地磁車輛檢測器防非正常觸發(fā)設計

陳 峰

（江蘇省東臺市停車設施管理中心，江蘇鹽城 224200）

1 檢測器工作原理

在幾千米范圍內(nèi)地磁場基本上保持著恒定，但是巨型的金屬物質(zhì)可能會引起巨大的地磁擾動。地磁傳感器可以監(jiān)測出磁場1/6000 的微小變化，如有車輛經(jīng)過磁場強度的變化量可以被視為靈敏度的一部分，利用地磁對車輛通行狀況進行監(jiān)測是非常靈敏的。因此，在實際設計過程中只能采用單軸的傳感器。為節(jié)約成本，減小地磁車輛檢測器的體積，相應的設備必須具有較小的體積。與傳感器相比，模擬的信號U 經(jīng)過單限位壓縮器形成數(shù)字脈沖信號波U。高脈沖頻率的時間和間隔通常很短，只有10 ms 或幾毫秒。傳統(tǒng)的地磁車輛檢測器一般使用獨特的觸發(fā)電路來擴展脈沖寬度。為了用高脈沖U1 保護不必要的信號，車輛只通過一個方形信號，它可以被進一步地處理。然而在實際使用過程中，檢測器常常出現(xiàn)不能正常工作的狀況，或者有幾輛車經(jīng)過時只會產(chǎn)生一個方波信號。問題主要有3 類：電路安裝后是固定的，但車的長度不同，速度也不同；這使得t0的值不確定，并且可能存在兩個或更多次波。當汽車站在探測器上時，發(fā)動機的振動會引起地球磁場長期波動。如果傳統(tǒng)的U2 磁性車輛檢測器檢測到這種永久性干擾，則這種類型與前一種類型相同。如果電路升級，則由同一電路處理。如果車輛太短或太快，兩輛或兩輛以上的車可能有一個方波，這掩蓋了有效信號。第一種問題的解決方案取決于是否認為車輛信號受到干擾，如果兩個次波之間的間隔小于某個值，則視為干擾信號。

2 傳感器軟件設計

2.1 車輛檢測算法

傳感器安裝在路中間，有車輛經(jīng)過時可以發(fā)現(xiàn)磁場變化的信號，進而獲得車輛的行駛信息。本文對車輛地磁響應信號進行分析，將地磁信號分為3 類。由于車輛對相鄰道路或其他物體的干擾而由傳感器記錄的磁信號，以及由傳感器在K 處記錄的最后一個磁信號。車輛識別方案，包括車輛檢測算法、濾波模塊兩部分：實時捕獲對象的三維地磁原生信號，從這個信號中得到基線數(shù)據(jù)；而濾波模塊主要是將可檢測到的地磁信號進行過濾并接收其他的信號。如果3 個差異中至少有兩個超過默認閾值，則應將這類信號評估為車輛信號；如果連續(xù)的三維地磁信號是車輛的信號，則必須記錄為車輛的狀態(tài)。輸出模塊通過檢測地磁信號、開關個數(shù)并將信息傳送給接收機來判斷是否有車輛，主要由三軸特異性磁阻感應器來完成。除了提供實時交通監(jiān)控，它還包括：通過節(jié)點的車輛數(shù)和從每個狀態(tài)到下一個狀態(tài)的車輛數(shù)之和；根據(jù)車輛總數(shù)計算路段運輸成本的計算裝置；輸出模塊用于將交通流數(shù)據(jù)加載到相應的服務器上，交通數(shù)據(jù)可用于交通部門的實時交通管理。

2.2 信號濾波

采集地磁信號需要一個預處理濾波器，過濾器組件包括介質(zhì)過濾器和中間過濾器。

常規(guī)過濾。刪除參數(shù)n 次，可以隨機選擇n，再加上n 的采樣值，得到均值作為當前值。n 階信號按從小到大或從小到大的順序接收。為了按優(yōu)先級順序選擇中間值，必須用合理的數(shù)據(jù)替換N 級數(shù)據(jù)。中值濾波的優(yōu)點是易于消除突變因子，使信號形狀比中波穩(wěn)定可靠。

