基于單片機(jī)和車輛檢測器的車型分析技術(shù)研究

摘 要：車輛檢測器的種類很多，檢測方式和主要工作原理也各不相同，但車輛檢測器都是基于車輛通過或存在，使檢測器中能量發(fā)生變化而產(chǎn)生車輛感應(yīng)信號。闡述地磁式車輛檢測器的工作原理的，報(bào)告了國內(nèi)外車型分類技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀。進(jìn)一步論述系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖、基本功能及軟件程序流程圖，認(rèn)為其應(yīng)該是國內(nèi)最有前途、最可能采用的一種車型自動分類技術(shù)。

關(guān)鍵詞：車輛檢測器;單片機(jī);傳感器;車型分析;分類標(biāo)準(zhǔn)

中圖分類號：TP368.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1004-373X(2008)08-033-02

Model Analysis and Research Based on Single Chip Computer and Vehicle Detector

LIU Luping1，ZHOU Jiacai2

(1.Jiangxi Communications Professional Technical College，Nanchang，330013，China;

2.CCCC Second Highway Consultants Co.Ltd.，Wuhan，430056，China)[JZ)]

Abstract：The vehicle detector has many types，detection methods and the main principle are different，but the car detector is based on vehicles passed or existence so that the detector in the energy arising from changes in vehicle sensor signal.The geomagnetic vehicle detector of working principle，the report of technical classification of domestic and foreign cars application status are discussed.Hardware block diagram of the structure，function and basic software program flow chart are introduced too，it should be considered the most promising country，the most likely use of a vehicle automatic classification technology.

Keywords：vehicle detector;single chip computer;sensor;model analysis;classification criteria

1 引 言

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民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門，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，車輛檢測器以其交通控制的“耳目”而引起交通工程專家們的高度重視，車輛檢測器可為交通監(jiān)視與控制系統(tǒng)提供車輛感應(yīng)信號，提供有關(guān)交通環(huán)境條件的情報(bào)與數(shù)據(jù)。車輛檢測器的種類很多，檢測方式也各不相同，目前主要使用的車輛檢測器有電磁式車輛檢測器、地磁式車輛檢測器、超聲波式車輛檢測器、環(huán)形線圈（有源和無源兩種）車輛檢測器等。這些檢測器的主要工作原理各不相同，但他們都是基于車輛通過或存在，使檢測器中能量發(fā)生變化而產(chǎn)生車輛感應(yīng)信號^[13]。

2 國內(nèi)外車型分類技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

所謂車型指的就是人們根據(jù)車輛在行駛時(shí)對道路損壞程度和占用程度的不同而把車輛進(jìn)行分類的類型。車輛分型的目的是為了按不同的費(fèi)率核收通行費(fèi)。大車對道路的損壞程度和占用程度大，收費(fèi)就高；小車對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)，即車輛的體積和載重量。

目前，對車型分類技術(shù)的研究有著2個(gè)不同的技術(shù)流派：車型自動分類AVC(Automatic Vehicle Classification)和車型自動識別AVI (Automatic Vehicle Identification)。前者是通過檢測車輛本身固有的參數(shù)，在一定的車型分類標(biāo)準(zhǔn)下運(yùn)用適當(dāng)?shù)姆诸愖R別算法，主動地對車輛進(jìn)行分型；后者則是通過車載單元與收費(fèi)設(shè)施間的無線通訊，自報(bào)家門式地實(shí)現(xiàn)車型的分類確認(rèn)。

對于車型自動分類技術(shù)AVC而言，國內(nèi)外目前采用的大都是以通過檢測車輛本身固有參數(shù)，間接地按車輛設(shè)計(jì)載重量進(jìn)行分類的按車型收費(fèi)方式。這是因?yàn)檐囕v本身的固有參數(shù)，如：車長、車寬、車高、車輪直徑、輪距、輪數(shù)、軸數(shù)、軸距、底盤高度及外形尺寸等都與車輛的載重量有著較為密切的關(guān)系且比較容易采集^[4]。

3 電磁式車輛檢測器的原理

電磁式檢測器可檢測車輛的通過和存在。檢測器的探頭采用高導(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。通過引線將探頭與檢測電路相連。探頭線圈與檢測電路上的電容并聯(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：

f0=[SX(]1[]2π[KF(]LC[KF)][SX)]

