專利名稱：交通流量、車速測量無線傳感器節(jié)點的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信號采集處理裝置，特別是用于公路汽車流量和行駛速度的測量裝置。
背景技術(shù)：
交通信息采集系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)整體架構(gòu)中的一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，及時準確的路況信息是智能交通系統(tǒng)高效發(fā)揮交通控制作用的基礎(chǔ)。目前常用的車輛檢測器有環(huán)形線圈探測器、微波探測器、超聲波探測器和視頻探測器等。從性價比和高可靠性上來考慮，現(xiàn)在使用最多的仍然是環(huán)形線圈探測器，其技術(shù)成熟，檢測精度高，設(shè)備價格低，可全天候工作，但安裝時需要切割路面，影響路面壽命，并且安裝過程對線圈可靠性和壽命影響很大，安裝和維護比較困難，此外，環(huán)形線圈只能進行單車道測量，多車道測量情況下需要多個傳感器，成本很高。超聲波探測器采用懸掛式安裝，無需破壞路面，測量精度高，可檢測間距很小的車流，其不足是當風(fēng)速過大時無法正常檢測，探頭下方的物體也會產(chǎn)生反射波，造成誤檢。微波探測器在惡劣環(huán)境下仍可正常工作，可以實現(xiàn)多車道檢測。視頻探測器功能強大，圖像直觀，安裝維修不破壞路面，一臺攝像機可以覆蓋6條車道，適用于城市交叉路口的交通控制，但易受惡劣氣候影響，夜間要求為路面提供足夠的亮度。上述目前常用的車輛探測器普遍價額比較昂貴，一般布置在城市交叉路口處，不能反映車輛在遠離交叉路口的路段內(nèi)的行駛情況，而且一些探測器的測量精度還會受到氣候條件的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述不足問題，提供一種交通流量、車速測量無線傳感器節(jié)點，結(jié)構(gòu)簡單、使用安裝方便、價格低廉，不受周圍環(huán)境、氣候的影響，安全可靠。
本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是交通流量、車速測量無線傳感器節(jié)點，由微處理器、傳感器單元、收發(fā)單元及供電單元組成，供電單元分別為微處理器、傳感器單元及收發(fā)單元提供電源，傳感器單元為磁阻傳感器經(jīng)兩級放大器放大信號后輸入至微處理器，微處理器通過自帶的A/D轉(zhuǎn)換器采集傳感器單元的信號，信息經(jīng)處理后發(fā)送至收發(fā)單元，收發(fā)單元將信號發(fā)送到指定處。
所述傳感器單元還裝有刷新脈沖發(fā)生器與磁阻傳感器相連，刷新脈沖發(fā)生器由微處理器控制，用于定期恢復(fù)磁阻傳感器的檢測靈敏度。
所述傳感器單元裝有兩個相距10-15厘米的磁阻傳感器，兩磁阻傳感器各接一個一級放大器一級信號放大，再經(jīng)同一個雙運算二級放大器放大后將信號傳輸至微處理器，微處理器控制一個刷新脈沖發(fā)生器，刷新脈沖發(fā)生器分別與兩磁阻傳感器連接。
微處理器控制程序為第一輛車輛通過，便立即啟動定時器記下車輛通過的時刻，然后采集后端磁場傳感器的輸出信號，車輛檢測算法檢測到車輛后，微處理器停止定時器計時，通過計時器記錄下時間長短，計算出車速的大小，此后，微處理器將采樣頻率降低到初始頻率，重新開始車輛的計數(shù)工作，直至休眠時間結(jié)束。
所述供電單元為一次性鋰電池；一次性鋰電池輸出的電壓經(jīng)直流穩(wěn)壓芯片進行電壓調(diào)整后供電至用電單元。
所述收發(fā)單元為無線收發(fā)單元，采用微功耗射頻芯片nRF905進行無線通信。
所述無線傳感器節(jié)點殼體上帶有粘接膠。
本發(fā)明無線傳感器節(jié)點可以直接用膠粘在車道路面上，由一次性鋰電池供電，測量數(shù)據(jù)通過無線通信單元發(fā)送出去，這樣便極大地簡化了無線傳感器節(jié)點的安裝。由于傳感器節(jié)點靠電池供電，節(jié)能便是一個要著重考慮的問題，因此，本發(fā)明無線傳感器節(jié)點的硬件設(shè)計上盡可能選用了微功耗元器件。
本發(fā)明無線傳感器節(jié)點，可以準確探測汽車流量和行駛速度；利用無線通信技術(shù)完成測量數(shù)據(jù)的傳送，并且依靠電池供電，使得現(xiàn)場安裝非常方便，可以方便地布置在城市街道的各個路段，而不是僅僅局限于交叉路口，并且能夠組織成網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)大范圍監(jiān)測。由于該無線傳感器節(jié)點結(jié)構(gòu)簡單、使用安裝方便、價格低廉，不僅便于生產(chǎn)，而且無線傳感器節(jié)點利用磁阻傳感器探測周圍環(huán)境磁場，當有汽車經(jīng)過時，會探測到一個突變的磁場信號。該無線傳感器節(jié)點一種非接觸測量裝置，價格低廉、測量精度高，不受惡劣氣候條件影響，具有很大的應(yīng)用推廣價值。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明實測得到的車輛通過時磁場信號的變化曲線圖。