可檢測信號特征的最佳組合使用兩種濾波方法的組合。在車輛信號缺失的情況下，采用均方根濾波方法對毛刺信號進行濾波，得到更準確的輸出值。如果檢測到汽車的信號，信號會有很大的波動。目前，中值濾波方法可以有效消除脈動干擾、平滑信號。

2.3 車輛檢測

核心算法是確定車輛信號并使用場景機：車輛可用性由基準和閾值決定；簡化狀態(tài)機將信號分為車輛狀態(tài)和無信號狀態(tài)，并對兩種狀態(tài)進行比較，判斷是否有車輛；采集濾波后的信號，得到平滑的混合信號。該更新基于地磁背景信號，閾值用于確定地磁背景信號是否為車輛信號。將濾波后的X 軸和YZ 軸的地磁信號與相應的三軸參考參數(shù)進行比較，得到3 個絕對偏差，其中至少有兩個超過系統(tǒng)向車輛發(fā)出的信號所定義的閾值。

該系統(tǒng)的特點是可以消除相鄰車輛的干擾而不受其他車輛的影響：它們有延遲功能，失去了實時功能，進入車輛控制系統(tǒng)時會檢查這兩種狀態(tài)的狀態(tài)和周期，在控制模式下評估是否有車輛信號；為了確定循環(huán)狀態(tài)，每個循環(huán)記錄車輛的通行情況，以達到識別的目的。然后通過無線網(wǎng)絡將道路信息實時傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，實現(xiàn)對道路交通的實時監(jiān)控。

實現(xiàn)道路交通的實時監(jiān)控，主要包括兩個環(huán)節(jié)：每次從控制室到下一個控制室，登記為通行證，根據(jù)累計車輛數(shù)計算總車輛數(shù)；將當前數(shù)據(jù)加載到相應的服務器。

整個系統(tǒng)狀態(tài)階段由3 種不同的狀態(tài)組成，分別是初始狀態(tài)、控制狀態(tài)和機器狀態(tài)。循環(huán)由進入控制階段的最后兩個狀態(tài)組成。

（1）初始狀態(tài)：系統(tǒng)首先進入初始狀態(tài)，在最短時間內(nèi)選擇基準標準濾波器，并提前設置閾值。經(jīng)過多次實驗，初始閾值通常設置為30～50 ms，系統(tǒng)初始化后立即進入測試狀態(tài)。

（2）測試狀態(tài)：在控制模式下，系統(tǒng)評估車輛信號并持續(xù)調(diào)整基線。無論外界溫度如何變化，基板都會變化到一定值。如果干擾的數(shù)目較大，則閾值是新的。當檢測到車輛的信號且其數(shù)量達到臨界點時，系統(tǒng)跳入車輛狀態(tài)，基線不會自動更新。如果車輛信號丟失，地磁信號達到臨界值，算法將在狀態(tài)控制和狀態(tài)控制之間循環(huán)。完成循環(huán)就是通過節(jié)點對車輛進行識別，這樣循環(huán)的次數(shù)就是車輛的數(shù)量，就可以實現(xiàn)運動檢測。

2.4 更新模塊

更新模塊由兩部分組成：更新基準日期和更新閾值。找到車輛信號后，設置復選框和閾值。如果傳感器多次接收到車輛信號，則每個軸的原始基準由介質(zhì)過濾器確定。該閾值是在多次測試車輛信號時獲得的。一旦進入注冊系統(tǒng)，系統(tǒng)將根據(jù)權重函數(shù)不斷更新基線，濾波后的信號將不斷更新某個權重基準。它是一個三軸加權基函數(shù)。為了更好地確定基準而改變外部條件，權重越大、閾值變化越快，外部干擾的影響就越大。相反，發(fā)射狀態(tài)變化越慢，對擾動的影響越小。

