ETC中具有車(chē)型識(shí)別功能的車(chē)輛檢測(cè)器設(shè)計(jì)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)（ETC）已在我國(guó)悄然興起。不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)主要是由通訊、監(jiān)控、收費(fèi)三大系統(tǒng)組成。整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的一個(gè)重要環(huán)節(jié)就是車(chē)輛檢測(cè)器。在不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)中它是檢測(cè)駛向通訊區(qū)域的車(chē)輛并命令天線進(jìn)行通信的傳感器，具有進(jìn)入檢測(cè)、車(chē)速檢測(cè)、車(chē)型判別等功能；它是檢測(cè)出離開(kāi)通信區(qū)域的車(chē)輛、根據(jù)ETC車(chē)道控制器的判斷控制欄桿、路側(cè)顯示器的傳感器，具有進(jìn)入檢測(cè)功能；它具有檢測(cè)車(chē)輛通過(guò)，控制清除針對(duì)該車(chē)輛的路側(cè)顯示器的顯示內(nèi)容以及控制針對(duì)后續(xù)車(chē)輛的顯示的功能，并命令欄桿關(guān)閉的功能。

考慮到性能、價(jià)格、技術(shù)復(fù)雜性、可靠性、維護(hù)要求、適用范圍等因素，我們這種車(chē)輛檢測(cè)器是基于地感線圈原理研制的。

1 動(dòng)態(tài)車(chē)輛檢測(cè)器設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)組成 

圖1 動(dòng)態(tài)車(chē)輛檢測(cè)器系統(tǒng)框圖

圖1為動(dòng)態(tài)車(chē)輛檢測(cè)器系統(tǒng)框圖。地感線圈通過(guò)饋線與諧振電路相連，當(dāng)鐵磁性的車(chē)體通過(guò)地感線圈時(shí)，通過(guò)諧振電路將電感量的變化轉(zhuǎn)換成頻率的變化。單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，通過(guò)單片機(jī)計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，不斷讀出數(shù)據(jù)即出當(dāng)前頻率，獲得頻率變化趨勢(shì)，并根據(jù)當(dāng)前的各種參數(shù)要求與基準(zhǔn)頻率比較從而判斷是否有車(chē)到來(lái)，最后輸出不同的狀態(tài)信號(hào)供外部設(shè)備使用。同時(shí)上位機(jī)通過(guò)串口RS232采集到頻率變化值形成感應(yīng)頻率曲線用于車(chē)型判別。

為了確保設(shè)備在公路現(xiàn)場(chǎng)惡劣的噪聲干擾環(huán)境下，能夠長(zhǎng)期正?？煽康毓ぷ鳎瑢?zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了硬件看門(mén)狗電路，使其保證設(shè)備在死機(jī)后迅速自啟動(dòng)恢復(fù)工作。同時(shí)在檢測(cè)器長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，如果工作頻率超出了一定的范圍則通過(guò)復(fù)位電路進(jìn)行復(fù)位，以重新進(jìn)行頻率調(diào)整。狀態(tài)指示電路用于指示車(chē)輛檢測(cè)信息，裝置運(yùn)行與網(wǎng)絡(luò)通訊信息，檢測(cè)器工作狀態(tài)信息等。

1.2 動(dòng)態(tài)車(chē)輛檢測(cè)電路 

圖2  動(dòng)態(tài)車(chē)輛檢測(cè)電路原理圖

圖2給出了動(dòng)態(tài)車(chē)輛檢測(cè)電路原理圖。整個(gè)電路是由諧振電路、由用帶通和相加器組成的帶阻濾波器、同相直流放大器、遲滯比較電路和波形整形電路組成。基準(zhǔn)頻率的獲取直接影響測(cè)量精度，如果諧振電路的振蕩頻率較低，當(dāng)有不同類(lèi)型車(chē)輛經(jīng)過(guò)地感線圈時(shí)，諧振電路輸出信號(hào)的波形形狀變化不大，只存在由于車(chē)輛底盤(pán)離地面高低不同而引起的微弱變化。這樣則大大減小了測(cè)量精度，使得判斷車(chē)輛通過(guò)的結(jié)果誤差很大。本 圖2動(dòng)態(tài)車(chē)輛檢測(cè)電路原理圖設(shè)計(jì)采用電容反饋三點(diǎn)式振蕩電路，將電路的起始基準(zhǔn)頻率設(shè)計(jì)在100KHz左右，工作頻率在100KHz—160KHz 之間都很穩(wěn)定，完全可以滿足交通部規(guī)定線圈的適用范圍（10Uh—2200Uh）。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)，片內(nèi)有4KBYTE的EPROM可以反復(fù)編程，并且操作簡(jiǎn)單，便于開(kāi)發(fā)調(diào)試和批量生產(chǎn)。我們選用11.0592MHz的晶振。

