專利名稱：交通流檢測綜合實驗平臺及其實驗方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種與智能交通相關(guān)的實驗裝置，尤其是一種適用于交通信息工程專業(yè)教學的交通流檢測綜合實驗平臺及其實驗方法。
背景技術(shù)：
目前，在交通信息工程中，已出現(xiàn)諸多不同種類的交通流檢測器，如線圈檢測器、 視頻檢測器等?？v觀我國各高等專職院校，交通信息檢測實驗設(shè)備基本采用工程類產(chǎn)品。一方面這類設(shè)備只能得出最終檢測結(jié)果，無法觀測數(shù)據(jù)處理過程，學生無法對各檢測方式的原始數(shù)據(jù)及檢測原理建立直觀的印象；一方面大多設(shè)備僅采用單一的檢測方式，無法進行多種檢測方式融合的實驗，也很難比較各類檢測方式的優(yōu)缺點；另外，這類設(shè)備基于實際的檢測場景，安裝工程龐大、實驗操作復雜。因此，現(xiàn)有的交通信息檢測實驗設(shè)備已難以滿足交通信息工程專業(yè)的實驗教學需求，亟需開發(fā)一套適用于實驗教學的交通流檢測設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明提供交通流檢測綜合實驗平臺及其實驗方法。本實驗新型的上述技術(shù)問題主要是通過以下的技術(shù)方案得以解決的
本發(fā)明提供了一種交通流檢測綜合實驗平臺，包括安裝在實驗臺上的順次連接的傳感裝置、信號采集與傳輸模塊和信號處理與檢測裝置，傳感裝置用于模擬交通環(huán)境及感應(yīng)交通信息，信號采集與傳輸模塊負責采集傳感器感應(yīng)數(shù)據(jù)并傳輸。信號處理與檢測裝置負責傳感器感應(yīng)數(shù)據(jù)的處理，實現(xiàn)交通信息檢測。上述的交通流檢測綜合實驗平臺中，所述的傳感裝置包括可拖拉式模擬車道、模型小車、地磁傳感器、地感線圈傳感器、氣壓管傳感器、壓電傳感器、紅外對射傳感器、雷達測速傳感器、超聲波傳感器、視頻攝像槍和傳感器接線區(qū)。其中地磁傳感器、地感線圈傳感器、氣壓管傳感器、壓電傳感器以及紅外對射傳感器都安裝在可拖拉式模擬車道上；而雷達測速傳感器、超聲波傳感器以及視頻攝像槍安裝在可拖拉式模擬車道上方。傳感器接線區(qū)用于連接各個傳感器的航空頭底座，可與各個傳感器線纜末端的航空頭相連接；所述視頻攝像槍采集模擬信號，通過視頻采集卡將視頻攝像槍傳送過來的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，最后數(shù)字信號經(jīng)PCI總線傳送到信號處理與檢測裝置。上述的交通流檢測綜合實驗平臺中，所述的信號采集與傳輸模塊包括七塊信號采集板及一塊信號傳輸主控板。其中七塊信號采集板分別是地磁傳感器信號采集板、地感線圈傳感器信號采集板、氣壓管傳感器信號采集板、壓電傳感器信號采集板、紅外對射傳感器信號采集板、雷達測速傳感器信號采集板、超聲波傳感器信號采集板。每個信號采集板均包括順次連接的放大電路、A/D采樣電路、單片機和CAN收發(fā)器。通過各工作傳感器的信號采集板采集到的模擬信號，經(jīng)運放電路放大，A/D采樣電路將該模擬信號變成數(shù)字信號，單片機對采集到的數(shù)字信號進行數(shù)據(jù)進行校驗、出錯處理，最后由CAN收發(fā)器傳輸?shù)叫盘杺鬏斨骺匕?。其中CAN是ISO國際標準化的串行通信協(xié)議。上述的交通流檢測綜合實驗平臺中，其中信號傳輸主控板包括CAN收發(fā)器、單片機和USB接口。所述信號傳輸主控板的工作原理如下CAN收發(fā)器接收數(shù)據(jù)，單片機對這些數(shù)據(jù)進行校驗、出錯處理以及數(shù)據(jù)打包，通過USB2.0高速傳輸?shù)叫盘柼幚砼c檢測裝置； 信號采集與傳輸模塊又通過USB接收信號處理與檢測裝置發(fā)送過來的控制信號，進而經(jīng)由 CAN總線實現(xiàn)對各傳感器數(shù)據(jù)上傳的選擇控制，從而實現(xiàn)了多個傳感器的數(shù)據(jù)融合與傳輸。上述的交通流檢測綜合實驗平臺中，所述的信號處理與檢測裝置，負責傳感器感應(yīng)數(shù)據(jù)的處理，實現(xiàn)交通信息檢測。同時，我們的信號處理與檢測裝置允許用戶自定義算法，操作者可通過該算法，進行數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)交通信息檢測。上述的交通流檢測綜合實驗平臺中，所述的實驗臺還包含供電系統(tǒng)及外圍設(shè)備， 其中供電系統(tǒng)包括總電源控制開關(guān)、電源過流保護器、電源防雷器以及總電源指示燈。上述的交通流檢測綜合實驗平臺的實驗方法，其步驟如下
