基于單片機(jī)和車(chē)輛檢測(cè)器的車(chē)型分析技術(shù)研究

在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，單片機(jī)也日新月異，迅速發(fā)展。目前，他不僅在工業(yè)上有極廣泛的應(yīng)用，而且已普遍地滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門(mén)，特別在交通建設(shè)中起著重要的作用。在目前和今后的交通系統(tǒng)中，車(chē)輛檢測(cè)器以其交通控制的“耳目”而引起交通工程專家們的高度重視，車(chē)輛檢測(cè)器可為交通監(jiān)視與控制系統(tǒng)提供車(chē)輛感應(yīng)信號(hào)，提供有關(guān)交通環(huán)境條件的情報(bào)與數(shù)據(jù)。車(chē)輛檢測(cè)器的種類(lèi)很多，檢測(cè)方式也各不相同，目前主要使用的車(chē)輛檢測(cè)器有電磁式車(chē)輛檢測(cè)器、地磁式車(chē)輛檢測(cè)器、超聲波式車(chē)輛檢測(cè)器、環(huán)形線圈(有源和無(wú)源兩種)車(chē)輛檢測(cè)器等。這些檢測(cè)器的主要工作原理各不相同，但他們都是基于車(chē)輛通過(guò)或存在，使檢測(cè)器中能量發(fā)生變化而產(chǎn)生車(chē)輛感應(yīng)信號(hào)。

2 國(guó)內(nèi)外車(chē)型分類(lèi)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

所謂車(chē)型指的就是人們根據(jù)車(chē)輛在行駛時(shí)對(duì)道路損壞程度和占用程度的不同而把車(chē)輛進(jìn)行分類(lèi)的類(lèi)型。車(chē)輛分型的目的是為了按不同的費(fèi)率核收通行費(fèi)。大車(chē)對(duì)道路的損壞程度和占用程度大，收費(fèi)就高；小車(chē)對(duì)道路的損壞程度和占用程度都小，收費(fèi)就少。因此，分型的依據(jù)主要有兩個(gè)，即車(chē)輛的體積和載重量。

目前，對(duì)車(chē)型分類(lèi)技術(shù)的研究有著2個(gè)不同的技術(shù)流派：車(chē)型自動(dòng)分類(lèi)AVC(Automatic Vehicle Classification)和車(chē)型自動(dòng)識(shí)別AVI(Automatic Vehicle Identification)。前者是通過(guò)檢測(cè)車(chē)輛本身固有的參數(shù)，在一定的車(chē)型分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)下運(yùn)用適當(dāng)?shù)姆诸?lèi)識(shí)別算法，主動(dòng)地對(duì)車(chē)輛進(jìn)行分型；后者則是通過(guò)車(chē)載單元與收費(fèi)設(shè)施間的無(wú)線通訊，自報(bào)家門(mén)式地實(shí)現(xiàn)車(chē)型的分類(lèi)確認(rèn)。

對(duì)于車(chē)型自動(dòng)分類(lèi)技術(shù)AVC而言，國(guó)內(nèi)外目前采用的大都是以通過(guò)檢測(cè)車(chē)輛本身固有參數(shù)，間接地按車(chē)輛設(shè)計(jì)載重量進(jìn)行分類(lèi)的按車(chē)型收費(fèi)方式。這是因?yàn)檐?chē)輛本身的固有參數(shù)，如：車(chē)長(zhǎng)、車(chē)寬、車(chē)高、車(chē)輪直徑、輪距、輪數(shù)、軸數(shù)、軸距、底盤(pán)高度及外形尺寸等都與車(chē)輛的載重量有著較為密切的關(guān)系且比較容易采集。

3 電磁式車(chē)輛檢測(cè)器的原理

電磁式檢測(cè)器可檢測(cè)車(chē)輛的通過(guò)和存在。檢測(cè)器的探頭采用高導(dǎo)磁率的材料做成磁芯體，在其外層骨架上繞制線圈，放置于保護(hù)筒內(nèi)，埋設(shè)于路面下。通過(guò)引線將探頭與檢測(cè)電路相連。探頭線圈與檢測(cè)電路上的電容并聯(lián)，構(gòu)成諧振回路，他的等效電路如圖1所示，其諧振頻率為：

