两个磁传感器同时测量交通流量和车辆速度的装置和方法
专利汇可以提供两个磁传感器同时测量交通流量和车辆速度的装置和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及 传感器 技术领域，特别是一种使用两个 磁传感器 同时测量交通流量和车辆速度的装置和方法。装置包括；磁传感器、 运算 放大器 、 电压 比较器、 单片机 。方法包括：测量交通流量工作模式、测量车辆速度工作模式和同时测量交通流量和车辆速度的工作模式三种模式。本发明通过磁传感器测量 汽车 经过时引起的 磁场 变化来测量汽车经过信息，统计道路交通流量。同时，它也可以通过测量汽车经过两个磁传感器时分别引起磁场变化的时间差，结合两个磁传感器之间的距离，获得车辆的行驶速度。这样的测量装置同时可以测量道路交通流量和车辆速度，而不需要使用两个测量装置。本 节点 装置采用低功耗元器件，并使用了一系列低功耗技术。，下面是两个磁传感器同时测量交通流量和车辆速度的装置和方法专利的具体信息内容。
1.一种两个磁传感器同时测量交通流量和车辆速度的装置，其特征 在于，该装置包括：
用于采集汽车经过时引起的磁场变化信息的第一磁传感器和第二磁 传感器；
负责将第一磁传感器和第二磁传感器产生的电压信号放大送给单片 机AD转换器处理的第一运算放大器和第二运算放大器；
将第一运算放大器和第二运算放大器的模拟信号转换为电压跳变，使 单片机能够测量两个磁传感器达到同一电压的时间间隔的第一电压比较 器和第二电压比较器；
以及包含AD转换器，负责采集第一运算放大器和第二运算放大器送 来的磁场变化信息及第一电压比较器和第二电压比较器送来的两个磁传 感器达到同一电压的时间间隔，并计算道路汽车流量和车速信息，将计算 得到的信息发送给射频模块的单片机；
所述第一磁传感器通过第一运算放大器间接与单片机连接，第二磁传 感器通过第二运算放大器间接与单片机连接，第一运算放大器还通过第一 电压比较器间接与单片机连接，第二运算放大器还通过第二电压比较器间 接与单片机连接。
2.根据权利要求1所述的两个磁传感器同时测量交通流量和车辆速 度的装置，其特征在于，该装置还包括无线射频模块和天线，通过射频模 块，将单片机送来的流量和车速信息通过天线发送出给无线基站节点。
3.一种两个磁传感器同时测量交通流量和车辆速度的方法，具有测量 交通流量工作模式、测量车辆速度工作模式和同时测量交通流量和车辆速 度的工作模式三种模式
在测量交通流量的工作模式中，第一磁传感器和第一运算放大器工 作，第二磁传感器和第二运算放大器不工作，第一磁传感器采集汽车经过 时引起的磁场变化，将磁场变化转化为电压信号经过第一运算放大器放大 后把数据传递给内置AD转换器的单片机；
在测量车辆速度的工作模式中，两个磁传感器和两个运算放大器同时 工作，节点上的两个磁传感器顺着道路行车方向顺序排列，第一磁传感器 在前，第二磁传感器在后，相隔一个固定的距离L，经过运算放大器放大 后的信号直接送入电压比较器中，与一个基准电压相比较，不送入单片机 进行AD转换，当运算放大器输出的电压小于基准电压的时候，电压比较 器输出为低电压；当运算放大器输出的电压大于基准电压时，电压比较器 输出为高电压；
在同时测量交通流量和车辆速度的工作模式时，单片机以每5分钟 为一个周期，在每辆车经过节点时测量车辆的行驶速度，同时给车辆计数 器加1，5分钟时间到以后，单片机统计车辆运行平均速度和这5分钟内 经过的车辆数量，然后将数据通过射频模块发送给无线基站节点，在统计 道路交通流量时以一次两个电压比较器都输出上升沿车辆计数器计数一 次。
4.根据权利要求3所述的两个磁传感器同时测量交通流量和车辆速 度的方法，其特征在于，单片机每隔1/20秒进行一次AD转换，采集一 次磁传感器的电压信号，并与采集到的电压信号与没有汽车经过的正常 信号相比较，一次正常信号——高电压信号——正常信号的转化过程被认 为是一辆汽车经过。
5.根据权利要求3所述的两个磁传感器同时测量交通流量和车辆速 度的方法，其特征在于，单片机测量第一电压比较器和第二电压比较器分 别由低电压转化为高电压的脉冲时间差T，再根据第一磁传感器和第二磁 传感器之间的距离L除以时间差T就可以获得汽车车速信息，为了准确测 量车辆同一部位经过两个磁传感器的时间，电压比较器将两个运算放大器 放大的电压信号和同一个基准电压相比较。
6.根据权利要求3至5任一项所述的两个磁传感器同时测量交通流 量和车辆速度的方法，其特征在于，采用无线射频输出的方法将采集到的 数据输出，单片机每隔5分钟将采集获得的数据送给无线射频模块，节点 通过无线射频方式将采集到的数据发送给路边的无线基站节点，无线基站 节点再将数据通过有线方式传送到交通信息处理中心处理。
