本實(shí)用新型涉及智能交通領(lǐng)域，尤其涉及一種無線車輛檢測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國內(nèi)機(jī)動車輛數(shù)量增長迅速，為城市交通帶來了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。為提高交通運(yùn)輸效率，保障交通安全，緩解交通擁擠，保證城市交通暢通舒適，需要利用交通信息檢測系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)測交通狀況，以便進(jìn)行交通統(tǒng)計和管理。

目前，國內(nèi)使用較多的車輛檢測方法為地感線圈檢測，其需要在車道上切割環(huán)形線槽，然后埋設(shè)感應(yīng)線圈，車輛通過時感應(yīng)線圈會發(fā)出信號給相應(yīng)設(shè)備。但該種方法由于需要在地下埋設(shè)感應(yīng)線圈，施工難度較大，安裝成本高，且線圈使用壽命較短。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是對人類生活方式產(chǎn)生重大變革的新興技術(shù)之一，近年來興起的無線地磁車輛檢測是無線傳感器網(wǎng)路技術(shù)的典型應(yīng)用之一，其利用車輛本身含有的鐵磁物質(zhì)對車輛存在區(qū)域地磁信號產(chǎn)生的影響，當(dāng)車輛經(jīng)過傳感器附近，傳感器能靈敏感知信號的變化，經(jīng)信號分析就可以得到檢測目標(biāo)的相關(guān)信息。但由于各種技術(shù)限制，現(xiàn)有基于地磁原理的無線車輛檢測系統(tǒng)還存在以下不足：(1)及時性風(fēng)險：由于車輛經(jīng)過地磁檢測范圍的時間通常為毫秒級別，受限于采樣頻率、算法處理速度以及檢測器與接收器的距離等因素，各設(shè)備間時間同步性較差，導(dǎo)致無法及時上傳車輛信息：(2)準(zhǔn)確性風(fēng)險(低速漏檢風(fēng)險)：在出現(xiàn)低速粘連現(xiàn)象時，易將兩輛車判為一輛車，造成漏檢；(3)整體功耗較高，影響通訊穩(wěn)定性，使用壽命較短；(4)路口施工難度加大，安裝維護(hù)不方便，設(shè)備防護(hù)等級不夠；(5)兼容性不強(qiáng)，為適配不同信號機(jī)廠家的要求，需經(jīng)常修改通信協(xié)議，如有的廠家采用RS485通信方式，有的采用RS232通信方式。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有無線車輛檢測系統(tǒng)存在的上述不足，本實(shí)用新型提供一種無線車輛檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用多項(xiàng)低功耗技術(shù)，檢測準(zhǔn)確率高，信號傳輸能力強(qiáng)，時間同步性好，設(shè)備使用壽命長，安裝維護(hù)便捷。

一種無線車輛檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)按照數(shù)據(jù)流方向依次包括地磁感應(yīng)檢測器，中繼器，接收器和信號轉(zhuǎn)換器；或者當(dāng)近距離傳輸時，該系統(tǒng)按照數(shù)據(jù)流方向依次包括地磁感應(yīng)檢測器，接收器和信號轉(zhuǎn)換器；其中：

所述地磁感應(yīng)檢測器包括蜂窩型外殼和檢測器主體，所述檢測器主體包括前端地磁傳感模塊、低功耗單片機(jī)模塊、電源管理模塊和低功耗無線通信模塊，所述單片機(jī)模塊與所述前端地磁傳感模塊和無線通信模塊雙向通信連接；其中，前端地磁傳感模塊包括三軸磁阻傳感器、放大電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述低功耗單片機(jī)模塊包括集成多跳時間同步算法的MSP430F5438單片機(jī)；所述電源管理模塊包括三節(jié)鋰亞柱形電池，為所述前端地磁傳感模塊、單片機(jī)模塊和無線通信模塊供電，并由所述單片機(jī)檢測電池使用情況；所述低功耗無線通信模塊包括AT86RF233 2.4GHz IEEE 802.15.4無線電收發(fā)器和天線，用于和上端設(shè)備建立雙向通信；

所述中繼器包括低功耗單片機(jī)模塊、電源管理模塊和低功耗無線通信模塊，所述單片機(jī)模塊與所述無線通信模塊雙向通信連接；所述低功耗單片機(jī)模塊包括集成多跳時間同步算法的MSP430F5438單片機(jī)；所述電源管理模塊包括鋰亞柱形電池供電模塊，太陽能供電模塊和充電模塊，為所述單片機(jī)模塊和無線通信模塊供電，其中鋰亞柱形電池供電模塊包括三節(jié)鋰亞柱形電池；所述低功耗無線通信模塊包括AT86RF233 2.4GHz IEEE 802.15.4無線電收發(fā)器和天線，該中繼器整體具有360°可調(diào)球頭，用于和上下端設(shè)備建立雙向通信；

