基于可變計(jì)數(shù)門限的車檢器設(shè)計(jì)

隨著道路行車速度的提升及行車數(shù)量的劇增，要求車檢器必須具有快速的響應(yīng)時(shí)間、準(zhǔn)確的判斷能力和穩(wěn)定的工作狀態(tài)。車檢器檢測技術(shù)主要有：視頻[1]、環(huán)形線圈[2]、數(shù)字微波[2]、激光和紅外線等。雖然檢測技術(shù)種類多，但也存在許多不足：一方面是抗干擾能力較差，產(chǎn)品成本也比較高；另一方面則是檢測響應(yīng)時(shí)間較長，難以及時(shí)準(zhǔn)確地檢測到高速通過的車輛。

針對常規(guī)公路的道路環(huán)境及車輛通行情況，本文介紹的車檢器采用的是環(huán)形線圈檢測技術(shù)。該技術(shù)原理簡單、實(shí)現(xiàn)成本低、工作穩(wěn)定可靠。在信號分析處理方面，采用了性能穩(wěn)定的ATmega16A單片機(jī)[3]。車輛檢測信號直接由單片機(jī)綜合分析處理，每個(gè)通道檢測響應(yīng)時(shí)間控制在2.5 ms內(nèi)完成，檢測結(jié)果通過車檢器前面板上的指示燈指示，并且采用RS485總線向上位機(jī)或其他監(jiān)控設(shè)備發(fā)送檢測結(jié)果數(shù)據(jù)包。

1 系統(tǒng)工作原理

1.1 環(huán)形線圈檢測原理

埋在路面下的環(huán)形線圈通過饋線連接到車檢器上，與車檢器上的電容及三極管等器件構(gòu)成LC諧振電路，所產(chǎn)生的正弦波振蕩信號整理成方波信號后送到單片機(jī)。在無車輛通過時(shí)，可認(rèn)為由環(huán)形線圈所形成的電感值是穩(wěn)定不變的，因此LC諧振電路的諧振頻率也不變，單片機(jī)將接收到固定頻率的方波，記為F1。在有行車通過埋地環(huán)形線圈時(shí)，由于機(jī)動車是一個(gè)大金屬體，埋地線圈產(chǎn)生的電感量將發(fā)生變化，使得LC諧振電路的頻率也隨之變化，單片機(jī)接收到的方波頻率記為F1+ΔF；而當(dāng)機(jī)動車離開埋地線圈后，LC諧振頻率將恢復(fù)為F1，從而實(shí)現(xiàn)了將車輛通過的有無，轉(zhuǎn)換為發(fā)送到單片機(jī)的方波頻率的變化。

1.2 可變計(jì)數(shù)門限工作原理

對于采用固定門限的計(jì)數(shù)方式[4]，是給主計(jì)數(shù)器一個(gè)固定時(shí)長的計(jì)數(shù)時(shí)間，以檢測信號作為計(jì)數(shù)時(shí)鐘，如圖1所示。


2 系統(tǒng)功能及其硬件組成

2.1 系統(tǒng)功能簡介

(1)本設(shè)計(jì)采用可變計(jì)數(shù)門限檢測法。單片機(jī)初始化時(shí)將根據(jù)主計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值N實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)可變門限計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)上限值M，使得其計(jì)數(shù)時(shí)長在要求之內(nèi)，而主計(jì)數(shù)器也能得到具有明顯區(qū)分度的計(jì)數(shù)值。實(shí)際上，就是在檢測時(shí)間和檢測靈敏度之間達(dá)到一個(gè)平衡。

(2)車檢器提供了兩個(gè)檢測通道，每個(gè)通道可以單獨(dú)使用，也可以聯(lián)合使用。單獨(dú)使用時(shí)可檢測車流量，即當(dāng)檢測到車輛通過環(huán)形線圈時(shí)則累加過車數(shù)量；聯(lián)合使用時(shí)可檢測車速，當(dāng)車輛經(jīng)過第一個(gè)線圈時(shí)記錄車輛進(jìn)入時(shí)間T1，進(jìn)入第二個(gè)線圈時(shí)記錄進(jìn)入時(shí)間T2，則行車速度為V=S/(T2-T1)，其中S為兩個(gè)線圈的間隔距離。

(3)車檢器具備上位機(jī)遠(yuǎn)程操控功能。上位機(jī)通過RS485總線實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控車檢器的工作模式及設(shè)定檢測參數(shù)(包括檢測靈敏度、自調(diào)諧、通信波特率、初始化、通道開啟狀況等)。輸入輸出數(shù)據(jù)格式可根據(jù)用戶的要求進(jìn)行組幀，提高了車檢器的適用性。

(4)參數(shù)設(shè)置及工作狀態(tài)指示。采用兩個(gè)8 bit撥碼開關(guān)用于參數(shù)設(shè)置，其中一個(gè)在前面板上提供通道的檢測靈敏度和存在時(shí)間設(shè)定，另一個(gè)在車檢器電路板上提供地址碼設(shè)定、節(jié)能模式、串口使能、自調(diào)諧等功能的設(shè)定。8個(gè)LED用于在前面板指示車檢器工作狀態(tài)(包括存在指示、故障指示、通信指示、電源指示和編程指示等)。