交通事故現(xiàn)場防入侵設(shè)備設(shè)計(jì)

摘要：為了提高交通事故現(xiàn)場防護(hù)水平和預(yù)防二次事故，利用C8051F020單片機(jī)以及MMA7260，MicroMag2等傳感器設(shè)計(jì)了一種設(shè)備，對車輛入侵進(jìn)行檢測，迅速有效地判斷車輛是否侵入防護(hù)現(xiàn)場，根據(jù)檢測結(jié)果實(shí)現(xiàn)報(bào)警。
關(guān)鍵詞：C8051F020；MMA7260；MicroMag2；交通事故現(xiàn)場；防入侵

0 引言
    近年來，我國因交通事故現(xiàn)場防護(hù)技術(shù)手段缺乏、防護(hù)系統(tǒng)性差而引發(fā)的二次交通事故年均超過200起，死亡人數(shù)年均超過100人。
    2003—2007年，在交通管理執(zhí)法過程中因交通事故犧牲了數(shù)十名民警，2008年又有多名民警犧牲。高速公路上因?yàn)檐囕v行駛速度快，一旦發(fā)生二次事故，傷亡大，經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重。發(fā)生二次事故常常和現(xiàn)場警戒有關(guān)。
    目前，高速公路交通事故發(fā)生后，通常先到達(dá)的是勤務(wù)中隊(duì)或者路政人員，他們先布置錐筒等警戒設(shè)施，在氣候惡劣或者光照不理想的情況下，錐筒容易被忽視，被過往車輛碰撞偏離了它應(yīng)在的位置，導(dǎo)致現(xiàn)場警戒出現(xiàn)漏洞，是二次事故發(fā)生的隱患。為了有效誘導(dǎo)駕駛?cè)税踩樌ㄟ^警戒區(qū)域，研制一種智能交通事故現(xiàn)場防護(hù)設(shè)備顯得尤為迫切。
    智能交通事故現(xiàn)場防護(hù)設(shè)備需要能對來向車輛進(jìn)行導(dǎo)向，當(dāng)設(shè)備位置發(fā)生位移時(shí)能判斷是不是因?yàn)檐囕v碰撞影響，當(dāng)車輛對設(shè)備碰撞時(shí)，能快速發(fā)出信號(hào)。因此，通過磁傳感器檢測車輛、加速度傳感器檢測設(shè)備的位移，再經(jīng)由單片機(jī)對傳感器信號(hào)進(jìn)行分析處理。

1 MMA7260加速度傳感器
    MMA7260是飛思卡爾公司采用MEMS工藝設(shè)計(jì)生產(chǎn)的低價(jià)格、低功耗、單芯片集成三軸加速度傳感器，它采用2．2～3．6 V單電源供電，工作電流小于500μA。該傳感器融合了信號(hào)調(diào)理、單極低通濾波器和溫度補(bǔ)償技術(shù)，提供4種加速度測量量程，分別為：±6g，±4g，±2g和±1．5g，±1．5g量程分辨率為800 mV／g，以模擬電壓信號(hào)形式輸出，體積僅為6 mm×6 mm×1．45 mm QFN封裝。
    MMA7260主要特性如下：具有x，y，z三軸向感應(yīng)功能；可選的加速度范圍；低電流消耗：500μA，休眠模式3μA；快速啟動(dòng)時(shí)間1 ms。
    MMA7260結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

    車輛對設(shè)備有碰撞時(shí)，設(shè)備必將發(fā)生位移，此時(shí)，設(shè)備x軸、y軸、z軸必將有一軸的加速度發(fā)生急劇變化，通過檢測變化來判斷設(shè)備是否發(fā)生了快速的位移，進(jìn)一步判斷設(shè)備是否被車輛碰撞。

2 MicroMag2磁傳感模塊
    MicroMag2是美國PNI公司設(shè)計(jì)的一個(gè)雙軸磁傳感器模塊，通過集成PNI公司在磁感檢測方面的專利技術(shù)和測量電路技術(shù)，獲得了良好的技術(shù)性能，同時(shí)，在溫度漂移和噪聲抑制上也有良好的效果。MicroMag2擁有SPI接口，通過這個(gè)接口，給開發(fā)提供了極大的便利。主要的優(yōu)點(diǎn)有使用3 V的操作電壓，低功耗，表面封裝技術(shù)，主要特征如下：
    低功耗：DC 3 V時(shí)電流小于500μA；小尺寸：14 mm×11 mm×2．8 mm；測量范圍：正負(fù)11 Guass；靈敏度：0．000 15 Guass；采樣率：2 000次／s；使用小板便于開發(fā)。MicroMag2引腳如圖2所示。