圖3為本發(fā)明微處理器控制程序框圖。
圖4為圖3的續(xù)圖。
具體實施例方式如圖1所示的無線傳感器節(jié)點，交通流量、車速測量無線傳感器節(jié)點，由微處理器3、傳感器單元1、收發(fā)單元4及供電單元2組成，供電單元采用電池型號是ER14505的一次性鋰電池5，鋰電池輸出電壓為3.6V，經(jīng)電壓變化集成電路TPS60101的處理轉(zhuǎn)換為3.3V電壓后供微處理器、傳感器單元和無線收發(fā)單元使用，傳感器單元裝有兩個相距10厘米的磁阻傳感器8，磁阻傳感器為美國霍尼威爾公司生產(chǎn)的新型磁阻傳感器HMC1021，兩磁阻傳感器各接一個一級放大器9儀用放大器INA155進行一級信號放大，再經(jīng)同一個雙運算二級放大器7(OPA262)進行二級信號放大后將信號傳輸至微處理器，微處理器控制傳感器單元上的刷新脈沖發(fā)生器6，刷新脈沖發(fā)生器分別與兩磁阻傳感器連接。微處理器為嵌入式MSP430F149，如圖3、4所示，微處理器接收傳感器單元信息經(jīng)處理后發(fā)送至收發(fā)單元，收發(fā)單元將信號發(fā)送到指定處。微處理器控制程序為第一輛車輛通過，便立即啟動定時器記下車輛通過的時刻，然后用1KHz的采樣頻率采集后端磁場傳感器的輸出信號，車輛檢測算法檢測到車輛后，微處理器就停止定時器計時，這樣通過計時器的記錄下的時間長短，便可以計算出車速的大小，此后，微處理器將采樣頻率降低到100Hz，重新開始車輛的計數(shù)工作，直至1分鐘的休眠時間結(jié)束。
收發(fā)單元為無線收發(fā)單元，采用微功耗射頻芯片nRF905及收發(fā)天線10進行無線通信。無線傳感器節(jié)點殼體上帶有粘接膠。
由圖2可知，在沒有車輛經(jīng)過傳感器節(jié)點時，磁場信號在一定的范圍內(nèi)波動，當有車輛經(jīng)過時，磁場信號便會出現(xiàn)明顯的正負脈沖信號。當車輛正向通過傳感器節(jié)點時，磁場信號先出現(xiàn)正向脈沖，并緊隨一個反向脈沖，而當車輛反向通過時正負脈沖出現(xiàn)的次序相反。
本發(fā)明核心為低功耗嵌入式微處理器MSP430F149，它對基于磁阻傳感器HMC1021的傳感單元的輸出信號進行數(shù)模變化，并對采集的信號進行分析處理，獲得汽車流量、平均車速等信息，然后通過無線收發(fā)單元將分析結(jié)果發(fā)送出去。無線射頻單元的核心器件為nRF905，它能實現(xiàn)無線通信網(wǎng)絡(luò)的物理層功能，對從微處理器傳送來的數(shù)據(jù)進行打包，添加控制字頭和冗余校驗碼，并在ISM波段完成比特?zé)o線發(fā)送。磁阻傳感器HMC1021為美國霍尼威爾公司生產(chǎn)的新型磁阻傳感器，其傳感機構(gòu)為一個由磁敏電阻構(gòu)成的四臂惠斯通電橋，可將磁場轉(zhuǎn)換為差動輸出電壓，它可以檢測低至85微高斯的磁場，測量范圍是±6高斯。既能滿足高精度，高可靠性的要求，又具有微小的芯片體積和很小的功耗。儀用放大器INA155可以對HMC1021輸出的差動信號進行放大，并將差分信號轉(zhuǎn)換為單端輸出信號，從而可以進一步被微功耗運算放大器OPA262進一步放大。由圖1可見，一個車輛檢測無線傳感器節(jié)點配置有兩個HMC1021磁阻傳感器，一個位于無線傳感器節(jié)點的前端，另一個位于后端，二者相距10厘米，這樣設(shè)置的目的是為了實現(xiàn)車速測量。由于OPA262為雙運放，這樣兩路磁場信號分別使用該OPA262的一個運放實現(xiàn)二次放大，節(jié)省了使用的運放芯片的個數(shù)。經(jīng)OPA262放大后的磁場信號被送入MSP430F149自帶的A/D轉(zhuǎn)換器，在檢測程序的控制下被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理算法的處理，獲得車流量和車速信息，并發(fā)送給無線收發(fā)單元。
無線傳感器節(jié)點的測量結(jié)果通過由nRF905組成的無線收發(fā)單元發(fā)送出去，由于采用了無線通信方式，鄰近的無線傳感器節(jié)點可以組織成網(wǎng)絡(luò)，這不僅能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍測量，而且有助于簡化無線傳感器節(jié)點回傳測量數(shù)據(jù)的程序設(shè)計。在本發(fā)明中，nRF905被配置工作于433MHz頻段，這一頻段無需申請，可自由使用。nRF905本身為微功耗芯片，但在本無線傳感器節(jié)點中仍然是耗能的主要元件。無線通信單元在收發(fā)數(shù)據(jù)和處于空閑狀態(tài)時會消耗較多的能量，因此，微處理器會在不使用無線通信單元時，將nRF905設(shè)置為休眠狀態(tài)，實現(xiàn)節(jié)能。