7.根据权利要求6所述的两个磁传感器同时测量交通流量和车辆速 度的方法，其特征在于，无线射频模块工作在915MHz的频率上，带宽 为38.4KHz。
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，特别是一种使用两个磁传感器同时测 量交通流量和车辆速度的装置和方法。
背景技术
智能交通系统需要先进的交通流量信息采集装置。目前我国道路交 通汽车流量信息的采集主要是通过在道路下面埋设电感线圈，检测汽车 经过时引起的磁场变化信息来完成。电感线圈体积庞大，埋设时对路面 破坏严重，而且成本较高。目前研究中的方案还有通过视频监控系统智 能识别车辆信息的方法，但是技术还不成熟，不能用于实际应用。使用 无线传感器网络(Wireless Sensor Networks)节点结合磁传感器(Magnetic Sensor)在公路下面检测车辆经过信息，具有对路面破坏小，成本低廉等 优点，是未来的发展方向。
智能交通系统经常需要同时检测道路交通流量信息和平均车速信 息来判断道路的阻塞情况。目前车速的检测主要依靠车辆测速雷达或者 超声波测速仪来完成。这些检测仪器不但成本高昂，而且都与道路交通 流量检测装置分离，采集道路交通信息很不方便。
发明内容
本发明的节点装置使用两个磁传感器来检测车辆经过时引起的磁场 变化，通过测量车辆分别经过两个磁传感器引起磁场变化的时间间隔， 再根据两个磁传感器之间的距离获得车辆行驶速度。同时本装置采用电 池供电，使用无线射频输出将采集到的数据传送出去，具有体积小、对 路面破坏小、能够同时测量车辆行驶速度和道路交通流量等优点。
为实现上述目的，本发明提供了一种两个磁传感器同时测量交通流 量和车辆速度的装置，该装置包括：
用于采集汽车经过时引起的磁场变化信息的第一磁传感器和第二磁 传感器；
负责将第一磁传感器和第二磁传感器产生的电压信号放大送给单片 机AD转换器处理的第一运算放大器和第二运算放大器；
将第一运算放大器和第二运算放大器的模拟信号转换为电压跳变， 使单片机能够测量两个磁传感器达到同一电压的时间间隔的第一电压比 较器和第二电压比较器；
以及包含AD转换器，负责采集第一运算放大器和第二运算放大器 送来的磁场变化信息及第一电压比较器和第二电压比较器送来的两个磁 传感器达到同一电压的时间间隔，并计算道路汽车流量和车速信息，将 计算得到的信息发送给射频模块的单片机；
所述第一磁传感器通过第一运算放大器间接与单片机连接，第二磁 传感器通过第二运算放大器间接与单片机连接，第一运算放大器还通过 第一电压比较器间接与单片机连接，第二运算放大器还通过第二电压比 较器间接与单片机连接。
该装置还包括无线射频模块和天线，通过射频模块，将单片机送来 的流量和车速信息通过天线发送出给无线基站节点。
本发明还提供了一种两个磁传感器同时测量交通流量和车辆速度的 方法，具有测量交通流量工作模式、测量车辆速度工作模式和同时测量 交通流量和车辆速度的工作模式三种模式；
在测量交通流量的工作模式中，第一磁传感器和第一运算放大器工 作，第二磁传感器和第二运算放大器不工作，第一磁传感器采集汽车经 过时引起的磁场变化，将磁场变化转化为电压信号经过第一运算放大器 放大后把数据传递给内置AD转换器的单片机；
在测量车辆速度的工作模式中，两个磁传感器和两个运算放大器同 时工作，节点上的两个磁传感器顺着道路行车方向顺序排列，第一磁传 感器在前，第二磁传感器在后，相隔一个固定的距离L，经过运算放大 器放大后的信号直接送入电压比较器中，与一个基准电压相比较，不送 入单片机进行AD转换，当运算放大器输出的电压小于基准电压的时候， 电压比较器输出为低电压；当运算放大器输出的电压大于基准电压时， 电压比较器输出为高电压；
在同时测量交通流量和车辆速度的工作模式时，单片机以每5分钟 为一个周期，在每辆车经过节点时测量车辆的行驶速度，同时给车辆计 数器加1，5分钟时间到以后，单片机统计车辆运行平均速度和这5分钟 内经过的车辆数量，然后将数据通过射频模块发送给无线基站节点，在 统计道路交通流量时以一次两个电压比较器都输出上升沿车辆计数器计 数一次。
单片机每隔1/20秒进行一次AD转换，采集一次磁传感器的电压信 号，并与采集到的电压信号与没有汽车经过的正常信号相比较，一次正 常信号——高电压信号——正常信号的转化过程被认为是一辆汽车经 过。
单片机测量第一电压比较器和第二电压比较器分别由低电压转化为 高电压的脉冲时间差T，再根据第一磁传感器和第二磁传感器之间的距 离L除以时间差T就可以获得汽车车速信息，为了准确测量车辆同一部位 经过两个磁传感器的时间，电压比较器将两个运算放大器放大的电压信 号和同一个基准电压相比较。
