基于C8051F121在智能車輛檢測器中的設(shè)計與應(yīng)用

1 引言

隨著我國交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)加速發(fā)展的勢頭，交通量在快速增長，隨之而來的便是道路擁堵、大氣污染.以及交通事故帶來的危害。為緩解道路擁堵、改善出行條件、提高道路安全性.智能交通控制系統(tǒng)作為一種非現(xiàn)場執(zhí)法手段.可對闖紅燈、超速、逆行、違章變道行駛、壓黃線等多種違法現(xiàn)象起到迅速的監(jiān)控、抓拍、遠(yuǎn)程傳輸.為迅速的獲取違章證據(jù)及時處理交通違章，提供行之有效的監(jiān)測手段.為減少和避免交通事故的發(fā)生起到積極作用。因此.在文章中所開發(fā)的車輛檢測器.其作用是為智能交通控制系統(tǒng)提供足夠的信息以便于最優(yōu)的控制。從智能交通控制系統(tǒng)的應(yīng)用形式上可以看出智能車輛檢測器是交通信息采集的一個重要組成部分。

2 車輛檢測器

車輛檢測器是高速公路和城市交通道路監(jiān)控系統(tǒng)中不可缺少的組成部分.主要是通過數(shù)據(jù)采集和設(shè)備監(jiān)視等方式.向監(jiān)控系統(tǒng)中的信息處理和信息發(fā)布單元提供各種交通參數(shù).作為監(jiān)控中心分析、判斷、發(fā)出信息和提出控制方案的主要依據(jù)。因此，車輛柃測器及其檢測技術(shù)水平的高低直接影響到公路交通監(jiān)控系統(tǒng)的整體運行管理水平。

目前我們在現(xiàn)場應(yīng)用的環(huán)形線圈車輛檢測器.是一種基于電磁感應(yīng)原理的車輛檢測器.它的傳感器是一個埋在路面下.通有一定丁作電流的環(huán)形線圈(一般為2米x l米)。當(dāng)車輛通過環(huán)形地埋線圈或停在環(huán)形地埋線圈上時.車輛自身鐵質(zhì)切割磁通線，引起線閣同路電感壁的變化.榆測器通過檢測該電感變化量就可以檢測出車輛的存在.檢測這個電感變化量一般來說有兩種方式：一種是利用相位鎖存器和相位比較器，對相位的變化進(jìn)行檢測.另一種方式則是利用由環(huán)形地埋線圈構(gòu)成回路的耦合電路對其振蕩頻率進(jìn)行檢測。我們這里采用了后一種檢測方式。正常情況下.機動車輛沒處在環(huán)形地埋線圈所在位置的時候.耦合電路振蕩頻率保持恒定.在單位時間段測得的脈沖個數(shù)基本保持不變.當(dāng)機動車輛經(jīng)過環(huán)形地埋線圈所在位置時.由于耦合電路振蕩頻率的增大.使得單片機在單位時間段測得的脈沖個數(shù)也相應(yīng)增加。設(shè)地埋線圈所在位置無機動車時單位時間段單片機測得的脈沖個數(shù)為PN.當(dāng)機動車輛經(jīng)過地埋線圈所在位置時單位時間段單片機測得的脈沖個數(shù)為PM.脈沖增量△E為PM與PN的差值即△E=PM-PN，脈沖增量的經(jīng)驗閥值△T預(yù)先設(shè)定在EEPROM中.當(dāng)△E≥△T時認(rèn)為有車.△E<△T時認(rèn)為無車，從而判斷有無車輛通過當(dāng)前車道。

