車輛檢測器作為交通信息采集的重要前端部分，越來越受到業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注。鑒于公路交通現(xiàn)代化管理和城市交通現(xiàn)代化管理的發(fā)展需要，對于行駛車輛的動態(tài)檢測技術(shù)——車輛檢測器的研制在國內(nèi)外均已引起較大重視。車輛檢測器以機動車輛為檢測目標，檢測車輛的通過或存在狀況，其作用是為智能交通控制系統(tǒng)提供足夠的信息以便進行最優(yōu)的控制。
工作原理本系統(tǒng)采用MSP430F1121A單片機與環(huán)形線圈相結(jié)合的方法對行駛車輛進行檢測，是一種基于電磁感應(yīng)原理的檢測器。傳感器線圈為通過有一定電流的環(huán)形線圈，當被檢測鐵質(zhì)物體通過線圈切割磁力線，引起線圈回路電感量的變化，檢測器通過檢測該電感變化量就可以檢測出被測物體的存在。本文利用由環(huán)形線圈構(gòu)成回路的耦合電路對其振蕩頻率進行檢測。但線圈檢測易受車輛、濕度、溫度等外界環(huán)境的影響，基準頻率會產(chǎn)生漂移，從而影響檢測效果。同時，由于車型、車體、車速的不同，亦會影響檢測的準確性。針對這些情況，本文提出了一種軟件動態(tài)刷新檢測基準的方法，以及抗干擾的軟件數(shù)字濾波方法，充分利用MSP430系列單片機的片上資源對線圈頻率進行檢測，有效提高了檢測的準確性與可靠性。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)以MSP430F1121A單片機為核心，由環(huán)形線圈傳感器模塊、LC振蕩電路、整形電路、頻率選擇模塊、電源模塊、電壓監(jiān)測模塊、工作方式設(shè)置模塊、信號輸出模塊及JTAG等組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如1所示。
各模塊原理及硬件實現(xiàn)環(huán)形線圈傳感器是一只埋在路面下的矩形線圈，其兩端引線接車輛檢測器。環(huán)形線圈的作用相當于LC振蕩回路中的電感L，當有金屬物體靠近時，其電感量發(fā)生變化，從而引起振蕩頻率的改變。通過對頻率的檢測、比較，可以判斷車輛的駛?cè)牖蝰偝?。由它組成的LC振蕩電路與整形電路一起構(gòu)成了信號輸入電路，如圖2所示。
圖1系統(tǒng)更新示意圖
圖2信號輸入電路示意圖
環(huán)行線圈與行駛車輛之間是通過電磁場進行耦合的。當車通過環(huán)形線圈并處在一定的位置時，在車體中引起的渦流是一定，而渦流對環(huán)形線圈的影響也是一定的，車輛與環(huán)形線圈之間存在著一定的互感。于是，我們把車輛看作具有電感L1和電阻R1的短路環(huán)，它通過互感M與環(huán)形線圈相交鏈。由振蕩電路提供，電感為L2，電阻為R2.其中第一項L2的變化幅度與車輛的導(dǎo)磁率有關(guān)，第二項與電渦流效應(yīng)有關(guān)。若工作頻率選擇適當，當有車輛通過環(huán)形線圈時，式第一項的變化量將小于第二項，即等效電感減小。顯然，當車輛通過環(huán)形線圈時，L變小，則f增大，通過單片機檢測電路測得其頻率的變化，從而可判斷有無車輛通過。
電路中由三極管Q1和Q2組成共射極振蕩器，電阻R3是兩只三極管的公共射極電阻，并構(gòu)成正反饋。Tl為磁罐變壓器，起著阻抗變換和與外電路隔離的雙重作用。其繞組Ll通過引線外接環(huán)形線圈，環(huán)形線圈的感抗通過Tl反射到繞組L2，形成等效電感L，L與并聯(lián)的電容Cl形成振蕩回路，LC值決定了振蕩頻率。開關(guān)Sl閉合時，電容C2與Cl并聯(lián)，電容量增加，振蕩頻率降低，由此來設(shè)置高低兩種振蕩頻率是考慮到現(xiàn)場的不同情況，以便取得較好的檢測效果。LC振蕩電路輸出的是帶毛刺的正弦波，不適合單片機做數(shù)字化處理，因此需要單向穩(wěn)壓二極管和單門限電壓比較器將其轉(zhuǎn)變?yōu)榉讲ㄐ盘栞敵觥?/p>
由于不同應(yīng)用場合中，LC振蕩電路的振蕩頻率不近相同，故輸出的方波信號通過一計數(shù)器進行分頻，再由頻率選擇接口送入單片機的P2.5口，從而避免了單片機的計數(shù)溢出，增強了單片機對信號處理的靈活性。MSP430F1121A單片機為16位RISC指令結(jié)構(gòu);內(nèi)置4kBFlash和256BRAM;一個l6位定時器Timer-A和看門狗定時器;一個具有3種內(nèi)部參考電平和輸出帶RC濾波的比較器等。
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