地感線圈傳感器及利用其實(shí)現(xiàn)車(chē)位快速檢測(cè)的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】，公開(kāi)了一種小型地感線圈傳感器及利用其實(shí)現(xiàn)車(chē)位有無(wú)車(chē)輛快速檢測(cè)的方法，該地感線圈傳感器包括相互連接的車(chē)輛感應(yīng)單元、頻率檢測(cè)單元及MCU，車(chē)輛感應(yīng)單元包括地感線圈及與地感線圈電性連接的LC振蕩電路，頻率檢測(cè)單元包括PLL頻率合成器，該LC振蕩電路通過(guò)一施密特觸發(fā)反相器與PLL頻率合成器電性連接；還包括一通訊模塊，MCU分別對(duì)LC振蕩電路、PLL頻率合成器及通訊模塊進(jìn)行電源管理。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)車(chē)位檢測(cè)傳感器的小型化，安裝簡(jiǎn)單方便，且不會(huì)損毀路面；其具有無(wú)線可組網(wǎng)功能，減少了施工布線難度；其利用開(kāi)環(huán)模式工作的鑒頻鑒相器，通過(guò)對(duì)頻率的變化進(jìn)行檢測(cè)的方法，需要的時(shí)間僅為數(shù)十毫秒，在電池供電條件下極大地延長(zhǎng)了工作時(shí)間和功耗。
【專(zhuān)利說(shuō)明】地感線圈傳感器及利用其實(shí)現(xiàn)車(chē)位快速檢測(cè)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種應(yīng)用于車(chē)位檢測(cè)的地感線圈傳感器，以及利用該地感線圈傳感器進(jìn)行車(chē)位快速檢測(cè)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]智能停車(chē)場(chǎng)車(chē)位管理系統(tǒng)的核心是車(chē)位傳感器技術(shù)。國(guó)內(nèi)最常用的車(chē)位傳感器有地感線圈傳感器、地磁傳感器、視頻傳感器、微波傳感器、超聲波傳感器、紅外傳感器等，可以滿足不同環(huán)境下對(duì)車(chē)位的檢測(cè)要求。在以停車(chē)場(chǎng)為代表的靜態(tài)智能交通應(yīng)用中，由于車(chē)位傳感器需求量大，因此特別有成本低、可安裝性好、可維護(hù)性好的要求。目前，可拆式地感線圈傳感器由于能滿足車(chē)位狀態(tài)檢測(cè)精度和響應(yīng)速度等應(yīng)用要求，且綜合成本低、可安裝可維護(hù)性較好等因素，最適宜應(yīng)用于停車(chē)場(chǎng)智能管理系統(tǒng)。
[0003]地感線圈車(chē)位傳感器是一種基于電磁感應(yīng)原理的車(chē)輛傳感器。它通常在道路或車(chē)位路基下埋設(shè)環(huán)形線圈(一般為2m*l.5m)。當(dāng)車(chē)輛通過(guò)該線圈或者停在該線圈上時(shí)，車(chē)輛本身上的鐵質(zhì)將會(huì)改變線圈內(nèi)的磁通，引起線圈回路電感量的變化，檢測(cè)器通過(guò)檢測(cè)該電感量的變化來(lái)判斷通行車(chē)輛的狀態(tài)。通常的檢測(cè)方法一般是利用環(huán)形線圈構(gòu)成振蕩電路對(duì)其振蕩頻率值進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)頻率大小進(jìn)行判斷是否有車(chē)輛在線圈上。要精確測(cè)量到HZ級(jí)的頻率值，需要的計(jì)數(shù)閘門(mén)時(shí)間要在秒級(jí)以上。