    地球磁場在一個(gè)較大的區(qū)域內(nèi)(大約幾千米)是保持恒定的，大約為0．5×10-4～0．6×10-4T。而車輛，可以當(dāng)作一個(gè)雙極性磁鐵組成的模型。當(dāng)環(huán)境中沒有車輛存在時(shí)，磁傳感器將檢測地磁場作為背景磁場，當(dāng)有車輛接近時(shí)，地磁場的磁力線會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，磁傳感器通過檢測這種差異來判斷車輛是否經(jīng)過。

3 C8051F020模塊
    C8051F020原理框圖如圖3所示。C8051F020是一款集成了高度精密的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和一個(gè)高吞吐量CIP-51微控制器內(nèi)核單片復(fù)合信號(hào)系統(tǒng)的微控制器，具有64個(gè)數(shù)字I／O引腳。C8051F020含8路12位逐次逼近型ADC，可編程轉(zhuǎn)換速率，在100 KSPS的最大采樣速率時(shí)刻提供12位精度，并且可以選用外部引腳VREF的輸出電壓為電壓基準(zhǔn)0?？赏ㄟ^多通道選擇器配置為單端輸入或差分輸入，并且內(nèi)部可編程增益放大器PGA用于將輸入的信號(hào)放大，提高A／D的轉(zhuǎn)換精度?？删幊淘鲆鏋椋?．5，1，2，4，8或16。2個(gè)全雙工UART、256 B內(nèi)部RAM、128 B特殊功能寄存器(SFR)地址空間。51內(nèi)核采用流水線結(jié)構(gòu)，與標(biāo)準(zhǔn)的8051結(jié)構(gòu)相比，指令執(zhí)行速度有很大的提高。70％指令的執(zhí)行時(shí)間為1或2個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，只有4條指令的執(zhí)行時(shí)間大于4個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期。CIP-51工作在最大系統(tǒng)時(shí)鐘頻率25 MHz時(shí)，峰值速度達(dá)到25 MIPS。每個(gè)I／O引腳都可以被配置為推挽或漏極開路輸出，這為低功耗應(yīng)用提供了進(jìn)一步節(jié)電的能力。

    8路12位A／D轉(zhuǎn)換中，每路12位的轉(zhuǎn)換精度都是其自身的±1LSB(最低位)。12位逐次逼近寄存器型(SAR)ADC只有1個(gè)，通過配置模擬多路開關(guān)AMUX與各輸入端之間進(jìn)行通道切換。ADC0端口的每一對均可用編程設(shè)置成單端輸入或差分輸入。ADC結(jié)果數(shù)據(jù)字格式為：0 V一0000，VREF～0FFF或FFF0。

4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。系統(tǒng)由五大部分及輔助電路組成，包括加速度模塊、磁傳感模塊、CPU處理模塊、無線通信模塊、聲光報(bào)警模塊、輔助電路。加速度模塊檢測車輛是否被碰撞，磁傳感模塊檢測碰撞瞬間附近是否有車輛，無線通信用于與相關(guān)工作人員通信。MMA7260與C8051F020通過單端輸入的方式進(jìn)行A／D采樣。MicroMag2通過SPI接口與C8051F020相連。

    車輛碰擦判斷程序流程如圖5所示。

    對應(yīng)單端輸入，ADC結(jié)果數(shù)據(jù)字格式為：0 V-0000，VREF—0FFF或FFF0。其中，加速度傳感器的信號(hào)采集部分程序如下：
   
   

5 結(jié)語
    本設(shè)計(jì)針對現(xiàn)有交通事故現(xiàn)場安全防護(hù)存在的隱患提出了有效的解決方法，能夠有效抑制二次事故的發(fā)生。但是，其防護(hù)范圍僅僅是布設(shè)現(xiàn)場的一個(gè)一個(gè)的點(diǎn)，這些防護(hù)點(diǎn)是孤立的存在，下一步需要對車輛在點(diǎn)與點(diǎn)之間穿越提出解決措施。