步驟1，選擇需要進行實驗的傳感器，將其連接到實驗臺的傳感器接線區(qū)，打開總電源開關(guān)，此時傳感器開始工作。步驟2，控制模型小車經(jīng)過可拖拉式模擬車道時，各傳感器感應(yīng)模型小車經(jīng)過時的環(huán)境變化，并通過各信號采集板(即七塊信號采集板)對信號進行采集及數(shù)據(jù)進行校驗、出錯處理，再通過CAN收發(fā)器傳輸給信號傳輸主控板，信號傳輸主控板對所有信號采集板所采集的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)校驗，并通過USB接口傳輸?shù)叫盘柼幚砼c檢測裝置(PC機)，最高速度可到達480Mbps ；信號采集與傳輸模塊還通過USB接口接收信號處理與檢測裝置發(fā)送過來的控制信號，進而經(jīng)由CAN總線實現(xiàn)對各信號采集板的數(shù)據(jù)上傳的選擇控制；同時視頻攝像槍采集模擬信號，通過視頻采集卡將視頻攝像槍傳送過來的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號， 最后數(shù)字信號經(jīng)PCI總線傳送到信號處理與檢測裝置。步驟3，經(jīng)過信號處理與檢測裝置處理，可以得到車輛數(shù)、車型、車輛出現(xiàn)、車速、占有率等檢測信息數(shù)據(jù)以及實時波形和處理波形。上述方法的步驟3中，允許用戶自定義算法，操作者可通過接口設(shè)計自己的算法， 進行數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)交通信息檢測。由于采用了以上的方案，使本發(fā)明具備的有益效果在于
1、本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計獨特，它將地磁傳感器、壓電傳感器、氣壓傳感器、地感線圈傳感器、 視頻傳感器、紅外對射傳感器、超聲波傳感器以及雷達傳感器等八種常用傳感器集成在一起上，便于使用者全面對比各類傳感器的優(yōu)缺點。2、本發(fā)明通過平臺軟件能直觀觀測各類傳感器下交通信息的檢測過程，使操作者能深入了解各類檢測器的檢測方式與原理。3、本發(fā)明的檢測方式配置靈活，可進行多傳感器融合的實驗探索。操作者可選擇一種傳感器進行單傳感器的交通信息檢測實驗，也可配置多種傳感器同時工作以進行多傳感器融合的交通信息檢測實驗。4、本發(fā)明允許用戶自定義算法，操作者可通過接口設(shè)計自己的算法，進行數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)交通信息檢測。5、本發(fā)明采用模塊化設(shè)計，支持各模塊的拆解、插拔，有利于培養(yǎng)操作者的實踐及維護能力。
本發(fā)明的目的，特征及優(yōu)點將結(jié)合實施例，參照附圖作進一步的說明。


圖1是交通流檢測綜合實驗平臺結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是信號采集與傳輸模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。其中1為可拖拉式的模擬車道；2為地磁傳感器；3為地感線圈傳感器；4為氣壓傳感器；5為壓電傳感器；6為一組對射式的紅外傳感器；7為雷達傳感器；8為超聲波傳感器；9為視頻傳感器；10為傳感器接線區(qū)；11為信號采集與傳輸模塊；12為信號處理與檢測裝置；13為供電系統(tǒng)。
