基于超聲波理論的智能阻車系統設計

李保福

基于設卡執勤的實際要求，設計了智能阻車系統，包括警示牌、預警部分和攔截部分、CCD攝像機、便攜電腦和無線開關等模塊，并通過了實驗模擬，驗證了該系統的可行性。

【關鍵詞】智能判別 預警 攔截 記錄 系統

設卡執勤是武警部隊基礎性、經常性的工作之一，為更好地完成這項光榮的任務，相應的武器裝備是不可或缺的，目前武警部隊配備的主要阻車器材有89式阻車路障和遙控租車釘。這些裝備在很多次設卡執勤中都發揮出了優異的效能，，得到了廣大基層官兵的認可。然而，在廣大官兵多次實踐后發現，現有的相應裝備并不能適應于所有的情況，有時車輛在到檢查點時突然加速強行沖卡，而執勤官兵又來不及反應，現有的器材便失效了，這時只能選擇被動追擊或通知其他卡點處理，不僅貽誤戰機，而且容易在追擊時產生危險。因此研發新的相應裝備變的勢在必行。

1 設計簡介

智能阻車系統選擇STC12C5A60S2單片機作為測速儀核心處理器，ME007-ULS V1超聲波控制器作為探測器，RF24L01模塊用于無線傳輸數據，同時設置一臺便攜電腦用于統籌控制系統的運行，包括警示牌顯示限速內容、爆閃燈的開關、預警系統和測速系統相關參數的設定、CCD攝像機對車流量的監控與對沖卡車輛的記錄等。主系統主要分為兩部分，一是預警部分，限速警示牌設在卡點前方100米處，報警裝置完成對相向行駛車輛的測速，實現對意圖沖卡車輛的判別、預警；二是攔截部分，主要由檢測模塊和便攜式阻車釘組成，便攜式阻車釘設在卡點后30米處，完成對沖卡車輛的判別、攔截。主要用于武警設卡執勤、大門防沖撞系統等。實物設計展示如圖1。

2 設計內容

2.1 設計的目的

本智能阻車系統的設計目標是：

（1）用于對目標路段實施限速或目標車輛測速預警。

（2）完成對設卡執勤中意圖沖卡車輛的檢測及自主識別并進行快速反應和處理，從而確保執勤任務順利安全。

（3）對監測路段實時監控統計車流量，采集車輛信息主要用于武警設卡執勤、大門防沖撞系統等。

2.2 設計的技術解決方案

主要思路是利用C51單片機的高速處理能力和超聲波在空氣中的傳播特性實現對近距離車輛的非接觸式測速，而后將測速結果與預先設定的閾值進行對比，進而完成對意圖沖卡車輛（或沖卡車輛）的判別，從而實現對意圖沖卡車輛（或沖卡車輛）的預警和處理。

具體工作流程如下：

（1）目標車輛駛向監測區域，限速警示牌顯示車速上限，提示車輛開始減速。

（2）目標車輛駛入測速區，超聲波雷達發射測速脈沖，測得目標車速，分析判別是否超速，若超速則聲光報警器報警，若無則超聲波雷達繼續工作等待下一目標。

（3）目標駛入執勤區域進入第二雷達測速區，利用多次測速求加速度，分析其速度與加速度值，判斷是否有沖卡行為，若有則向阻車釘發射開啟信號。

（4）阻車釘接受信號，彈出進行攔截。

（5）攔截車輛成功。CCD高清相機全程攝像對監控路段車流量進行統計，實時傳輸到便攜電腦。

2.2.1 系統工作原理

主程序是整個系統軟件的主要框架，主程序的工作原理為：

預警部分主程序：系統初始化后，對駛來車輛進行測速，并對結果進行處理判別，通過聲光報警模塊實時預警。如圖2。

攔截部分主程序：系統初始化后，對駛來車輛進行測速、加速度，并對結果進行處理、判別，通過無線開關彈出阻車釘。如圖3。

2.2.2 系統電路設計

（1）預警部分電路設計。主要選用STC12C5A60S2單片機、ME007-ULS V1超聲波控制器，LCD1602A顯示屏、聲光報警模塊。具體電路如圖4。

（2）攔截部分電路設計。主要選用STC12C5A60S2單片機、ME007-ULS V1超聲波控制器、無線發射模塊。如圖5。

2.2.3 系統程序設計

（1）預警部分程序設計。本次設計的超聲波測速系統采用時差法，對單片機進行初始化之后，調用發射子程序產生測量脈沖，求得幾組具體值。利用事先設定好的算法算出速度值。若超過設定值時進行報警。

3 結語

從實驗結果來看，達到了設計的預期目標，可以作為武警執勤的裝備器材提供有力的硬件保障。該系統主要用于對目標路段實施限速或目標車輛測速預警，完成對設卡執勤中意圖沖卡車輛的檢測及自主識別并進行快速反應和處理，從而確保執勤任務順利安全；對監測路段實時監控統計車流量，采集車輛信息主要用于武警設卡執勤、大門防沖撞系統等。此外，在一些特定場合也可分開單獨使用，或其中幾種組件組合使用。操作簡便，使用方法靈活，適用范圍較廣，對操作人員要求不高，適合于在部隊全面推廣。

參考文獻

[1]高燕.傳感器原理及應用[M].西安：西安電子科技大學出版社，2009：73-80.

[2]楊永輝，耿曉軍.物聯網技術[C].陜西：陜西電子技術研究所陜西電子雜志社，2015（08）.

[3]陳朝大，李杏彩.單片機原理與應用[M].北京：化學工業出版社，2013（05）.

[4]戴敦文.科技創新導報[M].北京：中國宇航出版社，2015（06）.

作者單位

1. 武警沈陽指揮學院 遼寧省沈陽市 110113

2.武警警官學院 四川省成都市 610213