模块、用于实现与上位机通信的Zigbee无线通信模块，所述信号放大模块连接安装于路面车道上且用于检测是否有车辆经过的磁阻传感器HMC1022；还包括一用于为整个装置供电的电源管理模块。本实用新型装置具有高检测精度、低功耗，同时电路结构简单，易于实现。

Description

高精度道路车流量检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种高精度道路车流量检测装置，适用于各种场合的车辆/车流量检测。

背景技术

目前，国内外常见的车辆检测技术主要有：雷达（微波）、激光、视频等方式。近年来，磁阻传感器更加普及应用于车速检测中，磁阻测速更受重视。现对这三种方式分别介绍如下：

1.雷达检测技术

雷达测速的原理是利用微波多谱勒效应。当物体静止时，雷达发射波的频率与反射波的频率一致；当物体移动时，两波频率不同，即会产生频移。雷达测速仪就是根据计算接收到的反射波频移量的大小，进而得出被测物体的相对运动速度。雷达检测技术主要应用于高速路段的测速。

2.激光检测技术

激光检测技术利用激光的优异特性，将光速为c的激光射向目标，产生一反射波，通过计算接收到反射波的时间和发射激光的时间这两者之间的时间差，可求得被测目标与激光发射位置之间的距离。

3.视频检测技术

视频检测可以通过显示器实时显示交通路况信息，其主要应用于交通路口或繁华路口。视频检测广泛应用于交通、楼宇居家等。视频检测的工作流程大致如下：用高清摄像机抓拍交通路口的路况图像，再由图像处理、目标识别等一系列处理后，计算出车辆速度。

现有技术缺点：

1.对于雷达检测技术：

（1）雷达发射的波束并不是全方位的，而是有一定的张角范围，强度不如激光来得集中，故有效测速距离不如激光测速来得远；

（2）雷达测速仪的测量精度受发射波束的张角大小影响，张角越大，单位弧面强度越低，测速准确率越易受影响；反之，则影响较小。一般说来，当超速车辆正在超越正常行使车辆时，雷达测速仪很难判断是哪一辆车超速；

（3）检测精度无法保证，车型、车高以及道路交通畅通程度都会影响检测精度。

2.对于激光检测技术

（1）激光测速有其局限性，从上述已经知道，激光光束必须垂直对准被测目标，否则反射回来的激光光束强度不足，无法检测到反射信号。此外，当被测车辆距离较远且处于移动状态，都将大大影响检测准确率；

（2）为保证测速的准确性，激光测速器只能处于静止状态下工作，如用于高速公路治理超速现象，很容易被司机发现，这样将达不到预期效果；

（3）价格较为昂贵，目前大部分的激光测速仪都依靠进口，国内的产品质量还达不到欧美国家的水准。

3.对于视频检测技术

（1）移动不方便，不利于在任意路段随机测速；

（2）该技术受外界环境影响很大，当出现有雾、多沙尘等可见度较低的天气时，检测精度将变得很低。

可见，当前的各种检测方式都存在一定的缺陷。由于车辆都含有铁磁性物质材料，当车辆经过磁阻传感器时，会对周边的地磁场产生扰动，通过实时捕捉地磁的变化量，可以判断磁阻传感器上方是否有车辆经过。本申请提案要解决的技术问题：车流量检测精度、不受外界天气影响、工作稳定可靠及成本。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种高精度道路车流量检测装置，该装置具有高检测精度、低功耗，同时电路结构简单，易于实现。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种高精度道路车流量检测装置，包括主控制模块及与该主控制模块连接的信号放大模块、用于实现与上位机通信的Zigbee无线通信模块，所述信号放大模块连接安装于路面车道上且用于检测是否有车辆经过的的磁阻传感器HMC1022；还包括一用于为整个装置供电的电源管理模块。

在本实用新型一实施例中，还包括与所述主控制模块连接的复位电路、晶振电路、LCD1602显示模块。

在本实用新型一实施例中，所述主控制模块采用CC2530芯片，其自带14位A/D转换功能。

在本实用新型一实施例中，所述信号放大模块采用AD620芯片，以放大磁阻传感器所检测到的微小电压信号。

在本实用新型一实施例中，所述磁阻传感器还连接有一置位/复位电路。

在本实用新型一实施例中，所述HMC1022芯片外接+5V电源，并通过0.1μf的瓷片电路滤除高频成分以得到稳定的电压，HMC1022芯片的S/R+（A）引脚经一0.1μf电容接于所述置位/复位电路的CMOS开关管IRF7105的D1引脚，HMC1022芯片的S/R-（A）引脚接地，HMC1022芯片的OUT+(A)、OUT-(A)分别与信号放大模块的第一差分输入端、第二差分输入端相接。