具體實施例方式參照上圖，提供下述實施例；通過實施例將有助于理解本發(fā)明，但不限制本發(fā)明的內(nèi)容。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導出或聯(lián)想到的所有變形均應(yīng)認為是本發(fā)明的保護范圍。本實施例交通信息檢測綜合實驗平臺，包括安裝在實驗臺上的順次連接的傳感裝置、信號采集與傳輸模塊和信號處理與檢測裝置，傳感裝置用于模擬交通環(huán)境及感應(yīng)交通信息，信號采集與傳輸模塊11負責采集傳感器感應(yīng)數(shù)據(jù)并傳輸，信號處理與檢測裝置12負責傳感器感應(yīng)數(shù)據(jù)的處理，實現(xiàn)交通信息檢測。所述的傳感裝置包括可拖拉式模擬車道、模型小車、地磁傳感器2、地感線圈傳感器3、氣壓管傳感器4、壓電傳感器5、紅外對射傳感器6、雷達測速傳感器7、超聲波傳感器 8、視頻攝像槍9和傳感器接線區(qū)10。其中地磁傳感器2、地感線圈傳感器3、氣壓管傳感器 4、壓電傳感器5以及紅外對射傳感器6都安裝在可拖拉式模擬車道上；而雷達測速傳感器 7、超聲波傳感器8以及視頻攝像槍9安裝在可拖拉式模擬車道上方。各種傳感器都具有可插可拔可移動的特點，從而可以方便操作者自由選擇傳感器。傳感器接線區(qū)10用于連接各個傳感器的航空頭底座，可與各個傳感器線纜末端的航空頭相連接；所述視頻攝像槍9采集模擬信號，通過視頻采集卡將視頻攝像槍傳送過來的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，最后數(shù)字信號經(jīng)PCI總線傳送到信號處理與檢測裝置12。所述的信號采集與傳輸模塊11如圖2所示，包括七塊信號采集板，及一塊信號傳輸主控板。其中七塊信號采集板分別是地磁傳感器信號采集板101、地感線圈傳感器信號采集板102、氣壓管傳感器信號采集板103、壓電傳感器信號采集板104、紅外對射傳感器信號采集板105、雷達測速傳感器信號采集板106、超聲波傳感器信號采集板107。其中，該信號采集與傳輸模塊11工作原理如下通過各工作傳感器的信號采集板(七塊)采集到的模擬信號，經(jīng)運放電路放大，A/D采樣電路將該模擬信號變成數(shù)字信號，單片機對采集到的數(shù)字信號進行校驗、出錯處理(每幀數(shù)據(jù)包括幀頭、幀格式、數(shù)據(jù)域、幀結(jié)束符及校驗碼，采用異或校驗方式，當效驗碼或幀頭或幀結(jié)束符出錯時，則判斷此幀為錯誤幀，舍去該幀數(shù)據(jù))， 最后由CAN收發(fā)器傳輸?shù)叫盘杺鬏斨骺匕?各信號采集板采集到的數(shù)據(jù)，均傳輸?shù)叫盘杺鬏斨骺匕逯?。另外，圖2中信號傳輸主控板主要包括CAN收發(fā)器、單片機和USB接口。其中CAN是ISO國際標準化的串行通信協(xié)議。該信號傳輸主控板的工作原理如下CAN收發(fā)器接收數(shù)據(jù)，單片機對這些數(shù)據(jù)進行校驗、出錯處理以及數(shù)據(jù)打包，通過USB2. 0高速傳輸?shù)叫盘柼幚砼c檢測裝置12 ；信號采集與傳輸模塊11又通過USB接收信號處理與檢測裝置 12發(fā)送過來的控制信號，進而經(jīng)由CAN總線實現(xiàn)對各傳感器數(shù)據(jù)上傳的選擇控制，從而實現(xiàn)了多個傳感器的數(shù)據(jù)融合與傳輸。另外，七塊信號采集板還具有可插可拔的特點，支持操作者拆解、插拔，有利于培養(yǎng)操作者的實踐及維護能力。所述的信號處理與檢測裝置12，負責傳感器感應(yīng)數(shù)據(jù)的處理，實現(xiàn)交通信息檢測。所述的實驗臺包含供電系統(tǒng)13及外圍設(shè)備。其中供電系統(tǒng)13包括總電源控制開關(guān)、電源過流保護器、電源防雷器以及總電源指示燈。本發(fā)明提供了一種交通流檢測綜合實驗平臺的實驗方法，其步驟如下
步驟1，選擇需要進行實驗的傳感器，將其連接到實驗臺的傳感器接線區(qū)10，打開總電源開關(guān)，此時傳感器開始工作；