[0004]再者，地感線圈傳感器雖然是相對(duì)成熟的車(chē)輛檢測(cè)技術(shù)，但根據(jù)實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)仍有許多缺點(diǎn):(I)線圈的安裝需在地面切割2m*l.5m的環(huán)型地槽，并將線圈埋入槽中進(jìn)行密封，固安裝難度較大；且切割地面產(chǎn)生的噪聲、灰塵，易造成環(huán)境污染，施工條件惡劣，同時(shí)加大施工量。(2)埋置線圈的切縫軟化了路面，容易使路面受損。(3)現(xiàn)有的地感線圈傳感器安裝時(shí)接線比較復(fù)雜，且存在無(wú)法實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)互聯(lián)通信等弊端。綜上所述，有必要對(duì)現(xiàn)有的地感線圈傳感器從尺寸和頻率變化快速檢測(cè)等方面加以改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的一目的在于，提出一種地感線圈傳感器，其體積小巧，無(wú)線組網(wǎng)，可電池供電，安裝時(shí)無(wú)需在路面切槽，不會(huì)損毀路面；
[0006]本發(fā)明的另一目的在于，提出一種利用地感線圈傳感器實(shí)現(xiàn)車(chē)位快速檢測(cè)的方法，其利用開(kāi)環(huán)模式工作的鑒頻鑒相器，通過(guò)對(duì)頻率的變化進(jìn)行檢測(cè)的方法，需要的時(shí)間僅為數(shù)十毫秒，極大地節(jié)約了工作時(shí)間和功耗。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種地感線圈傳感器，其包括:相互電性連接的車(chē)輛感應(yīng)單元、頻率檢測(cè)單元及MCU,所述車(chē)輛感應(yīng)單元包括地感線圈及與地感線圈電性連接的LC振蕩電路，頻率檢測(cè)單元包括PLL頻率合成器，所述LC振蕩電路通過(guò)一施密特觸發(fā)反相器與PLL頻率合成器電性連接；還包括一通訊模塊，所述MCU分別與LC振蕩電路、PLL頻率合成器及通訊模塊電性連接。
[0008]具體的,所述地感線圈可以采用直徑為0.5mm?0.75mm的雙絞銅線繞制而成,該地感線圈的尺寸為長(zhǎng)度20cm?40cm,寬度30cm?50cm、3阻。
[0009]本發(fā)明中，所述施密特觸發(fā)反相器可以采用I?3級(jí)施密特觸發(fā)反相器級(jí)聯(lián)整形，該級(jí)聯(lián)施密特觸發(fā)反相器的輸入端連接LC振蕩電路輸出端，該級(jí)聯(lián)施密特觸發(fā)反相器的輸出端連接PLL頻率合成器。
[0010]優(yōu)選的，所述頻率檢測(cè)單元采用PLL頻率合成器實(shí)現(xiàn)頻率的快速檢測(cè)，該P(yáng)LL頻率合成器內(nèi)包括有電性連接的分頻器和鑒頻鑒相器，所述LC振蕩電路通過(guò)級(jí)聯(lián)施密特觸發(fā)反相器與該P(yáng)LL頻率合成器內(nèi)的分頻器和鑒頻鑒相器電性連接。
[0011]其中，所述PLL頻率合成器包括有RF信號(hào)輸入端、電源端、電荷泵輸出端、接地端、鎖相檢測(cè)輸出端、時(shí)鐘輸入端、數(shù)據(jù)輸入端、信號(hào)使能端、時(shí)鐘參考信號(hào)輸出端、時(shí)鐘參考信號(hào)輸入端；所述RF信號(hào)輸入端通過(guò)電容隔直與多級(jí)施密特觸發(fā)反相器連接；鎖相檢測(cè)輸出端、本振信號(hào)輸出端及開(kāi)關(guān)閉合端均空置；所述參考時(shí)鐘信號(hào)輸入端通過(guò)電容C18與一晶體諧振器電性連接。
[0012]本發(fā)明中，所述MCU可以采用型號(hào)為STM8L051的單片機(jī)，該單片機(jī)分別與PLL頻率合成器的時(shí)鐘輸入端、數(shù)據(jù)輸入端及信號(hào)使能端電性連接。
[0013]具體的，所述通訊模塊采用433M或2.4G無(wú)線收發(fā)芯片，該無(wú)線收發(fā)芯片至少包括有一接地端、電源輸入端、使能發(fā)射或接收端、4個(gè)SPI引腳端；所述使能發(fā)射或接收端，以及4個(gè)SPI引腳端均分別與單片機(jī)電性連接。
