发布时间 : 星期日 文章基于嵌入式技术车辆信息检测装置设计 - 图文更新完毕开始阅读8b0d0f6a168884868762d62d
河北工程大学科信学院毕业设计说明书
2 车辆检测器结构
2.1 地感线圈车辆检测器
车辆检测系统是道路监控系统非常重要的一部分。利用感应线圈来检测车辆速度是目前世界上技术较为成熟的车辆检测方法，它可以获得当前监控路面交通流量、占有率、速度等数据，以此判断道路阻塞情况，并利用外场信息发布系统发出警告等。本文将就目前环形线圈车辆检测器的基本原理和组成进行介绍和分析。
2.2 地感线圈车辆检测器基本原理
地感线圈车辆检测器，是一种基于电磁感应原理的车辆检测器。它通常在同一车道的道路路基下埋设环形线圈，通以一定工作电流，作为传感器。当车辆通过该线圈或者停在该线圈上时，车辆本身上的铁质将会改变线圈内的磁通，引起线圈回路电感量的变化，检测器通过检测该电感量的变化来判断通行车辆状态。电感变化量的检测方法一般有两种：一种是利用相位锁存器和相位比较器，对相位的变化进行检测；另一种是利用环形线圈构成的耦合电路对其振荡频率进行检测。
感应式地感线圈检测系统由两个部分组成，检测器模块和感应线圈及引线，检测器振荡电路驱动能量（10-200KHZ）通过线圈而产生一个电磁场。地感线圈感应器形成一个调解电路。线圈作为一个传感器。当有金属物体通过磁场时，引起磁通量的变化，产生旋流，旋流将会在导体中被感应到。由于地感线圈的电感与磁流成比例的，这就导致了地感线圈的电感系数的减少。检测器检测到这种变化并驱动其电子输出。地感线圈和引入线是检测系统的感应部分，并且具有阻抗和电容（线与线之间及线与地之间的电容）。线被环绕起来开形成线圈（通常绕二至四圈），此处的磁场更为集中，形成一个检测区。所有运载电流的导体或线由于电流通过线体而产生磁流。这种磁流的结果就是被称为电感的电流性质，电感量以亨利（H）来衡量的。
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车辆行驶方向 1 2
S 图2-1 地感线圈埋地示意
如图图2-1 所示：在车辆行进方向上，同一车道的道路路基段埋设一组（2个）感应线圈，尺寸为1.2至2米的呈长方形的环形线圈。当车辆分别经过两个线圈时，由于线圈电感量的变化，车辆的通过状态将被检测到，同时状态信号传输给车辆检测器，由其进行采集和计算出车辆行驶的速度。 L1 L2
T0 T1T2
图2-2 时间差示意图
L1为车辆行驶过线圈1时检测器所采集到的信号；L2为车辆行驶过线圈2时检测器所采集到的信号。
时间差: TA=T1-T0（ms）
车辆行驶速度： V=S/TA S为两个触发信号间距离
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2.3 检测器的组成
检测器（欧标卡式插槽）基本由机架、底板、中央处理器、检测卡以及接线端子组成。检测卡(品牌可选)沿导轨插入机架内，并与底板和中央处理器实现电气连通。
2.3.1 中央处理器
中央处理器是对采集信号进行计算的模块，一般是一个带嵌入式操作系统的单板机，具备较强的数字计算、存储能力和通讯接口。通过对端口的扫描，捕捉电平的变化时间，以此计算出相应的交通数据（具体算法稍后介绍）。
一般检测器的通讯接口包括RS232/485，比较先进的还具有以太网接口和GPRS模块。目前，在国内大多数应用中，由于监控路面和监控中心距离的关系，系统集成商普遍采用调制解调器点对点联接的方式上传数据，或者通过PLC中转数据。
任何意外情况的发生导致处理器死机、故障等非工作状态，都应该能在短时间内重新启动，且不应超过三十秒。
2.3.2 检测卡
检测车辆通过或静止在感应线圈的检测域时，通过感应线圈的电感量会降低，检测卡的功能就是检测这一变化并精确地输出相应的电平。
线圈式车辆检测器采用的检测卡品牌较多，一般都为欧标卡式接口。比较广泛使用的有英国PEEK公司的MTS4E，南非NORTECH的TD634ES，英国的MoniSense等。国内也有众多的检测卡开发商，产品具有较高的性能价格比，但是在抗干扰能力、检测灵敏度、稳定性等性能上略逊于国外同类型产品。
就线圈感应的角度而言，检测卡应该具有存在时间稳定，并与车辆经过实际情况相吻合的高精度电平跳变性能，因为在车辆高速通过的时候检测时间是非常短的，通过两个线圈的时间一般为一二百毫秒，单个线圈的存在时间更短。况且各种车的底盘轻重，距离地面位置的高低都会影响到检测卡的电平存在时间。而存在时间和存在的开始时间是参与车长、车速计算的主要参数，这就解释了为什么车高速通过时有些检测卡测得的车长、车速不准确的情况，这就必须用一定的补偿值，所以只有正确调节灵敏度才能保证检测器的精度。
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2.4 检测器协议的架构
每个车辆检测器都应该有自己的地址，以相互区分。
数据上传的方式一般是应答式的，也就是户外系统（车辆检测器）不主动发送数据，直到户内系统（监控中心）发出采集数据的指令。车辆检测器和监控中心通讯的命令通常分为查询和设置两类。查询类一般是查询车检当前的工作状态、故障等，并能根据预先设置的车长类型进行不同车长类型的归类处理；设置类命令是对检测器参与计算的参数进行调整，如时间、车长分类等。户外系统应对且对户内系统发出的设置、查询命令要做实时应答，推荐IDS规范中数据链路协议的定义。
2.5 检测器的算法概述
在高速公路或城市的快速道路上，此类检测器多应用于统计道路的一段区域内的车辆经过情况，并且该统计是基于一定周期内的，比如1、5、10、30、60分钟等，时间小于1分钟则失去了统计和分析的意义，长于1小时则可由上位机进行统计分析处理。而且数据具有掉电保护，至少能查询一周内的历史数据或者自配有高性能的UPS能在一定时间内继续工作。
在国家交通部即将推出的行业规范里，环形线圈车辆检测器功能要求中，对流量、平均速度、车道占有率、平均车长、平均车间距要求是必须的，其他算法就不多陈述了。其中标准对平均速度的定义为：指第i辆车通过的速度，n指单位时间内通过的车辆数。而以前的PEEK公司的IDS规范则不同，它们是 S指调和平均速度，Si指个别车辆速度。后者算法主要是消除个别超高速车辆对反映在监控画面上的曲线或统计数据的影响，使之变得平滑。
2.6 监控系统车辆检测器的综合评比
随着我国智能交通系统概念的日益普及和应用的迅速发展，交通数据采集和交通事故检测作为智能交通系统的重中之重来优先发展。基础交通信息和交通事故主要包括车流量、车速、车间距、车辆类型、道路占有率、车辆违章信息、交通事故检测等。采集交通流数据信息和交通事故检测一般采用下述方式：感应线圈检测经过几十年的发展到现已标准化，技术成熟、易于掌握，计数非常精确，同时系统非常稳定，不受环境的影响。它的缺点是安装过程对可靠性和寿命影响很大，维修或安装需中断交通，破坏路面，
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