3 車輛檢測器硬件設(shè)計

該車輛檢測器是如圖1所示以C8051F121芯片為主的應(yīng)用系統(tǒng)。各通道經(jīng)74HC18三線譯碼芯片選擇后使能產(chǎn)生振蕩信號.圖2所示電路產(chǎn)牛的該振蕩信號再經(jīng)集成運算LM293整形電路(圖3)整形后形成脈沖信號，送人C8051F121芯片的ECI引腳.利用可編程計數(shù)器和捕捉模塊功能啟動定時器T0對上述脈沖信號進(jìn)行計數(shù)，判斷有無車輛通過當(dāng)前車道。當(dāng)有車輛經(jīng)過時.車輛狀態(tài)在車輛檢測器的面板上顯示，并通過C8051Fl21芯片的UART0接口經(jīng)MAX202串口芯片(圖4)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的RS232信號.將車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機中，經(jīng)后臺軟件處理.實現(xiàn)違章車輛的抓拍功能。在應(yīng)用中，把紅燈信號板發(fā)送過來的RS422信號經(jīng)MAX488芯片轉(zhuǎn)換后的信號送到C8051F121芯片的UARTI接口.再將接收到的數(shù)據(jù)通過UART0接口發(fā)送到上位機中。

圖1車輛檢測器原理圖

圖2振蕩電路

圖3脈沖整形電路

圖4 RS232電平轉(zhuǎn)換電路

車輛檢測器的工作方式：可編程計數(shù)器陣列(PCAO)能夠提供增強的定時器功能.它需要較少的CPU干預(yù)。PCAO包含一個專用的16位計數(shù)器，定時器和6個16位捕捉/比較模塊(CEXn)且每個捕捉/比較模塊有其自己的I/O線。本設(shè)備選用CEX0模塊，被編程為8位脈沖調(diào)制(PWM)輸出的獨立工作方式，當(dāng)PCAO計數(shù)器/定時器的低字節(jié)(PCAOL)與PCAOCPL0中的值相等時.CEXO的輸出為高電平。當(dāng)PCAOL中的計數(shù)值溢出時，CEXO輸出被置為低電平。當(dāng)計數(shù)器/定時器的低字節(jié)PCAOL從0xFF到0x00溢出時，保存在計數(shù)器/定時器高字節(jié)(PCAOCPLHO)中的值被自動裝入PCAOCPLO，不需軟件干預(yù)。選擇外部通道振蕩器輸出信號經(jīng)脈沖整形電路整形后的脈沖信號(EC1)作為可編程計數(shù)PCA的時基。

4 車輛檢測器軟件設(shè)計

在圖5的流程中可以知道.采用地感線圈作為車輛采樣的振蕩電路輸出頻率經(jīng)LM393整形后作為ECl0的輸入脈沖，ECI負(fù)跳變有效.當(dāng)CEX0輸出為1(即/INTO=1)且 TR0=1時啟動定時器喲計數(shù)功能.在相應(yīng)的時間段內(nèi)對ECl0輸入的脈沖進(jìn)行計數(shù).作為當(dāng)前的車輛采樣值.通過與系統(tǒng)運行時的初始化值(無車狀態(tài)時)與經(jīng)驗值相比較.從而判斷出當(dāng)前車道中有無車輛通過該地感線圈。當(dāng)有車輛經(jīng)過并被檢測到后，及時更新車輛狀態(tài)數(shù)據(jù).同時顯示在車輛檢測器的面板上，并通過RS232口(板卡的COMl口)發(fā)送到嵌入式計算機系統(tǒng)的COM1.后臺軟件接收到車輛狀態(tài)信號判斷出是處于紅燈信號時間段內(nèi).根據(jù)設(shè)置的違章表象啟動數(shù)碼相機，通過USB數(shù)據(jù)線發(fā)送抓拍指令.從而獲得違章車輛的三張連續(xù)圖片。

圖5基本流程圖

5 結(jié)論

環(huán)形線圈車輛檢測器是目前國際上使用范圍最廣的車輛檢測器.他以技術(shù)成熟、易于掌握、計數(shù)準(zhǔn)確等優(yōu)點成為最流行的車輛檢測器。本文基于美國Silicon Lab公司的CIP-51TM微控制器核的片上系統(tǒng)(SOC)C8051F121芯片為核心的硬件平臺，文中對設(shè)備的硬件電路設(shè)計，接口電路設(shè)計和軟件設(shè)計進(jìn)行全方面的論述和研究。實驗結(jié)果證明該設(shè)備具有低功耗、低成本、功能強大的特點.充分利用了該芯片提供的資源，并且滿足了智能車輛檢測器的需求。