步驟2，控制模型小車經(jīng)過可拖拉式模擬車道1時，各傳感器感應(yīng)模型小車經(jīng)過時的環(huán)境變化，并通過各信號采集板(即七塊信號采集板)對信號進行采集及數(shù)據(jù)進行校驗、出錯處理(每幀數(shù)據(jù)包括幀頭、幀格式、數(shù)據(jù)域、幀結(jié)束符及校驗碼，采用異或校驗方式，當效驗碼或幀頭或幀結(jié)束符出錯時，則判斷此幀為錯誤幀，舍去該幀數(shù)據(jù))，再通過CAN收發(fā)器傳輸給信號傳輸主控板，信號傳輸主控板對所有信號采集板所采集的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)校驗，并通過USB接口傳輸?shù)叫盘柼幚砼c檢測裝置12 (PC機)，最高速度可到達480Mbps ；信號采集與傳輸模塊11還通過USB接口接收信號處理與檢測裝置12發(fā)送過來的控制信號，進而經(jīng)由CAN總線實現(xiàn)對各信號采集板的數(shù)據(jù)上傳的選擇控制；同時視頻攝像槍9采集模擬信號， 通過視頻采集卡將視頻攝像槍傳送過來的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，最后數(shù)字信號經(jīng)PCI 總線傳送到信號處理與檢測裝置12。步驟3，經(jīng)過信號處理與檢測裝置12處理，可以得到車輛數(shù)、車型、車輛出現(xiàn)、車速、占有率等檢測信息數(shù)據(jù)以及實時波形和處理波形。上述方法的步驟3中，允許用戶自定義算法，操作者可通過接口設(shè)計自己的算法， 進行數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)交通信息檢測。進行實驗時，學生可在老師的指導下，根據(jù)實驗需要，自行制作各傳感器的接線插頭以更好的讓學生了解每個傳感器的信號線連接和傳輸方式。也可自由組合傳感器和相應(yīng)的控制模塊進行實驗，能直觀的顯示各傳感器檢測到的各種數(shù)據(jù)如原始數(shù)據(jù)、波形的變化情況以及車速、車型等交通流信息，而且系統(tǒng)軟件操作簡單，另外學生可以自定義算法，更適用于教學。
權(quán)利要求
1.一種交通流檢測綜合實驗平臺，其特征在于包括安裝在實驗臺上的順次連接的傳感裝置、信號采集與傳輸模塊和信號處理與檢測裝置，傳感裝置用于模擬交通環(huán)境及感應(yīng)交通信息，信號采集與傳輸模塊負責采集傳感器感應(yīng)數(shù)據(jù)并傳輸給信號處理與檢測裝置，信號處理與檢測裝置負責傳感器感應(yīng)數(shù)據(jù)的處理，實現(xiàn)交通信息檢測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種交通流檢測綜合實驗平臺，其特征在于所述的傳感裝置包括可拖拉式模擬車道、模型小車、地磁傳感器、地感線圈傳感器、氣壓管傳感器、壓電傳感器、紅外對射傳感器、雷達測速傳感器、超聲波傳感器、視頻攝像槍和傳感器接線區(qū)，其中地磁傳感器、地感線圈傳感器、氣壓管傳感器、壓電傳感器以及紅外對射傳感器都安裝在可拖拉式模擬車道上；而雷達測速傳感器、超聲波傳感器以及視頻攝像槍安裝在可拖拉式模擬車道上方，傳感器接線區(qū)用于連接各個傳感器的航空頭底座，航空頭底座與各個傳感器線纜末端的航空頭相連接；所述視頻攝像槍采集模擬信號，通過視頻采集卡將視頻攝像槍傳送過來的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，最后數(shù)字信號經(jīng)PCI總線傳送到信號處理與檢測裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種交通流檢測綜合實驗平臺，其特征在于所述的信號采集與傳輸模塊包括七塊信號采集板及一塊信號傳輸主控板，其中七塊信號采集板分別是地磁傳感器信號采集板、地感線圈傳感器信號采集板、氣壓管傳感器信號采集板、壓電傳感器信號采集板、紅外對射傳感器信號采集板、雷達測速傳感器信號采集板、超聲波傳感器信號采集板，每個信號采集板均包括順次連接的放大電路、A/D采樣電路、單片機和CAN收發(fā)器， 通過各工作傳感器的信號采集板采集到的模擬信號，經(jīng)運放電路放大，A/D采樣電路將該模擬信號變成數(shù)字信號，單片機對采集到的數(shù)字信號進行數(shù)據(jù)進行校驗、出錯處理，最后由 CAN收發(fā)器傳輸?shù)叫盘杺鬏斨骺匕濉?