[0014]進(jìn)一步地，本發(fā)明還提供了一種利用地感線圈傳感器實(shí)現(xiàn)車(chē)位快速檢測(cè)的方法，其包括:將地感線圈傳感器放在車(chē)位的地面上，通以工作電流；利用CP-PLL開(kāi)環(huán)輸出，由MCU控制頻率檢測(cè)單元的休眠、工作交替時(shí)間；通過(guò)頻率檢測(cè)單元內(nèi)CP輸出脈沖串占空比增加或減小而判斷有車(chē)無(wú)車(chē)；每間隔η個(gè)脈沖對(duì)一個(gè)脈沖的寬度進(jìn)行采樣，抽取i個(gè)采樣脈沖寬度進(jìn)行比較，整體呈變大趨勢(shì)則判斷為有車(chē)，變小則為無(wú)車(chē)；通訊模塊將判斷結(jié)果發(fā)送至系統(tǒng)的中央控制器處。
[0015]具體的，所述MCU控制頻率檢測(cè)單元在休眠和工作兩個(gè)模式之間周期性切換，周期可變，處于休眠狀態(tài)時(shí)，頻率檢測(cè)單元輸出恒為一低電平；處于工作狀態(tài)時(shí)，當(dāng)?shù)馗芯€圈傳感器上無(wú)車(chē)時(shí)，由車(chē)輛感應(yīng)單元輸入的振蕩頻率低于參考頻率，頻率檢測(cè)單元輸出為占空比漸小的脈沖串，漸小到零后恒為低電平；當(dāng)?shù)馗芯€圈傳感器上有車(chē)時(shí)，車(chē)輛感應(yīng)單元的振蕩頻率增加，由車(chē)輛感應(yīng)單元輸入的振蕩頻率高于參考頻率，頻率檢測(cè)單元輸出為占空比漸大的脈沖串。
[0016]所述地感線圈傳感器工作后振蕩頻率隨地磁影響而有變化，通過(guò)MCU可對(duì)判斷有車(chē)無(wú)車(chē)的閾值頻率不斷進(jìn)行微調(diào)；無(wú)車(chē)時(shí)，f0-fp=a ;有車(chē)時(shí)，fp-f0=b ;其中，f0為一定值，表示參考頻率的分頻；fp表示振蕩頻率的分頻；a固定為0.25KHz ;b為每次有車(chē)時(shí)進(jìn)行一次頻率測(cè)量所得的常數(shù)。
[0017]本發(fā)明的地感線圈傳感器及利用其實(shí)現(xiàn)車(chē)位快速檢測(cè)的方法，其可以實(shí)現(xiàn)傳感器的小型化，因此可以裝入車(chē)輛緩沖帶等裝置中，安裝時(shí)只需將其放在車(chē)位的地面上即可工作，安裝較為簡(jiǎn)單方便，不用在路面切槽，且不會(huì)損毀路面；同時(shí)，其具有無(wú)線可組網(wǎng)功能，在實(shí)際工程中大大減少施工布線的難度，可以降低成本；特別的，其利用開(kāi)環(huán)模式工作的鑒頻鑒相器，通過(guò)對(duì)頻率的變化進(jìn)行檢測(cè)的方法，需要的時(shí)間僅為數(shù)十毫秒，極大地節(jié)約了工作時(shí)間和功耗?！緦?zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0019]圖1為本發(fā)明中地感線圈傳感器一種具體實(shí)施例的電路連接功能框圖；
[0020]圖2為本發(fā)明中地感線圈傳感器一種具體實(shí)施例的電路連接示意圖；
[0021]圖3為本發(fā)明中車(chē)輛感應(yīng)單元一種具體實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4為本發(fā)明中頻率檢測(cè)單元一種具體實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖5為本發(fā)明中MCU —種具體實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖6為本發(fā)明中通訊模塊一種具體實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0026]如圖1、2所示，本發(fā)明提供一種地感線圈傳感器，其包括:相互電性連接的車(chē)輛感應(yīng)單元10、頻率檢測(cè)單元20及微控制單元(MCU) IC4,所述車(chē)輛感應(yīng)單元10包括地感線圈LI及與地感線圈LI電性連接的LC振蕩電路12，頻率檢測(cè)單元20包括鎖相環(huán)(PLL =PhaseLocked Loop)頻率合成器IC2，所述LC振蕩電路12通過(guò)一施密特觸發(fā)反相器ICl與PLL頻率合成器IC2電性連接；還包括一通訊模塊M1，所述MCU分別與LC振蕩電路12、PLL頻率合成器IC2及通訊模塊Ml電性連接并對(duì)其進(jìn)行電源管理。