在本实用新型一实施例中，所述电源管理模块包括5V直流稳压电路和2.5V直流稳压电路。

相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

1、本装置的车流量检测***通过采用HMC1022传感器检测道路车流量信息，可以提高检测精度；

2、车流量检测传感器采用磁阻传感器HMC1022，与HMC1001/1002、三轴磁阻传感器相比，HMC1022具有更低功耗，同时减少了周边电路，节点最大能量主要消耗在无线发送与接收数据时刻；

3、检测装置（包含磁阻传感器HMC1022）置于路面下，可避免雾、多沙尘等可见度较低的恶劣天气影响检测精度；

4、检测装置电路结构简单，安装十分灵活，可根据道路车道多少增加或减少检测点数量；

5、采用ZigBee无线通信模块，组网灵活、保密性好、低复杂度、低功耗、低成本、低数据传输速率，且可避免采用有线方式传输数据，方便安装；

6、信号放大模块采用精度高、功耗低、输入电压范围宽，以及增益性能好的差分放大器AD620。

附图说明

图1是本实用新型硬件结构框图。

图2是本实用新型HMC1022引脚图。

图3是本实用新型磁阻传感器HMC1022的电路原理图。

图4是本实用新型车流量信号转换流程图。

图5是本实用新型IRF7105内部结构和管脚图。

图6是本实用新型置位/复位计时电路图。

图7是本实用新型车辆经过传感器检测点正上方时传感器检测到的电压变化曲线图。

图8是本实用新型5V直流稳压电路原理图。

图9是本实用新型2.5V直流稳压电路原理图。

图10是本实用新型AD620放大电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的技术方案进行具体说明。

本实用新型的一种高精度道路车流量检测装置，包括主控制模块及与该主控制模块连接的信号放大模块、用于实现与上位机通信的Zigbee无线通信模块，所述信号放大模块连接安装于路面车道上且用于检测是否有车辆经过的的磁阻传感器HMC1022；还包括一用于为整个装置供电的电源管理模块。还包括与所述主控制模块连接的复位电路、晶振电路、LCD1602显示模块。

所述主控制模块采用CC2530芯片，其自带14位A/D转换功能。所述信号放大模块采用AD620芯片，以放大磁阻传感器所检测到的微小电压信号。

所述磁阻传感器还连接有一置位/复位电路。所述HMC1022芯片外接+5V电源，并通过0.1μf的瓷片电路滤除高频成分以得到稳定的电压，HMC1022芯片的S/R+（A）引脚经一0.1μf电容接于所述置位/复位电路的CMOS开关管IRF7105的D1引脚，HMC1022芯片的S/R-（A）引脚接地，HMC1022芯片的OUT+(A)、OUT-(A)分别与信号放大模块的第一差分输入端、第二差分输入端相接。

所述电源管理模块包括5V直流稳压电路和2.5V直流稳压电路。

以下为本实用新型的具体实施例。

本实用新型的高精度道路车流量检测装置，主要包含信号放大模块、A/D转换模块、传感器置位/复位模块、磁阻传感器HMC1022、ZigBee无线通信模块，磁阻传感器HMC1022置于道路车道的路面内。

图1所示为道路车流量检测***的硬件***框图。当车辆经过安装于路面车道上的磁阻传感器附近时磁场大小发生变化，传感器能够准确检测到磁场信号的变化，并将磁场信号转变为电压信号。***包含所述信号放大模块，采用AD620芯片，用于放大磁阻传感器HMC1022所检测到的弱小的电压信号；包含所述A/D转换模块，将放大后的电压信号转化为便于分析的数字信号；包含所述ZigBee无线通信模块，用于将检测到的车流量信息发送到上位机。

图2所示为HMC1022引脚图，HMC1022不仅具有较宽的磁场强度范围和较低的置位/复位电流性能，而且具有检测精度高、工作性能稳定、尺寸小、抗电磁噪声、对非铁磁性物体无反应等特点。惠斯通电桥是HMC1022的核心组成部分，电桥中有一个敏感轴，分别用来测量与芯片平行和垂直方向的磁场Bx和。在线性范围内，磁阻的变化引起输出电压的变化，直接表示磁场的强度。