所述接收器包括單片機(jī)模塊、POE供電模塊、USB存儲模塊、Zigbee無線通信模塊、RS485通信模塊、LAN通信模塊和3G/4G通信模塊；其中單片機(jī)模塊采用基于ARM9的AT91SAM9260，集成多跳時間同步算法；所述POE供電模塊由上端信號轉(zhuǎn)換器或路由器直接供電；所述Zigbee無線通信模塊、RS485通信模塊、LAN通信模塊和3G通信模塊與所述單片機(jī)模塊雙向通信連接，用于傳輸數(shù)據(jù)；

所述信號轉(zhuǎn)換器包括低功耗單片機(jī)模塊、RS232/RS485通信模塊、LED顯示模塊、開關(guān)量/電平量輸入模塊、SD卡存儲模塊、串口通信模塊和電源管理模塊；所述低功耗單片機(jī)模塊包括MSP430F5438單片機(jī)；所述LED顯示模塊包括用于提示信息的LED燈；所述開關(guān)量/電平量輸入模塊將信息以開關(guān)量或電平量的方式輸出；所述RS232/RS485通信模塊和所述串口通信模塊與所述單片機(jī)模塊雙向通信連接，用于向上下端設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，所述天線類型為微帶貼片天線。

優(yōu)選地，所述地磁感應(yīng)檢測器和中繼器的PCB為方形。

優(yōu)選地，所述地磁感應(yīng)檢測器、中繼器和接收器的天線頻帶為2400-2483.5MHz。

優(yōu)選地，所述接收器還包括GPRS定位模塊。

優(yōu)選地，所述地磁感應(yīng)檢測器和中繼器的電源管理模塊匹配雙容量電池，工作電壓3.7V。

優(yōu)選地，所述接收器和信號轉(zhuǎn)換器的電源管理模塊采用DC48V輸入電壓。

優(yōu)選地，所述地磁感應(yīng)檢測器、中繼器和接收器的Zigbee無線通信協(xié)議2.4GHz的ISM頻段為16信道，每個信道帶寬2MHz，傳輸速率250Kbps。

優(yōu)選地，所述無線地磁車輛流量檢測器具有橫截面為圓形的防水罩，以便安裝于圓形安裝孔內(nèi)；所述中繼器整體具有360°可調(diào)球頭，以便實(shí)現(xiàn)最佳無線信號匹配角度。

優(yōu)選地，該系統(tǒng)適用于路口交通流采集、路段車速采集和占道停車檢測。

與現(xiàn)有車輛檢測系統(tǒng)相比，本實(shí)用新型具有如下有益效果：

(1)充分考慮實(shí)際交通路面壓強(qiáng)大的特點(diǎn)，檢測器采用獨(dú)特的蜂窩型外形設(shè)計，將設(shè)備防護(hù)等級提高至IP67，可有效降低因意外因素導(dǎo)致的故障和損壞機(jī)率。

(2)采用低功耗單機(jī)片模塊、無線通信模塊及低功耗無線傳輸協(xié)議(Zigbee無線通信協(xié)議)等多項(xiàng)低功耗技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了超低功耗信號檢測和傳輸，有效保障通信穩(wěn)定性，延長了設(shè)備使用壽命。

(3)單機(jī)片集成多跳時間同步算法，有效減少時間同步誤差，建立時間同步體系。

(4)地磁感應(yīng)檢測器和中繼器的PCB采用方形設(shè)計，能更好匹配天線參數(shù)；地磁感應(yīng)檢測器還具有橫截面為圓形的防水罩，以便安裝于圓形安裝孔內(nèi)；中繼器整體具360°可調(diào)球頭，可實(shí)現(xiàn)最佳無線信號匹配角度，信號傳輸性能強(qiáng)；

(5)中繼器采用鋰亞柱形電池獨(dú)立供電為主，同時支持太陽能供電和充電；接收器可選用信號轉(zhuǎn)換器供電，還可經(jīng)路由器直接供電，供電方式靈活多樣，兼容性強(qiáng)；電源管理模塊匹配雙容量電池，可滿足不同使用年限的需求。