[0027]如圖3所示,為本發(fā)明中車(chē)輛感應(yīng)單元10 —種具體實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)示意圖,該車(chē)輛感應(yīng)單元10主要由外置的地感線圈LI加入的LC振蕩電路12構(gòu)成。具體的，該LC振蕩電路12內(nèi)包括有作為放大元件的三極管Q1，該三極管Ql可以為NPN型三極管Q1，該NPN型三極管Ql的集電極與基極分別通過(guò)電阻R1、R3并聯(lián)連接后，進(jìn)而與施密特觸發(fā)反相器ICl電性連接。該NPN型三極管Ql的發(fā)射極還分別與地感線圈L1、電容Cl、電容C6、電容C7、電阻R2及電阻R4電性連接并接地。作為本發(fā)明的一種具體實(shí)施例，所述施密特觸發(fā)反相器ICl可以采用I?3級(jí)施密特觸發(fā)反相器級(jí)聯(lián)整形，該級(jí)聯(lián)施密特觸發(fā)反相器的輸入端連接LC振蕩電路12輸出端，該級(jí)聯(lián)施密特觸發(fā)反相器的輸出端連接PLL頻率合成器。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施例，所述多級(jí)施密特觸發(fā)反相器可以采用型號(hào)為NL37WZ14構(gòu)成三級(jí)施密特觸發(fā)反相器，該三級(jí)施密特觸發(fā)反相器包括有8個(gè)管腳，三級(jí)施密特觸發(fā)反相器通過(guò)其第一管腳(Al)與LC振蕩電路12電性連接，該三級(jí)施密特觸發(fā)反相器還通過(guò)其第五管腳(A3)與PLL頻率合成器IC2電性連接。具體的，所述NPN型三極管Ql的集電極與基極分別通過(guò)電阻R1、R3并聯(lián)連接后，進(jìn)而與施密特觸發(fā)反相器ICl的第八管腳(VCC)電性連接，該三級(jí)施密特觸發(fā)反相器的第二管腳(Y3)與第三管腳(A2)相連接，該三級(jí)施密特觸發(fā)反相器的第六管腳(A3)與第七管腳(Yl)相連接，其第四管腳(GND)接地。該三級(jí)施密特觸發(fā)反相器的第一管腳可以通過(guò)一電阻R15電性連接于NPN型三極管Ql集電極與電阻Rl之間位置處。
[0028]由電磁場(chǎng)理論可知，任何載流導(dǎo)線都將在其周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng)，對(duì)于長(zhǎng)度為1、匝數(shù)為N的螺線管型線圈，其線圈內(nèi)的磁場(chǎng)自感量為:
[0029]
【權(quán)利要求】
1.一種地感線圈傳感器，包括相互電性連接的車(chē)輛感應(yīng)單元、頻率檢測(cè)單元及MCU,其特征在于，所述車(chē)輛感應(yīng)單元包括地感線圈及與地感線圈電性連接的LC振蕩電路,頻率檢測(cè)單元包括PLL頻率合成器，所述LC振蕩電路通過(guò)一施密特觸發(fā)反相器與PLL頻率合成器電性連接；還包括一通訊模塊，所述MCU分別與LC振蕩電路、PLL頻率合成器及通訊模塊電性連接。
2.如權(quán)利要求1所述的地感線圈傳感器，其特征在于，所述地感線圈采用直徑為0.5mm~0.75mm的雙絞銅線繞制而成,該地感線圈的尺寸為長(zhǎng)度20cm~40cm,寬度30cm~50cm、3 膽。
3.如權(quán)利要求1所述的地感線圈傳感器，其特征在于，所述施密特觸發(fā)反相器采用I~3級(jí)施密特觸發(fā)反相器級(jí)聯(lián)整形，該級(jí)聯(lián)施密特觸發(fā)反相器的輸入端連接LC振蕩電路輸出端，該級(jí)聯(lián)施密特觸發(fā)反相器的輸出端連接PLL頻率合成器。
4.如權(quán)利要求3所述的地感線圈傳感器，其特征在于，所述頻率檢測(cè)單元采用PLL頻率合成器實(shí)現(xiàn)頻率的快速檢測(cè)，該P(yáng)LL頻率合成器內(nèi)包括有電性連接的分頻器和鑒頻鑒相器，所述LC振蕩電路通過(guò)級(jí)聯(lián)施密特觸發(fā)反相器與該P(yáng)LL頻率合成器內(nèi)的分頻器和鑒頻鑒相器電性連接。