由于磁阻傳感器在使用一段時間后，或是受到高磁場強度的影響，檢測靈敏度會大大下降，從而影響車輛檢測的精度。本發(fā)明中裝有一個刷新脈沖發(fā)生器，在微處理器的控制下可以產(chǎn)生一個短暫的電流脈沖，經(jīng)過該電流脈沖的作用，磁阻傳感器可以重新恢復(fù)高的測量靈敏度。
下面是一小段源程序P1OUT&＝~TRX_CE；TimerA_Flag＝0；
CCRO＝6555；Standby_Mode()；Send_Mode()；TxAdress()；SendData(Message)；P1OUT|＝TRX_CE；Delay_us(50)；P1OUT&＝~TRX_CE；Delay_us(800)；while((P2IN&0x04)＝＝0)；Power_Off()；P6OUT&＝~TX；。
權(quán)利要求
1.交通流量、車速測量無線傳感器節(jié)點，其特征是其由微處理器(3)、傳感器單元(1)、收發(fā)單元(4)及供電單元(2)組成，供電單元分別為微處理器、傳感器單元及收發(fā)單元提供電源，傳感器單元為磁阻傳感器(8)經(jīng)兩級放大器放大信號后輸入至微處理器，微處理器通過自帶的A/D轉(zhuǎn)換器采集傳感器單元的信號，信息經(jīng)處理后發(fā)送至收發(fā)單元，收發(fā)單元將信號發(fā)送到指定處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交通流量、車速測量無線傳感器節(jié)點，其特征是傳感器單元還裝有刷新脈沖發(fā)生器(6)與磁阻傳感器相連，刷新脈沖發(fā)生器由微處理器控制，用于定期恢復(fù)磁阻傳感器的檢測靈敏度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交通流量、車速測量無線傳感器節(jié)點，其特征是傳感器單元(1)裝有兩個相距10-15厘米的磁阻傳感器(8)，兩磁阻傳感器各接一個一級放大器(9)一級信號放大，再經(jīng)同一個雙運算二級放大器(7)放大后將信號傳輸至微處理器(3)，微處理器控制一個刷新脈沖發(fā)生器(6)，刷新脈沖發(fā)生器分別與兩磁阻傳感器連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交通流量、車速測量無線傳感器節(jié)點，其特征是微處理器控制程序為第一輛車輛通過，便立即啟動定時器記下車輛通過的時刻，然后采集后端磁場傳感器的輸出信號，車輛檢測算法檢測到車輛后，微處理器就停止定時器計時，通過計時器記錄下時間長短，計算出車速的大小，此后，微處理器將采樣頻率降低到初始頻率，重新開始車輛的計數(shù)工作，直至休眠時間結(jié)束。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交通流量、車速測量無線傳感器節(jié)點，其特征是供電單元(2)電源為一次性鋰電池(5)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的交通流量、車速測量無線傳感器節(jié)點，其特征是一次性鋰電池輸出的電壓經(jīng)直流穩(wěn)壓芯片進行電壓調(diào)整后供電至用電單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交通流量、車速測量無線傳感器節(jié)點，其特征是收發(fā)單元(4)為無線收發(fā)單元，采用微功耗射頻芯片nRF905進行無線通信。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交通流量、車速測量無線傳感器節(jié)點，其特征是無線傳感器節(jié)點殼體上帶有粘接膠。
全文摘要
本發(fā)明涉及信號采集處理裝置，交通流量、車速測量無線傳感器節(jié)點，其特征是其由微處理器、傳感器單元、收發(fā)單元及供電單元組成，供電單元分別為微處理器、傳感器單元及收發(fā)單元提供電源，傳感器單元為磁阻傳感器經(jīng)兩級放大器放大信號后輸入至微處理器，微處理器通過自帶的A/D轉(zhuǎn)換器采集傳感器單元的信號，信息經(jīng)處理后發(fā)送至收發(fā)單元，收發(fā)單元將信號發(fā)送到指定處。本發(fā)明無線傳感器節(jié)點，結(jié)構(gòu)簡單、使用安裝方便、價格低廉，非接觸測量、測量精度高，能夠組織成網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)大范圍監(jiān)測，不受惡劣氣候條件影響，具有很大的應(yīng)用推廣價值。
文檔編號G08C17/02GK101025863SQ20071001008
公開日2007年8月29日 申請日期2007年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月16日
發(fā)明者王瑩, 李世寬 申請人:大連大顯集團有限公司