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種交通流檢測綜合實驗平臺，其特征在于信號傳輸主控板包括CAN收發(fā)器、單片機和USB接口，CAN收發(fā)器接收信號采集與傳輸模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，單片機對這些數(shù)據(jù)進行校驗、出錯處理以及數(shù)據(jù)打包，通過USB2. 0高速傳輸?shù)叫盘柼幚砼c檢測裝置；信號采集與傳輸模塊又通過USB接收信號處理與檢測裝置發(fā)送過來的控制信號， 進而經(jīng)由CAN總線實現(xiàn)對各傳感器數(shù)據(jù)上傳的選擇控制，從而實現(xiàn)了多個傳感器的數(shù)據(jù)融合與傳輸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種交通流檢測綜合實驗平臺，其特征在于所述信號處理與檢測裝置為PC機。
6.權(quán)利要求1 5任一項所述的交通流檢測綜合實驗平臺的實驗方法，其特征在于包括如下步驟步驟1，選擇需要進行實驗的傳感器，將其連接到實驗臺的傳感器接線區(qū)，打開總電源開關(guān)，此時傳感器開始工作；步驟2，控制模型小車經(jīng)過可拖拉式模擬車道時，各傳感器感應(yīng)模型小車經(jīng)過時的環(huán)境變化，并通過各信號采集板對信號進行采集及數(shù)據(jù)進行校驗、出錯處理，再通過CAN收發(fā)器傳輸給信號傳輸主控板，信號傳輸主控板對所有信號采集板所采集的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)校驗， 并通過USB接口傳輸?shù)叫盘柼幚砼c檢測裝置；信號采集與傳輸模塊還通過USB接口接收信號處理與檢測裝置發(fā)送過來的控制信號，進而經(jīng)由CAN總線實現(xiàn)對各信號采集板的數(shù)據(jù)上傳的選擇控制；同時視頻攝像槍采集模擬信號，通過視頻采集卡將視頻攝像槍傳送過來的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，最后數(shù)字信號經(jīng)PCI總線傳送到信號處理與檢測裝置；步驟3，經(jīng)過信號處理與檢測裝置處理，得到車輛數(shù)、車型、車輛出現(xiàn)、車速、占有率等檢測信息數(shù)據(jù)以及實時波形和處理波形。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的實驗方法，其特在在于步驟3中，允許用戶自定義算法，操作者通過接口設(shè)計自己的算法，進行數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)交通信息檢測。
全文摘要
本發(fā)明公開一種交通流檢測綜合實驗平臺及其實驗方法，實驗平臺包括順次連接的傳感裝置、信號采集與傳輸模塊和信號處理與檢測裝置；實驗方法包括控制模型小車經(jīng)過可拖拉式模擬車道，傳感裝置感應(yīng)交通信息，信號采集與傳輸模塊負責采集傳感器感應(yīng)數(shù)據(jù)并傳輸，信號處理與檢測裝置負責傳感器感應(yīng)數(shù)據(jù)的處理，實現(xiàn)交通信息檢測。信號采集與傳輸模塊還接收信號處理與檢測裝置發(fā)送過來的控制信號，實現(xiàn)對各信號采集板的數(shù)據(jù)上傳的選擇控制。本發(fā)明集成了多種傳感器，便于比較各種傳感器優(yōu)缺點；可進行多傳感器融合的實驗探索；能直觀觀測各類傳感器下交通信息的檢測過程；采用模塊化設(shè)計，支持各模塊的拆解、插拔，可培養(yǎng)操作者的實踐及維護能力。
文檔編號G09B25/02GK102354467SQ201110191230
公開日2012年2月15日 申請日期2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月8日
發(fā)明者徐建閩, 沈文超 申請人:華南理工大學, 廣州運星科技有限公司