(6)信號轉(zhuǎn)化器兼容多種信號輸出方式，無需修改通信協(xié)議，即可完美適配不同信號機(jī)廠家的需求。

(7)特設(shè)USB和SD卡儲存模塊，方便信息存儲和攜帶。

(8)施工難度小，安裝維護(hù)便捷，適用于多種路口交通流量采集、路段車速采集、占道停車檢測等多種場合。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型無線車輛檢測系統(tǒng)組成和工作原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，詳細(xì)說明本實(shí)用新型的一個具體實(shí)施例，但不對本實(shí)用新型的權(quán)利要求做任何限定。

如圖1所示，本實(shí)施例無線車輛檢測系統(tǒng)包括地磁感應(yīng)檢測器，中繼器，接收器和信號轉(zhuǎn)換器：

地磁感應(yīng)檢測器，外形尺寸7.6cm(L)×7.6cm(W)×5.6cm(H)，重量0.3kg，包括蜂窩型外殼和檢測器主體，整體還具有一個橫截面為圓形的防水罩，檢測器主體包括前端地磁傳感模塊、低功耗單片機(jī)模塊、電源管理模塊和低功耗無線通信模塊，PCB尺寸為53mm*54mm，單片機(jī)模塊與前端地磁傳感模塊和無線通信模塊雙向通信連接；其中，前端地磁傳感模塊包括Honeywell三軸磁阻傳感器、放大電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，低功耗單片機(jī)模塊包括集成多跳時間同步算法的MSP430F5438單片機(jī)及其最小系統(tǒng)；電源管理模塊包括三節(jié)鋰亞柱形電池，電池容量8.1ah，工作電壓3.7V，功率2mW，為前端地磁傳感模塊、單片機(jī)模塊和無線通信模塊供電，并由單片機(jī)檢測電池使用情況；低功耗無線通信模塊包括AT86RF233 2.4GHz IEEE 802.15.4無線電收發(fā)器和微帶貼片天線，頻帶寬度2400-2483.5MHz，天線范圍±60°，所選用的天線為波瓣為120°的定向天線，天線范圍±60°，Zigbee無線通信協(xié)議2.4GHz的ISM頻段為16信道，每個信道帶寬2MHz，傳輸速率為250kbps，最大輸出功率為4dBm。

中繼器，外形尺寸為11.5cm(L)×7.5cm(W)×16cm(H)，包括低功耗單片機(jī)模塊、電源管理模塊和低功耗無線通信模塊，PCB尺寸為85mm*75mm；低功耗單片機(jī)模塊包括MSP430F5438單片機(jī)及其最小系統(tǒng)，集成多跳時間同步算法；電源管理模塊包括鋰亞柱形電池供電模塊，太陽能供電模塊和充電模塊，為單片機(jī)模塊和無線通信模塊供電，其中鋰亞柱形電池供電模塊包括三節(jié)鋰亞柱形電池，容量容量57ah或171ah，工作電壓3.7V，功率13mW；太陽能供電模塊包括太陽能電池組件、太陽能控制器和蓄電池；充電模塊包括充電接口，與該接口電性連接的充電電路，設(shè)置于充電電路上的充電電池以及與充電電路電性連接的控制電路；低功耗無線通信模塊包括AT86RF2332.4GHz IEEE 802.15.4無線電收發(fā)器和天線，該中繼器整體具有360°可調(diào)球頭，頻帶寬度2400-2483.5MHz，所選用的天線為波瓣為120°的定向天線，天線范圍為±60°，Zigbee無線通信協(xié)議2.4GHz的ISM頻段為16信道，每個信道帶寬2MHz，傳輸速率為250kbps，最大輸出功率為4dBm。

接收器，外形尺寸為20cm(L)×15cm(W)×7.5cm(H)，包括單片機(jī)模塊、POE供電模塊、USB存儲模塊、Zigbee無線通信模塊、RS485通信模塊、LAN通信模塊和3G/4G通信模塊；其中單片機(jī)模塊采用基于ARM9的AT91SAM9260，集成多跳時間同步算法；POE供電模塊由上端信號轉(zhuǎn)換器或路由器直接供電，輸入電壓DC48V；Zigbee無線通信模塊(采用AT86RF233)、RS485通信模塊、LAN通信模塊和3G通信模塊與單片機(jī)模塊雙向通信；USB存儲模塊可將交通流信息按照不同分類進(jìn)行儲存，方便攜帶；Zigbee無線通信協(xié)議2.4GHz的ISM頻段為16信道，每個信道帶寬2MHz，傳輸速率為250kbps，最大輸出功率為4dBm。