5.如權(quán)利要求4所述的地感線圈傳感器，其特征在于，所述PLL頻率合成器包括有RF信號(hào)輸入端、電源端、電荷泵輸出端、接地端、鎖相檢測(cè)輸出端、時(shí)鐘輸入端、數(shù)據(jù)輸入端、信號(hào)使能端、時(shí)鐘參考信號(hào)輸出端、時(shí)鐘參考信號(hào)輸入端；所述RF信號(hào)輸入端通過(guò)電容隔直與多級(jí)施密特觸發(fā)反相器連接；鎖相檢測(cè)輸出端、時(shí)鐘參考信號(hào)輸出端及開(kāi)關(guān)閉合端均空置；所述參考時(shí)鐘信號(hào)輸入端通過(guò)電容C18與一晶體諧振器電性連接。
6.如權(quán)利要求5所述的地感線圈傳感器，其特征在于，所述MCU采用型號(hào)為STM8L051的單片機(jī)，該單片機(jī)分別與PLL頻率合成器的時(shí)鐘輸入端、數(shù)據(jù)輸入端及信號(hào)使能端電性連接。
7.如權(quán)利要求6所述的地感線圈傳感器，其特征在于，所述通訊模塊采用433M或2.4G無(wú)線收發(fā)芯片，該無(wú)線收發(fā)芯片至少包括有一接地端、電源輸入端、使能發(fā)射或接收端、4個(gè)SPI引腳端；所述使能發(fā)射或接收端，以及4個(gè)SPI引腳端均分別與單片機(jī)電性連接。
8.一種利用如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的地感線圈傳感器實(shí)現(xiàn)車(chē)位快速檢測(cè)的方法，其特征在于，包括: 將地感線圈傳感器放在車(chē)位的地面上，通以工作電流；利用CP-PLL開(kāi)環(huán)輸出，由MCU控制頻率檢測(cè)單元的休眠、工作交替時(shí)間；通過(guò)頻率檢測(cè)單元內(nèi)CP輸出脈沖串占空比增加或減小而判斷有車(chē)無(wú)車(chē)；每間隔η個(gè)脈沖對(duì)一個(gè)脈沖的寬度進(jìn)行采樣，抽取i個(gè)采樣脈沖寬度進(jìn)行比較，整體呈變大趨勢(shì)則判斷為有車(chē)，變小則為無(wú)車(chē)；通訊模塊將判斷結(jié)果發(fā)送至系統(tǒng)的中央控制器處。
9.如權(quán)利要求8所述的利用地感線圈傳感器實(shí)現(xiàn)車(chē)位快速檢測(cè)的方法，其特征在于，所述MCU控制頻率檢測(cè)單元在休眠和工作兩個(gè)模式之間周期性切換，周期可變，處于休眠狀態(tài)時(shí)，頻率檢測(cè)單元輸出恒為一低電平；處于工作狀態(tài)時(shí)，當(dāng)?shù)馗芯€圈傳感器上無(wú)車(chē)時(shí)，由車(chē)輛感應(yīng)單元輸入的振蕩頻率低于參考頻率,頻率檢測(cè)單元輸出為占空比漸小的脈沖串，漸小到零后恒為低電平；當(dāng)?shù)馗芯€圈傳感器上有車(chē)時(shí)，車(chē)輛感應(yīng)單元的振蕩頻率增加，由車(chē)輛感應(yīng)單元輸入的振蕩頻率高于參考頻率,頻率檢測(cè)單元輸出為占空比漸大的脈沖串O
10.如權(quán)利要求8所述的利用地感線圈傳感器實(shí)現(xiàn)車(chē)位快速檢測(cè)的方法，其特征在于，所述地感線圈傳感器工作后振蕩頻率隨地磁影響而有變化，通過(guò)MCU可對(duì)判斷有車(chē)無(wú)車(chē)的閾值頻率不斷進(jìn)行微調(diào)；無(wú)車(chē)時(shí)，f0-fp=a ;有車(chē)時(shí)，fp-f0=b ;其中，f0為一定值，表示參考頻率的分頻；fp表示振蕩頻率的分頻；a固定為0.25KHz ;b為每次有車(chē)時(shí)進(jìn)行一次頻率測(cè)量所得的常數(shù)。
【文檔編號(hào)】G08G1/042GK103700263SQ201410006981
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2014年1月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月7日
【發(fā)明者】余晉川, 王臻偉, 汪康 申請(qǐng)人:重慶中科智聯(lián)電子有限公司