電磁式車(chē)輛檢測(cè)器的原理是采用電磁感應(yīng)檢測(cè)技術(shù)，即根據(jù)不同車(chē)輛通過(guò)埋設(shè)于道路下的環(huán)形感應(yīng)線圈時(shí)，引起其電感量不同的變化來(lái)檢測(cè)車(chē)輛的到達(dá)和離開(kāi)，并進(jìn)行車(chē)型分類(lèi)。系統(tǒng)的關(guān)鍵部分為線圈探測(cè)器，他由感應(yīng)線圈和控制部分組成。當(dāng)沒(méi)有車(chē)輛通過(guò)時(shí)，振蕩器的頻率為f0，當(dāng)有車(chē)輛以一定速度接近并從其上通過(guò)時(shí)，線圈的電感參數(shù)發(fā)生變化，進(jìn)而引起振蕩器的振蕩頻率發(fā)生微弱變化，假定為f1。在車(chē)輛行駛過(guò)程中，由于車(chē)輛底盤(pán)形狀是不同的，因此f1也將隨之而發(fā)生變化，當(dāng)車(chē)輛離開(kāi)環(huán)形線圈后，振蕩器的頻率又將恢復(fù)到f0，因此得到了隨汽車(chē)通行的時(shí)刻而變化的值即頻差△f=f1-f0。不同種類(lèi)的車(chē)輛由于底盤(pán)的形狀、大小、高低不同，導(dǎo)致其對(duì)線圈的影響也不同，也即導(dǎo)致振蕩器頻率變化△f也不同，不同類(lèi)型車(chē)輛通過(guò)線圈時(shí)的頻差曲線是不同的。這樣，可以反過(guò)來(lái)通過(guò)△廠的不同判別車(chē)輛的通過(guò)和存在，圖2是不同車(chē)輛通過(guò)感應(yīng)線圈時(shí)得到的頻差曲線。

電磁式檢測(cè)器既是通過(guò)型，又是存在型，可檢測(cè)流量和車(chē)速，其檢測(cè)范圍為4米車(chē)道。此種檢測(cè)器成本低，穩(wěn)定性好。

4 硬件結(jié)構(gòu)框圖

其硬件電路是以Atmel公司生產(chǎn)的89CXX系列單片機(jī)為核心器件，使用了多種功能的新型接口芯片擴(kuò)展接口電路。接口電路包括車(chē)輛檢測(cè)電路、沖關(guān)報(bào)警電路、數(shù)據(jù)信息儲(chǔ)存電路、車(chē)輛計(jì)數(shù)顯示電路、時(shí)鐘電路、鍵盤(pán)電路、通信電路等。其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

5 軟件程序流程圖

根據(jù)電磁式檢測(cè)器的原理，把3個(gè)電磁式檢測(cè)器串埋于路面下，并把3個(gè)電磁式檢測(cè)器的輸出信號(hào)送給單片機(jī)進(jìn)行處理。當(dāng)3個(gè)電磁式檢測(cè)器同時(shí)都有信號(hào)輸出時(shí)，就為大車(chē)，當(dāng)2個(gè)電磁式檢測(cè)器(相鄰的)同時(shí)有信號(hào)輸出時(shí)，就中車(chē)，只有一個(gè)電磁式檢測(cè)器有信號(hào)輸出時(shí)，就為小車(chē)；并且不管是大車(chē)、中車(chē)還是小車(chē)，只要有車(chē)輛通過(guò)或存在時(shí)都進(jìn)行計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)和顯示。

假設(shè)3個(gè)電磁式車(chē)輛檢測(cè)器分別為a，b，c，安裝位置如圖4所示。

則軟件程序流程圖如圖5所示。

6 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)我國(guó)而言，由于現(xiàn)行統(tǒng)一的車(chē)型分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)是按車(chē)輛一的抽象特征(客車(chē)按額定座位數(shù)，貨車(chē)按額定載重量)對(duì)收費(fèi)車(chē)輛進(jìn)行劃分的，目前的研究現(xiàn)狀表明，各種車(chē)型自動(dòng)分類(lèi)技術(shù)都未能達(dá)到真正的實(shí)用化要求(識(shí)別正確率99.999 9％)；同時(shí)，基于電子標(biāo)簽的車(chē)型自動(dòng)識(shí)別技術(shù)在世界各國(guó)成功地應(yīng)用，這為我國(guó)的自動(dòng)收費(fèi)提供了良好的借鑒，中國(guó)交通部智能交通研究中心(ITSC)調(diào)研表明，采用高安全性的預(yù)付卡開(kāi)展公路收費(fèi)的電子支付業(yè)務(wù)是必然的發(fā)展趨勢(shì)，采用雙界面IC卡和雙片式ETC電子標(biāo)簽作聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)的預(yù)付卡介質(zhì)。

綜合考慮，車(chē)型自動(dòng)識(shí)別(AVI)技術(shù)本身固有的適應(yīng)性強(qiáng)，識(shí)別正確率高，可全天候使用，還有容易與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)融合的優(yōu)點(diǎn)，可以比較方便地實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)及自動(dòng)收費(fèi)等業(yè)務(wù)；隨著技術(shù)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在解決了其初期投資過(guò)于昂貴的問(wèn)題之后，認(rèn)為他應(yīng)該是國(guó)內(nèi)最有前途、最可能采用的一種車(chē)型自動(dòng)分類(lèi)技術(shù)。