基于C8051F121在智能車輛檢測(cè)器中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

　　1 引言

　　隨著我國(guó)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)加速發(fā)展的勢(shì)頭，交通量在快速增長(zhǎng)，隨之而來(lái)的便是道路擁堵、大氣污染.以及交通事故帶來(lái)的危害。為緩解道路擁堵、改善出行條件、提高道路安全性.智能交通控制系統(tǒng)作為一種非現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法手段.可對(duì)闖紅燈、超速、逆行、違章變道行駛、壓黃線等多種違法現(xiàn)象起到迅速的監(jiān)控、抓拍、遠(yuǎn)程傳輸.為迅速的獲取違章證據(jù)及時(shí)處理交通違章，提供行之有效的監(jiān)測(cè)手段.為減少和避免交通事故的發(fā)生起到積極作用。因此.在文章中所開(kāi)發(fā)的車輛檢測(cè)器.其作用是為智能交通控制系統(tǒng)提供足夠的信息以便于最優(yōu)的控制。從智能交通控制系統(tǒng)的應(yīng)用形式上可以看出智能車輛檢測(cè)器是交通信息采集的一個(gè)重要組成部分。

　　2 車輛檢測(cè)器

　　車輛檢測(cè)器是高速公路和城市交通道路監(jiān)控系統(tǒng)中不可缺少的組成部分.主要是通過(guò)數(shù)據(jù)采集和設(shè)備監(jiān)視等方式.向監(jiān)控系統(tǒng)中的信息處理和信息發(fā)布單元提供各種交通參數(shù).作為監(jiān)控中心分析、判斷、發(fā)出信息和提出控制方案的主要依據(jù)。因此，車輛柃測(cè)器及其檢測(cè)技術(shù)水平的高低直接影響到公路交通監(jiān)控系統(tǒng)的整體運(yùn)行管理水平。

　　目前我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的環(huán)形線圈車輛檢測(cè)器.是一種基于電磁感應(yīng)原理的車輛檢測(cè)器.它的傳感器是一個(gè)埋在路面下.通有一定丁作電流的環(huán)形線圈(一般為2米x l米)。當(dāng)車輛通過(guò)環(huán)形地埋線圈或停在環(huán)形地埋線圈上時(shí).車輛自身鐵質(zhì)切割磁通線，引起線閣同路電感壁的變化.榆測(cè)器通過(guò)檢測(cè)該電感變化量就可以檢測(cè)出車輛的存在.檢測(cè)這個(gè)電感變化量一般來(lái)說(shuō)有兩種方式：一種是利用相位鎖存器和相位比較器，對(duì)相位的變化進(jìn)行檢測(cè).另一種方式則是利用由環(huán)形地埋線圈構(gòu)成回路的耦合電路對(duì)其振蕩頻率進(jìn)行檢測(cè)。我們這里采用了后一種檢測(cè)方式。正常情況下.機(jī)動(dòng)車輛沒(méi)處在環(huán)形地埋線圈所在位置的時(shí)候.耦合電路振蕩頻率保持恒定.在單位時(shí)間段測(cè)得的脈沖個(gè)數(shù)基本保持不變.當(dāng)機(jī)動(dòng)車輛經(jīng)過(guò)環(huán)形地埋線圈所在位置時(shí).由于耦合電路振蕩頻率的增大.使得單片機(jī)在單位時(shí)間段測(cè)得的脈沖個(gè)數(shù)也相應(yīng)增加。設(shè)地埋線圈所在位置無(wú)機(jī)動(dòng)車時(shí)單位時(shí)間段單片機(jī)測(cè)得的脈沖個(gè)數(shù)為PN.當(dāng)機(jī)動(dòng)車輛經(jīng)過(guò)地埋線圈所在位置時(shí)單位時(shí)間段單片機(jī)測(cè)得的脈沖個(gè)數(shù)為PM.脈沖增量△E為PM與PN的差值即△E=PM-PN，脈沖增量的經(jīng)驗(yàn)閥值△T預(yù)先設(shè)定在EEPROM中.當(dāng)△E≥△T時(shí)認(rèn)為有車.△E<△T時(shí)認(rèn)為無(wú)車，從而判斷有無(wú)車輛通過(guò)當(dāng)前車道。

　　3 車輛檢測(cè)器硬件設(shè)計(jì)

