ETC中具有車(chē)型識別功能的車(chē)輛檢測器設計

隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展，不停車(chē)收費系統（ETC）已在我國悄然興起。不停車(chē)收費系統主要是由通訊、監控、收費三大系統組成。整個(gè)系統可靠運行的一個(gè)重要環(huán)節就是車(chē)輛檢測器。在不停車(chē)收費系統中它是檢測駛向通訊區域的車(chē)輛并命令天線(xiàn)進(jìn)行通信的傳感器，具有進(jìn)入檢測、車(chē)速檢測、車(chē)型判別等功能；它是檢測出離開(kāi)通信區域的車(chē)輛、根據ETC車(chē)道控制器的判斷控制欄桿、路側顯示器的傳感器，具有進(jìn)入檢測功能；它具有檢測車(chē)輛通過(guò)，控制清除針對該車(chē)輛的路側顯示器的顯示內容以及控制針對后續車(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)復雜性、可靠性、維護要求、適用范圍等因素，我們這種車(chē)輛檢測器是基于地感線(xiàn)圈原理研制的。

1 動(dòng)態(tài)車(chē)輛檢測器設計

1.1 系統組成 

圖1 動(dòng)態(tài)車(chē)輛檢測器系統框圖

圖1為動(dòng)態(tài)車(chē)輛檢測器系統框圖。地感線(xiàn)圈通過(guò)饋線(xiàn)與諧振電路相連，當鐵磁性的車(chē)體通過(guò)地感線(xiàn)圈時(shí)，通過(guò)諧振電路將電感量的變化轉換成頻率的變化。單片機是整個(gè)系統的核心，通過(guò)單片機計數器進(jìn)行計數，不斷讀出數據即出當前頻率，獲得頻率變化趨勢，并根據當前的各種參數要求與基準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)信號供外部設備使用。同時(shí)上位機通過(guò)串口RS232采集到頻率變化值形成感應頻率曲線(xiàn)用于車(chē)型判別。

為了確保設備在公路現場(chǎng)惡劣的噪聲干擾環(huán)境下，能夠長(cháng)期正?？煽康毓ぷ?，專(zhuān)門(mén)設計了硬件看門(mén)狗電路，使其保證設備在死機后迅速自啟動(dòng)恢復工作。同時(shí)在檢測器長(cháng)期運行過(guò)程中，如果工作頻率超出了一定的范圍則通過(guò)復位電路進(jìn)行復位，以重新進(jìn)行頻率調整。狀態(tài)指示電路用于指示車(chē)輛檢測信息，裝置運行與網(wǎng)絡(luò )通訊信息，檢測器工作狀態(tài)信息等。

1.2 動(dòng)態(tài)車(chē)輛檢測電路 

圖2  動(dòng)態(tài)車(chē)輛檢測電路原理圖

圖2給出了動(dòng)態(tài)車(chē)輛檢測電路原理圖。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?；鶞暑l率的獲取直接影響測量精度，如果諧振電路的振蕩頻率較低，當有不同類(lèi)型車(chē)輛經(jīng)過(guò)地感線(xiàn)圈時(shí)，諧振電路輸出信號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量精度，使得判斷車(chē)輛通過(guò)的結果誤差很大。本 圖2動(dòng)態(tài)車(chē)輛檢測電路原理圖設計采用電容反饋三點(diǎn)式振蕩電路，將電路的起始基準頻率設計在100KHz左右，工作頻率在100KHz—160KHz 之間都很穩定，完全可以滿(mǎn)足交通部規定線(xiàn)圈的適用范圍（10Uh—2200Uh）。

2 系統軟件設計

本系統采用AT89C51單片機，片內有4KBYTE的EPROM可以反復編程，并且操作簡(jiǎn)單，便于開(kāi)發(fā)調試和批量生產(chǎn)。我們選用11.0592MHz的晶振。

2.1當前頻率獲取

在主程序中設置一個(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，不斷讀取當前振蕩計數值，并保存到Counter的自變量中。

2.2 基準頻率校訂

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

另一方面，由于外界條件的變化而導致線(xiàn)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)的情況導致檢測器誤檢。因此在系統運行的過(guò)程中我們必須不斷的校訂基準頻率?；鶞暑l率校訂算法流程圖如圖三所示。該算法根據有車(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 基準頻率校訂算法流程圖

2.3車(chē)型識別：

在不停車(chē)收費系統中，我們用自動(dòng)收費系統代替傳統的人工半自動(dòng)收費系統。自動(dòng)收費系統將需要許多高新技術(shù)，其中一個(gè)最為關(guān)鍵的技術(shù)是如何測出實(shí)際的車(chē)輛類(lèi)型以確定收費標準。我們選用地感線(xiàn)圈作為傳感器，結合模糊模式識別算法對車(chē)輛進(jìn)行分類(lèi)。  

3 結束語(yǔ)

本系統采用了多種軟硬件抗干擾措施，并能夠對基準頻率進(jìn)行實(shí)時(shí)校訂，使系統具有實(shí)時(shí)性強、性能穩定、檢測率高等特點(diǎn)，基本上滿(mǎn)足了ETC系統的各種要求。另外采用模糊模式識別方法，更好的利用人的識別經(jīng)驗，把人的經(jīng)驗歸納成推理規則，用推理代替計算來(lái)完成識別的過(guò)程。模糊模式識別方法的使用充分發(fā)揮了地感線(xiàn)圈在分類(lèi)系統中低成本、高可靠度、簡(jiǎn)單方便等獨特的優(yōu)勢。通過(guò)改變閾值等各種參數還可以將其應用在停車(chē)場(chǎng)等不同場(chǎng)合。

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