图3所示为磁阻传感器HMC1022的电路。外接+5V电源，并通过0.1uf的瓷片电容滤除高频成分以得到稳定的电压。由于应用场合复杂多变，且本实用新型是检测车辆对地球磁场的影响变化来判断车辆信息的，因此无需使用偏置电流带，将相应引脚悬空即可。S/R+(A)引脚接置位、复位电路的MOSFET开关管IRF7105的输出端D1。由于每个置位/复位脉冲只在一个方向上施加，即如果+4A的脉冲被用来置位传感器，则脉冲衰减电流不应低于0电流。任何负电流（或低于额定电流）的脉冲信号都会导致传感器无法置位，因而无法得到最佳的灵敏度。而实用新型产生的置位/复位脉冲的电平不低于0，所以将S/R-（A）引脚接地，使得置位/复位脉冲电流能通过S/R+端直接流向地端，确保其流向一致。而传感器的差分信号输出脚OUT+(A)和OUT-(A)分别与信号放大芯片AD620的差分输入端+IN和-IN端相接。

图4所示为车流量信号转换流程图，车辆经过传感器检测节点时会引起周边磁场变化，磁阻传感器HMC1022将检测到的磁场模拟信号通过I/O接口传送到A/D转换模块中，将模拟信号转换为数字信号，并通过射频电路将转换后的数字信号发送到各个基站。

图5所示为IRF7105内部结构和管脚图，HMC1022内部通过一组铁磁性电阻来实现置位/复位，选用CMOS开关管IRF7105，由时钟信号控制其导通与截止，以此来产生置位/复位脉冲。

图6所示为置位/复位计时电路图，实用新型每50ms有2us脉宽的脉冲电流产生电路，也可进一步降低频率以节省功耗。由2us脉宽的低电平时钟信号切换开关管IRF7105的导通与截止，控制置位/复位脉冲。置位脉冲由一个1uF的钽电容形成，同时在电源上串联一个200Ω的降压电阻，以减少噪声。IRF7105的输出端通过一个0.1uF的电容接于HMC1022的S/R+端。

图7所示为汽车经过传感器检测点正上方时传感器检测到的电压变化曲线，检测值从1V跃跳到2.6V左右。

图8、9所示为5V、2.5V直流稳压电路。***电源采用外接9V纽扣电池或7.2V锂电池或由电源稳压器输出9V电压。由于此直流电压乃可能含有较大的纹波，会对***的稳定性产生较大的影响，必须通过可靠的滤波电路给予滤除，使输出电压中的波动成分尽可能地减小，从而得到平滑的、稳定的直流电压。但9V与7.2V的电压值不能直接给5V的***模块供电，因此滤波电路之后，还需要接稳压电路。

稳压电路的作用是当电池电压变化时，维持输出直流电压稳定不变。电池电压输出后，经过整流二极管后再通过电解电容（100μF）进行一级滤波，以去除直流电里面的杂波，防止干扰。滤波后的直流电再经过三端稳压器AMS1117-5.0稳压成为稳定的5V电源，其中AMS1117-5.0的Vin脚是输入脚，接电池直流电源正极，GND是接地脚，接电池直流电源负极，Vout为输出脚，它和接地脚的电压就是+5V了。5V电源出来再经过电解电容的二级滤波，使5V电源更加稳定可靠。同时在5V稳压电源加上一个1K的电阻和一个红色发光二极管，当上电后，红色发光二极管点亮，表示电源工作正常。此时一个稳定输出5V的电源已经设计好，如图8所示。由于放大器模块采用单电源供电模式工作，为了达到更好的检测放大效果，需给放大器提供一个参考电压Vref，本实用新型运用三端可编程并联稳压二极管TL431A很容易便可产生一个稳定的+2.5V参考电压。将AMS1117-5.0输出的5V电源通过一个10K的电阻接在TL431A的阴极，并将其阴极与参考端短接，阳极接地，这样阴极或参考端与接地脚的电压就是+2.5V了，再利用0.1uf的瓷片电容滤除高频成分，便可以得到一稳定的+2.5V电压了，如图9所示。对于本电源模块的实用新型，它完全能够满足单片机及集成块所需电源的要求。