信號轉(zhuǎn)換器，外形尺寸23cm(L)×13.4cm(W)×4cm(H)，包括低功耗單片機(jī)模塊、RS232/RS485通信模塊、LED顯示模塊、開關(guān)量/電平量輸入模塊、SD卡存儲模塊、串口通信模塊、GPRS定位模塊和電源管理模塊；低功耗單片機(jī)模塊包括MSP430F5438單片機(jī)及其最小系統(tǒng)；LED顯示模塊包括用于提示信息的LED燈；電源管理模塊輸入電壓為DC48V，功率25W；RS232/RS485通信模塊和串口通信模塊與單片機(jī)模塊雙向通信連接；SD卡存儲模塊用于將交通流信息按不同分類存儲在SD卡中，方便攜帶；檢測通道24路，可級聯(lián)擴(kuò)展至128路；通過RS485通信模塊級聯(lián)16個信號轉(zhuǎn)換器，并可通過撥碼開關(guān)設(shè)置不同的通信地址。

以檢測路口實(shí)時交通流量為例，該檢測系統(tǒng)工作過程如下：

(1)當(dāng)車輛通過路口時，地磁感應(yīng)檢測器中的三軸磁阻傳感器檢測大地磁場磁通量的變化，經(jīng)放大電路放大，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后將對應(yīng)于變化量的電信號傳輸給低功耗單片機(jī)模塊；單片機(jī)接收到電信號后采用多跳時間同步算法處理數(shù)據(jù)，記錄故障信息，與前端地磁傳感模塊和無線通信模塊雙向通信，管理和協(xié)調(diào)各模塊工作；單片機(jī)將分析處理后的數(shù)據(jù)(交通流信息、故障信息和電池使用信息等)傳輸給低功耗無線通信模塊，再由該模塊傳輸至中繼器，同時接收由接收器或中繼器下發(fā)的對時、參數(shù)修改、系統(tǒng)升級等指令。

(2)中繼器的單片機(jī)模塊采用多跳時間同步算法處理數(shù)據(jù)，記錄故障信息，管理和協(xié)調(diào)電源管理模塊和無線通信模塊的工作；單機(jī)片將中轉(zhuǎn)信息(包括交通流信息、故障信息和電池使用情況等)傳輸給無線通信模塊，最后發(fā)送至接收器，同時轉(zhuǎn)發(fā)由接收器下發(fā)的對時、參數(shù)修改、系統(tǒng)升級等指令；該過程由鋰亞柱形電池供電，同時支持太陽能供電，還可通過充電接口充電；該中繼器可兩級級聯(lián)使用。

(3)接收器接收來自中繼器的交通流信息，單機(jī)片模塊利用多跳時間同步算法處理數(shù)據(jù)，記錄故障信息，向信號轉(zhuǎn)換器或平臺發(fā)送給交通流信息，并向檢測器或中繼器下發(fā)配置指令(如對時、復(fù)位等信息)；Zigbee無線通信模塊主要用于與外界通信，發(fā)送檢測數(shù)據(jù)；RS485通信模塊與信號轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；LAN通信模塊通過網(wǎng)絡(luò)連接方式將交通流信息發(fā)送至交通管理(交警指揮中心)平臺；3G/4G通信模塊可在不方便接通網(wǎng)絡(luò)的路口直接將數(shù)據(jù)通過3G/4G發(fā)送至遠(yuǎn)程服務(wù)器，支持GPRS定位；該過程由信號轉(zhuǎn)換器供電，也可由路由器供電。

(4)信號轉(zhuǎn)換器將接收到的信息轉(zhuǎn)換為三種類型輸出：RS232/RS485、開關(guān)量、電平量；單片機(jī)模塊管理和協(xié)調(diào)各部分工作，并通過RS232/RS485通信模塊與接收器通信，傳輸交通流信息，發(fā)送指令，并通過LED燈指示有無車輛通過；通過RS232/RS485通信模塊可與不同信號機(jī)供應(yīng)商提供的通信協(xié)議進(jìn)行對接；通過串口通信模塊與其他設(shè)備(如計算機(jī)、信號機(jī)等)通信；通過3G/4G通信模塊向交通指揮中心回傳檢測數(shù)據(jù)。

可以理解的是，以上關(guān)于本實(shí)用新型的具體描述，僅用于說明本實(shí)用新型而并非受限于本實(shí)用新型實(shí)施例所描述的技術(shù)方案。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對本實(shí)用新型進(jìn)行修改或等同替換，以達(dá)到相同的技術(shù)效果；只要滿足使用需要，都在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。