3 防非正常觸發(fā)

3.1 基于單片機

在微機基礎上，采用八針單片機作為主控晶體，通過軟件實現(xiàn)反異常觸發(fā)的TL 功能，當UNMIT 低于規(guī)定的t 值時，視為同一車輛的故障信號，只發(fā)出一個高脈沖信號，而脈沖發(fā)生的運行時間完全相同。只要t 足夠，它就可以準確地指定車輛的轉移或存在信號。然而該方案也存在兩個缺點：一是電源快速消失，單片機切換重啟一段時間，目前無法識別車輛；二是帶有芯片的微處理器可以逃逸甚至消失。

3.2 RC 電路方案

由特定大小的電阻與電容構成的RC 電路常用于模擬和脈沖數(shù)字電路中。這些電路根據(jù)電阻值R 和電容器C、輸入輸出參數(shù)和處理后的波形而變化，這導致了差異性的應用。電阻R和電容C 與輸入信號V 和電容C 輸出有適應標準的連接關系。這種電路在即將消失時稱為集成電路，高壓脈沖電容器從充電開始放電，電流流過電路。這種現(xiàn)象稱為過渡現(xiàn)象，或一回路零反應。在基于RC 電路的設計方案中，集成的電路不是延遲開關。在設計和應用中，在電路的輸入端額外放置了一個二極管：當C 電容開始放電時，電流不能給R 充電，從而為前一周提供足夠的保護。

4 設計原則

（1）實用性：在運用各種技術和手段時，要有很強的實用性。設計時不僅要考慮先進性，還要考慮實用性。制度建設要以應用為對象，堅持實效性原則，堅持實用性原則。

（2）標準化：設備的設計和開發(fā)應嚴格遵守交通部和交通運輸部制定的各項規(guī)范和政策。

（3）適用性：設備的發(fā)展目標是為企業(yè)管理、領導和公眾提供服務。其功能實用、完整，能夠滿足相關業(yè)務的需要。

（4）先進性和成熟性：在可行性、管理可行性和技術可行性相結合的基礎上，設計不僅需要運用先進的理念、技術和方法，而且需要運用結構、技術和方法上注意相對成熟的工具。

（5）穩(wěn)定性和可靠性：從系統(tǒng)結構、設備管理等方面采取技術措施，保證系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性，實現(xiàn)最大平均無故障時間，系統(tǒng)結構設計必須保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，完善負載均衡機制。

（6）效率：在數(shù)據(jù)庫和程序的設計中，充分考慮了工作數(shù)據(jù)（包括歷史數(shù)據(jù)）的有效輸入、查詢、統(tǒng)計和分析。要求系統(tǒng)響應速度快，減少用戶等待時間，提高工作效率。

（7）可擴展性：軟件通過先進的理論、系統(tǒng)理論、層次結構和代理方法等來保證可擴展性，在數(shù)據(jù)庫設計等方面具有良好的可擴展性，技術選擇既考慮了先進性和實用性，同時也考慮到系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。系統(tǒng)界面設計可以考慮可持續(xù)發(fā)展。

（8）融合性：軟件用戶界面設計應友好美觀，簡單實用。

（9）可維護性：為管理者提供系統(tǒng)日常操作的工具或方法。

（10）準確性：采取有效措施確保系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的準確性。

5 結束語

充電電路穩(wěn)定，適應性強，整機無法應對立即停電、雷擊、適應惡劣電磁干擾等不利條件。在這種情況下，電磁式車輛檢測系統(tǒng)比傳統(tǒng)的感應線圈式的傳感器對土壤的損傷小，安裝維護方便，可用于交通或大型停車場，由于車速的影響（記錄精度低），車道內(nèi)使用了無線磁車輛檢測器，能耗也大大降低。通過高速公路上的性能測試，可以評估車輛是否通過了測試。