图10所示为AD620放大电路。磁阻传感器HMC1022是将磁场信号转换成差分电压输出，对于X轴输出电压有效值Vo (A)是OUT+（A）和OUT-(A)之间的差值，由于片内A/D 转换器的输入电压范围是0—5V。为了有效利用A/D转换器的采样精度，提高检测精确度，在进行A/D采样前，需把磁阻传感器输出的微弱电压信号进行放大。本实用新型选用仪表放大器AD620。使其+IN与-IN信号输入端分别对应于传感器的差分输入OUT+（A）和OUT-(A)。

AD620差分放大电路的输入是磁阻传感器的差分输出，输出端电压值与两输入端间的相差电压值成线性关系，其关系式如式1所示，式中：为增益放大倍数,其与的关系式如式2所示，的单位为。由增益放大倍数表达式2-2可见，放大电路的放大倍数仅受电阻的影响，因此调整的阻值便可调节电路的放大倍数。实用新型中将信号放大500倍，即调节精密滑阻RP1的值为98.6。

本实施例以CC2530为主控制模块，采用HMC1022为车流量信息采集传感器，采用AD620为差分放大器，对采集到的车流量信号进行放大处理；采用CC2530中的14位A/D转换，将模拟信号转换为数字信号；采用CMOS开关管IRF7105，并由时钟信号控制其导通与截止，以此来产生置位/复位脉冲；采用ZigBee无线通信模块将车流量信息传送到上位机，如供交通管理信息部门查阅，以便了解道路交通情况。

调整信号放大模块的增益倍数G，本***设置G为500，根据相关增益公式，调节精密滑阻使RG为98.6欧姆。

车辆经常磁阻传感器上方时，磁场发生变化，磁场变化转换为电压变化，而电压变化非常微弱且短暂，要求采样频率高，选用的CC2530中的14A/D转换可以满足要求。对于A/D转换模块，需要编写和调试A/D转换程序。

实用新型每50ms有2us脉宽的脉冲电流产生电路，进一步降低频率以节省功耗。由2us脉宽的低电平时钟信号切换开关管IRF7105的导通与截止，控制置位/复位脉冲。置位脉冲由一个1uF的钽电容形成，同时在电源上串联一个200Ω的降压电阻，以减少噪声。IRF7105的输出端通过一个0.1uF的电容接于HMC1022的S/R+端。

将本实用新型产品置于现场进行实验测试，当磁阻传感器检测节点A置于道路中央，车辆从检测节点正上方经过时，检测值从1V跃跳到2.6V左右，检测值变化相当显著，从图7可以清晰看出。当传感器节点测试得到了100辆车，而实际通过车辆为98辆，检测准确率为98%。实践证明，该方法的检测准确率高。如应用于十字路口红绿灯控制，可以大大提高交通***效率。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种高精度道路车流量检测装置，其特征在于：包括主控制模块及与该主控制模块连接的信号放大模块、用于实现与上位机通信的Zigbee无线通信模块，所述信号放大模块连接安装于路面车道上且用于检测是否有车辆经过的的磁阻传感器HMC1022；还包括一用于为整个装置供电的电源管理模块。

2.根据权利要求1所述的高精度道路车流量检测装置，其特征在于：还包括与所述主控制模块连接的复位电路、晶振电路、LCD1602显示模块。

3.根据权利要求1所述的高精度道路车流量检测装置，其特征在于：所述主控制模块采用CC2530芯片，其自带14位A/D转换功能。

4.根据权利要求1所述的高精度道路车流量检测装置，其特征在于：所述信号放大模块采用AD620芯片，以放大磁阻传感器所检测到的微小电压信号。

5.根据权利要求1所述的高精度道路车流量检测装置，其特征在于：所述磁阻传感器还连接有一置位/复位电路。

6.根据权利要求5所述的高精度道路车流量检测装置，其特征在于：所述HMC1022芯片外接+5V电源，并通过0.1μf的瓷片电路滤除高频成分以得到稳定的电压，HMC1022芯片的S/R+（A）引脚经一0.1μf电容接于所述置位/复位电路的CMOS开关管IRF7105的D1引脚，HMC1022芯片的S/R-（A）引脚接地，HMC1022芯片的OUT+(A)、OUT-(A)分别与信号放大模块的第一差分输入端、第二差分输入端相接。

7.根据权利要求1所述的高精度道路车流量检测装置，其特征在于：所述电源管理模块包括5V直流稳压电路和2.5V直流稳压电路。