　　該車輛檢測(cè)器是如圖1所示以C8051F121芯片為主的應(yīng)用系統(tǒng)。各通道經(jīng)74HC18三線譯碼芯片選擇后使能產(chǎn)生振蕩信號(hào).圖2所示電路產(chǎn)牛的該振蕩信號(hào)再經(jīng)集成運(yùn)算LM293整形電路(圖3)整形后形成脈沖信號(hào)，送人C8051F121芯片的ECI引腳.利用可編程計(jì)數(shù)器和捕捉模塊功能啟動(dòng)定時(shí)器T0對(duì)上述脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，判斷有無(wú)車輛通過(guò)當(dāng)前車道。當(dāng)有車輛經(jīng)過(guò)時(shí).車輛狀態(tài)在車輛檢測(cè)器的面板上顯示，并通過(guò)C8051Fl21芯片的UART0接口經(jīng)MAX202串口芯片(圖4)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的RS232信號(hào).將車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)中，經(jīng)后臺(tái)軟件處理.實(shí)現(xiàn)違章車輛的抓拍功能。在應(yīng)用中，把紅燈信號(hào)板發(fā)送過(guò)來(lái)的RS422信號(hào)經(jīng)MAX488芯片轉(zhuǎn)換后的信號(hào)送到C8051F121芯片的UARTI接口.再將接收到的數(shù)據(jù)通過(guò)UART0接口發(fā)送到上位機(jī)中。

　　圖1車輛檢測(cè)器原理圖

　　圖2振蕩電路

　　圖3脈沖整形電路

　　圖4 RS232電平轉(zhuǎn)換電路

　　車輛檢測(cè)器的工作方式：可編程計(jì)數(shù)器陣列(PCAO)能夠提供增強(qiáng)的定時(shí)器功能.它需要較少的CPU干預(yù)。PCAO包含一個(gè)專用的16位計(jì)數(shù)器，定時(shí)器和6個(gè)16位捕捉/比較模塊(CEXn)且每個(gè)捕捉/比較模塊有其自己的I/O線。本設(shè)備選用CEX0模塊，被編程為8位脈沖調(diào)制(PWM)輸出的獨(dú)立工作方式，當(dāng)PCAO計(jì)數(shù)器/定時(shí)器的低字節(jié)(PCAOL)與PCAOCPL0中的值相等時(shí).CEXO的輸出為高電平。當(dāng)PCAOL中的計(jì)數(shù)值溢出時(shí)，CEXO輸出被置為低電平。當(dāng)計(jì)數(shù)器/定時(shí)器的低字節(jié)PCAOL從0xFF到0x00溢出時(shí)，保存在計(jì)數(shù)器/定時(shí)器高字節(jié)(PCAOCPLHO)中的值被自動(dòng)裝入PCAOCPLO，不需軟件干預(yù)。選擇外部通道振蕩器輸出信號(hào)經(jīng)脈沖整形電路整形后的脈沖信號(hào)(EC1)作為可編程計(jì)數(shù)PCA的時(shí)基。

　　4 車輛檢測(cè)器軟件設(shè)計(jì)

　　在圖5的流程中可以知道.采用地感線圈作為車輛采樣的振蕩電路輸出頻率經(jīng)LM393整形后作為ECl0的輸入脈沖，ECI負(fù)跳變有效.當(dāng)CEX0輸出為1(即/INTO=1)且 TR0=1時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器喲計(jì)數(shù)功能.在相應(yīng)的時(shí)間段內(nèi)對(duì)ECl0輸入的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù).作為當(dāng)前的車輛采樣值.通過(guò)與系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的初始化值(無(wú)車狀態(tài)時(shí))與經(jīng)驗(yàn)值相比較.從而判斷出當(dāng)前車道中有無(wú)車輛通過(guò)該地感線圈。當(dāng)有車輛經(jīng)過(guò)并被檢測(cè)到后，及時(shí)更新車輛狀態(tài)數(shù)據(jù).同時(shí)顯示在車輛檢測(cè)器的面板上，并通過(guò)RS232口(板卡的COMl口)發(fā)送到嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的COM1.后臺(tái)軟件接收到車輛狀態(tài)信號(hào)判斷出是處于紅燈信號(hào)時(shí)間段內(nèi).根據(jù)設(shè)置的違章表象啟動(dòng)數(shù)碼相機(jī)，通過(guò)USB數(shù)據(jù)線發(fā)送抓拍指令.從而獲得違章車輛的三張連續(xù)圖片。

　　圖5基本流程圖

　　5 結(jié)論

　　環(huán)形線圈車輛檢測(cè)器是目前國(guó)際上使用范圍最廣的車輛檢測(cè)器.他以技術(shù)成熟、易于掌握、計(jì)數(shù)準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)成為最流行的車輛檢測(cè)器。本文基于美國(guó)Silicon Lab公司的CIP-51TM微控制器核的片上系統(tǒng)(SOC)C8051F121芯片為核心的硬件平臺(tái)，文中對(duì)設(shè)備的硬件電路設(shè)計(jì)，接口電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行全方面的論述和研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該設(shè)備具有低功耗、低成本、功能強(qiáng)大的特點(diǎn).充分利用了該芯片提供的資源，并且滿足了智能車輛檢測(cè)器的需求。