采用无线射频输出的方法将采集到的数据输出，单片机每隔5分钟 将采集获得的数据送给无线射频模块，节点通过无线射频方式将采集到 的数据发送给路边的无线基站节点，无线基站节点再将数据通过有线方 式传送到交通信息处理中心处理。
无线射频模块工作在915MHz的频率上，带宽为38.4KHz。
现代汽车设计一般都使用了大量钢铁材料。将反应灵敏的磁传感器 埋藏在公路下面的时候，只要汽车从公路上方经过，都会引起磁场变化， 被磁传感器检测到。现代的磁传感器一般为模拟传感器，可以迅速的将 周围磁场的信号转化为电压信号，反应十分迅速。
本发明的节点装置具有体积小、成本低、功耗少等特点。
附图说明
图1为道路交通流量和车速测量节点装置框图。
图2为电压比较器输出上升沿变化。
具体实施方式
整个基于使用两个磁传感器同时测量交通流量和车辆速度的节点装 置有测量交通流量工作模式、测量车辆速度工作模式和同时测量交通流 量和车辆速度的工作模式三种模式。
图1中，在测量交通流量的工作模式中，第一磁传感器和第一运算 放大器工作，第二磁传感器和第二运算放大器不工作。第一磁传感器采 集汽车经过时引起的磁场变化，将磁场变化转化为电压信号经过第一运 算放大器放大后把数据传递给内置AD转换器的单片机。单片机每隔 1/20秒进行一次AD转换，采集一次磁传感器的电压信号，并与采集到 的电压信号与没有汽车经过的正常信号相比较。一次正常信号——高电 压信号——正常信号的转化过程被认为是一辆汽车经过。
在测量车辆速度的工作模式中，两个磁传感器和两个运算放大器同 时工作。节点上的两个磁传感器顺着道路行车方向顺序排列，第一磁传 感器在前，第二磁传感器在后，相隔一个固定的距离L。两个磁传感器 将磁场变化转换为的电压信号因为十分微弱，必须经过运算放大器放大 后才能处理。经过运算放大器放大后的信号直接送入电压比较器中，与 一个基准电压相比较，不送入单片机进行AD转换。当运算放大器输出 的电压小于基准电压的时候，电压比较器输出为低电压；当运算放大器 输出的电压大于基准电压时，电压比较器输出为高电压。单片机测量第 一电压比较器和第二电压比较器分别由低电压转化为高电压的脉冲时间 差T，如图2所示。再除以第一磁传感器和第二磁传感器之间的距离L 除以时间差T就可以获得汽车车速信息。为了准确测量车辆同一部位经 过两个磁传感器的时间，电压比较器将两个运算放大器放大的电压信号 和同一个基准电压相比较。
当工作在同时测量交通流量和车辆速度的工作模式时，单片机以每 5分钟为一个周期，在每辆车经过节点时测量车辆的行驶速度，同时给 车辆计数器加1。5分钟时间到以后，单片机统计车辆运行平均速度和这 5分钟内经过的车辆数量，然后将数据通过射频模块发送给无线基站节 点。在统计道路交通流量时以一次两个电压比较器都输出上升沿车辆计 数器计数一次。
因为本测量节点装置要埋在公路下面，测量获得的信号输出就很重 要。如果采取有线方式输出，需要破坏公路埋设通信线路，对公路破坏 大，施工成本高。本设计采用了无线射频输出的方法将采集到的数据输 出。单片机每隔5分钟将采集获得的数据送给无线射频模块。无线射频 模块工作在915MHz的频率上，带宽为38.4KHz。节点通过无线射频方 式将采集到的数据发送给路边的无线基站节点，无线基站节点再将数据 通过有线方式传送到交通信息处理中心处理。
因为采用无线方式发送数据，节点也没有电源线，所以本节点装置 采用了电池供电。为了节省电能，本节电装置采用了低功耗设计。节点 使用了低功耗的ATMEL单片机，并进行了严格的电源管理控制。暂时 不工作的器件全部断电，单片机和射频模块不工作时自动进入休眠状态。
本发明具有以下特征：
1)在一个节点上同时集成2个磁传感器和单片机、无线发射模块； 采集到的数据可以经过单片机处理后直接通过无线方式发送出去；
2)在一个节点装置上能够同时测量交通流量和车辆速度，不需要分 别使用两台仪器测量；
3)测量所得数据通过无线方式发送给路边的无线基站节点，不需要 破坏大片公路来埋设通信线路；
4)节点装置使用电池供电，采用了低功耗元器件和一系列低功耗技 术，不需要破坏公路埋设供电线路。
使用一个节点装置同时测量交通流量和车辆速度，而不是分别使用 两个装置。
在测量车辆速度时使用电压比较器检测汽车经过两个磁传感器时分 别引起的电压变化，将两个模拟信号转化为两个电平跳变，通过检测两 个电平跳变的时间间隔结合两个磁传感器之间的距离计算出车辆速度。
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