單片機(jī)和車輛檢測(cè)器的車型原理分析及技術(shù)研究

???? 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(guó)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(cè)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(cè)器可為交通監(jiān)視與控制系統(tǒng)提供車輛感應(yīng)信號(hào)，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(cè)器的種類很多，檢測(cè)方式也各不相同，目前主要使用的車輛檢測(cè)器有電磁式車輛檢測(cè)器、地磁式車輛檢測(cè)器、超聲波式車輛檢測(cè)器、環(huán)形線圈(有源和無(wú)源兩種)車輛檢測(cè)器等。這些檢測(cè)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(cè)器中能量發(fā)生變化而產(chǎn)生車輛感應(yīng)信號(hào)。

　綜合考慮，車型自動(dòng)識(shí)別(AVI)技術(shù)本身固有的適應(yīng)性強(qiáng)，識(shí)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(kù)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(dòng)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(guó)內(nèi)最有前途、最可能采用的一種車型自動(dòng)分類技術(shù)。

　　2 國(guó)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(duì)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(duì)道路的損壞程度和占用程度大，收費(fèi)就高；小車對(duì)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(duì)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(dòng)分類AVC(Automatic Vehicle Classification)和車型自動(dòng)識(shí)別AVI(Automatic Vehicle Identification)。前者是通過檢測(cè)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(shí)別算法，主動(dòng)地對(duì)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(wú)線通訊，自報(bào)家門式地實(shí)現(xiàn)車型的分類確認(rèn)。
　
對(duì)于車型自動(dòng)分類技術(shù)AVC而言，國(guó)內(nèi)外目前采用的大都是以通過檢測(cè)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(zhǎng)、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。

　　3 電磁式車輛檢測(cè)器的原理

　　電磁式檢測(cè)器可檢測(cè)車輛的通過和存在。檢測(cè)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(cè)電路相連。探頭線圈與檢測(cè)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：

　　電磁式車輛檢測(cè)器的原理是采用電磁感應(yīng)檢測(cè)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(cè)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(cè)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△f=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(duì)線圈的影響也不同，也即導(dǎo)致振蕩器頻率變化△f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△廠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。

　　電磁式檢測(cè)器既是通過型，又是存在型，可檢測(cè)流量和車速，其檢測(cè)范圍為4米車道。此種檢測(cè)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(cè)電路、沖關(guān)報(bào)警電路、數(shù)據(jù)信息儲(chǔ)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。

　　5 軟件程序流程圖

　　根據(jù)電磁式檢測(cè)器的原理，把3個(gè)電磁式檢測(cè)器串埋于路面下，并把3個(gè)電磁式檢測(cè)器的輸出信號(hào)送給單片機(jī)進(jìn)行處理。當(dāng)3個(gè)電磁式檢測(cè)器同時(shí)都有信號(hào)輸出時(shí)，就為大車，當(dāng)2個(gè)電磁式檢測(cè)器(相鄰的)同時(shí)有信號(hào)輸出時(shí)，就中車，只有一個(gè)電磁式檢測(cè)器有信號(hào)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(cè)器分別為a，b，c，安裝位置如圖4所示。

?則軟件程序流程圖如圖5所示。

　　對(duì)我國(guó)而言，由于現(xiàn)行統(tǒng)一的車型分類標(biāo)準(zhǔn)是按車輛一的抽象特征(客車按額定座位數(shù)，貨車按額定載重量)對(duì)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(dòng)分類技術(shù)都未能達(dá)到真正的實(shí)用化要求(識(shí)別正確率99.999 9％)；同時(shí)，基于電子標(biāo)簽的車型自動(dòng)識(shí)別技術(shù)在世界各國(guó)成功地應(yīng)用，這為我國(guó)的自動(dòng)收費(fèi)提供了良好的借鑒，中國(guó)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(shì)，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)。