電磁式車輛檢測器的原理是采用電磁感應(yīng)檢測技術(shù)，即根據(jù)不同車輛通過埋設(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檢測車輛的到達(dá)和離開，并進(jìn)行車型分類。系統(tǒng)的關(guān)鍵部分為線圈探測器，他由感應(yīng)線圈和控制部分組成。當(dāng)沒有車輛通過時(shí)，振蕩器的頻率為f0，當(dāng)有車輛以一定速度接近并從其上通過時(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。在車輛行駛過程中，由于車輛底盤形狀是不同的，因此f1也將隨之而發(fā)生變化，當(dāng)車輛離開環(huán)形線圈后，振蕩器的頻率又將恢復(fù)到f0，因此得到了隨汽車通行的時(shí)刻而變化的值即頻差Δf= f1－f0。不同種類的車輛由于底盤的形狀、大小、高低不同，導(dǎo)致其對線圈的影響也不同，也即導(dǎo)致振蕩器頻率變化Δf也不同，不同類型車輛通過線圈時(shí)的頻差曲線是不同的。這樣，可以反過來通過Δf的不同判別車輛的通過和存在，圖2是不同車輛通過感應(yīng)線圈時(shí)得到的頻差曲線^[5]。

電磁式檢測器既是通過型，又是存在型，可檢測流量和車速，其檢測范圍為4米車道。此種檢測器成本低，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。接口電路包括車輛檢測電路、沖關(guān)報(bào)警電路、數(shù)據(jù)信息儲存電路、車輛計(jì)數(shù)顯示電路、時(shí)鐘電路、鍵盤電路、通信電路等。其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示^[68]。

5 軟件程序流程圖

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

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

6 結(jié) 語

對我國而言，由于現(xiàn)行統(tǒng)一的車型分類標(biāo)準(zhǔn)是按車輛的抽象特征(客車按額定座位數(shù)，貨車按額定載重量)對收費(fèi)車輛進(jìn)行劃分的，目前的研究現(xiàn)狀表明，各種車型自動分類技術(shù)都未能達(dá)到真正的實(shí)用化要求(識別正確率 99.999 9% )；同時(shí)，基于電子標(biāo)簽的車型自動識別技術(shù)在世界各國成功地應(yīng)用，這為我國的自動收費(fèi)提供了良好的借鑒，中國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)付卡開展公路收費(fèi)的電子支付業(yè)務(wù)是必然的發(fā)展趨勢，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，車型自動識別(AVI)技術(shù)本身固有的適應(yīng)性強(qiáng)，識別正確率高，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于昂貴的問題之后，認(rèn)為他應(yīng)該是國內(nèi)最有前途、最可能采用的一種車型自動分類技術(shù)^[5]。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］吳文芝.道路交通控制［M］.北京：東方出版社，1994.

［2］尹宏賓，徐建閩.道路交通控制技術(shù)［M］.廣州：華南理工大學(xué)出版社，2002.

［3］余軍濤，張躍.運(yùn)動車輛白動識別分類研究［J］.交通與計(jì)算機(jī)，2000(6):2931.

［4］愛德蒙，張晨平.自動化通行費(fèi)收繳系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.黑龍江交通科技，1996(4):3942.

［5］蔡智湘.車型自動分類技術(shù)的分析和前景展望［J］.濰坊學(xué)院學(xué)報(bào)，2004(7):120122.

［6］陳富安.單片機(jī)與可編程控制器應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2003.

［7］魏小龍.MSP430系列單片機(jī)接口技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002.

［8］龔運(yùn)新，胡長勝.單片機(jī)實(shí)用技術(shù)教程［M］.北京：北京師范大學(xué)出版社，2005.

［9］胡大可.MSP430系列單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)與開發(fā)［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002.

［10］張正喜.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾軟件設(shè)計(jì)［J］.計(jì)算機(jī)測量與控制，2002(11):746748.

作者簡介 劉陸平 男，1966年出生，漢族，江西豐城人，華東交通大學(xué)工程碩士，副教授。研究方向?yàn)榻煌ㄖ悄芸刂疲l(fā)表多篇論文和出版多本教材。

周家才 男，1963年出生，漢族，湖北天門人，高級工程師。研究方向?yàn)楦咚俟方煌üこ蹋òò踩O(shè)施、通信系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、收費(fèi)系統(tǒng)及供配電）的研究及勘察設(shè)計(jì)。