2.1當(dāng)前頻率獲取

在主程序中設(shè)置一個(gè)定時(shí)器，定時(shí)周期為8ms，定時(shí)時(shí)間到觸發(fā)定時(shí)中斷Timer1Int，在中斷服務(wù)程序中，不斷讀取當(dāng)前振蕩計(jì)數(shù)值，并保存到Counter的自變量中。

2.2 基準(zhǔn)頻率校訂

基準(zhǔn)頻率的獲取比較復(fù)雜。由于環(huán)境因素的影響，外界的各種干擾會(huì)導(dǎo)致同一線圈的基準(zhǔn)頻率發(fā)生變化，使得線圈的基準(zhǔn)頻率值不固定，是一個(gè)時(shí)變參數(shù)。基準(zhǔn)頻率主要向兩個(gè)方向變化：一方面因外界條件變化而導(dǎo)致線圈電感量增大，使得實(shí)際基準(zhǔn)頻率變小，此時(shí)當(dāng)前頻率也相應(yīng)的變小。在這種情況下，當(dāng)前頻率在緩慢地變小，而基準(zhǔn)頻率如果保持不變，這樣兩個(gè)值的差會(huì)小于設(shè)定的閾值，檢測(cè)不到車(chē)輛的到來(lái)。

另一方面，由于外界條件的變化而導(dǎo)致線圈電感量減少，從而引起頻率的增加，而有車(chē)通過(guò)的時(shí)候也會(huì)引起頻率的增加，這兩種情況相似，如果不采取措施將會(huì)產(chǎn)生車(chē)沒(méi)來(lái)而判斷到車(chē)來(lái)的情況導(dǎo)致檢測(cè)器誤檢。因此在系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中我們必須不斷的校訂基準(zhǔn)頻率?；鶞?zhǔn)頻率校訂算法流程圖如圖三所示。該算法根據(jù)有車(chē)到來(lái)時(shí)頻率向兩個(gè)方向變化分別進(jìn)行校訂。

       圖3 基準(zhǔn)頻率校訂算法流程圖

2.3車(chē)型識(shí)別：

在不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)中，我們用自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工半自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)。自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)將需要許多高新技術(shù)，其中一個(gè)最為關(guān)鍵的技術(shù)是如何測(cè)出實(shí)際的車(chē)輛類(lèi)型以確定收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)。我們選用地感線圈作為傳感器，結(jié)合模糊模式識(shí)別算法對(duì)車(chē)輛進(jìn)行分類(lèi)。  

3 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)采用了多種軟硬件抗干擾措施，并能夠?qū)鶞?zhǔn)頻率進(jìn)行實(shí)時(shí)校訂，使系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、性能穩(wěn)定、檢測(cè)率高等特點(diǎn)，基本上滿足了ETC系統(tǒng)的各種要求。另外采用模糊模式識(shí)別方法，更好的利用人的識(shí)別經(jīng)驗(yàn)，把人的經(jīng)驗(yàn)歸納成推理規(guī)則，用推理代替計(jì)算來(lái)完成識(shí)別的過(guò)程。模糊模式識(shí)別方法的使用充分發(fā)揮了地感線圈在分類(lèi)系統(tǒng)中低成本、高可靠度、簡(jiǎn)單方便等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)改變閾值等各種參數(shù)還可以將其應(yīng)用在停車(chē)場(chǎng)等不同場(chǎng)合。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃賢武[等]編著.傳感器實(shí)際應(yīng)用電路設(shè)計(jì)[M].電子科技大學(xué)出版社

[2]張毅剛 彭喜源 譚曉昀 曲春波.MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社

[3]高健 沈慶宏 高果堂. ITS中車(chē)輛檢測(cè)器設(shè)備的研究與實(shí)現(xiàn)[J].交通與計(jì)算機(jī) 2002 .5（20）：15-17 [4]孫國(guó)棟 姜永林 梁起.智能環(huán)形線圈車(chē)輛檢測(cè)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].微計(jì)算機(jī)信息 2003

.19（9）：54-55 [5]于濂 模糊模式識(shí)別和模糊圖像處理及二次推理理論的研究和應(yīng)用[D]：1997

[6]張衛(wèi)剛 荊便順 激光車(chē)型判別的研究[J].西安公路交通大學(xué)學(xué)報(bào) 1999.(4):101