基于MSP430行駛車(chē)輛檢測器的設計

利用環(huán)形線(xiàn)圈、MSP430F1121A單片機與輸出接口，組成低功耗行駛車(chē)輛檢測系統，并能根據用戶(hù)預先設定的靈敏度、工作方式、輸出方式進(jìn)行車(chē)輛檢測與信號輸出。

還應用軟件動(dòng)態(tài)刷新基準的方法提高了檢測的可靠性和準確性。實(shí)驗表明：該系統具有結構簡(jiǎn)單、功耗低、調節方便等優(yōu)點(diǎn)。

引言

近年來(lái)，車(chē)輛檢測器作為交通信息采集的重要前端部分，越來(lái)越受到業(yè)內人士的關(guān)注。鑒于公路交通現代化管理和城市交通現代化管理的發(fā)展需要，對于行駛車(chē)輛的動(dòng)態(tài)檢測技術(shù)——車(chē)輛檢測器的研制在國內外均已引起較大重視。車(chē)輛檢測器以機動(dòng)車(chē)輛為檢測目標，檢測車(chē)輛的通過(guò)或存在狀況，其作用是為智能交通控制系統提供足夠的信息以便進(jìn)行最優(yōu)的控制。

目前，常用的行駛車(chē)輛檢測器主要有磁感應式檢測器，超聲波式檢測器，壓力開(kāi)關(guān)檢測器，雷達檢測器，光電檢測器以及視頻檢測器等，而環(huán)形線(xiàn)圈電磁感應式車(chē)輛檢測器具有性能穩定、結構簡(jiǎn)單、檢測電路易于實(shí)現、成本低、維護量少、適應面廣等優(yōu)點(diǎn)，市場(chǎng)應用范圍最廣。目前我國實(shí)際用于高速公路和城市道路的車(chē)輛檢測器幾乎全部是從國外進(jìn)口的，國產(chǎn)車(chē)輛檢測器存在著(zhù)諸多問(wèn)題，如誤檢率高、靈敏度低、長(cháng)時(shí)間工作穩定性差等。

在大量現場(chǎng)實(shí)驗基礎上，本文提出一種新的解決方案，將穩定性、靈敏性、高速性融為一體，解決了以上所述的諸多問(wèn)題。

1 工作原理

本系統采用MSP430F1121A單片機與環(huán)形線(xiàn)圈相結合的方法對行駛車(chē)輛進(jìn)行檢測，是一種基于電磁感應原理的檢測器。傳感器線(xiàn)圈為通過(guò)有一定電流的環(huán)形線(xiàn)圈，當被檢測鐵質(zhì)物體通過(guò)線(xiàn)圈切割磁力線(xiàn)，引起線(xiàn)圈回路電感量的變化，檢測器通過(guò)檢測該電感變化量就可以檢測出被測物體的存在。本文利用由環(huán)形線(xiàn)圈構成回路的耦合電路對其振蕩頻率進(jìn)行檢測。但線(xiàn)圈檢測易受車(chē)輛、濕度、溫度等外界環(huán)境的影響，基準頻率會(huì )產(chǎn)生漂移，從而影響檢測效果。同時(shí)，由于車(chē)型、車(chē)體、車(chē)速的不同，亦會(huì )影響檢測的準確性。針對這些情況，本文提出了一種軟件動(dòng)態(tài)刷新檢測基準的方法，以及抗干擾的軟件數字濾波方法，充分利用MSP430 系列單片機的片上資源對線(xiàn)圈頻率進(jìn)行檢測，有效提高了檢測的準確性與可靠性。

2 系統結構及硬件設計

2.1 系統結構

系統以MSP430F1121A單片機為核心，由環(huán)形線(xiàn)圈傳感器模塊、LC振蕩電路、整形電路、頻率選擇模塊、電源模塊、電壓監測模塊、工作方式設置模塊、信號輸出模塊及JTAG等組成。系統結構框圖如1 所示。

2.2 各模塊原理及硬件實(shí)現

環(huán)形線(xiàn)圈傳感器是一只埋在路面下的矩形線(xiàn)圈，其兩端引線(xiàn)接車(chē)輛檢測器。環(huán)形線(xiàn)圈的作用相當于LC振蕩回路中的電感L，當有金屬物體靠近時(shí)，其電感量發(fā)生變化，從而引起振蕩頻率的改變。通過(guò)對頻率的檢測、比較，可以判斷車(chē)輛的駛入或駛出。由它組成的LC振蕩電路與整形電路一起構成了信號輸入電路，如圖2所示。

環(huán)行線(xiàn)圈與行駛車(chē)輛之間是通過(guò)電磁場(chǎng)進(jìn)行耦合的。當車(chē)通過(guò)環(huán)形線(xiàn)圈并處在一定的位置時(shí)，在車(chē)體中引起的渦流是一定，而渦流對環(huán)形線(xiàn)圈的影響也是一定的，車(chē)輛與環(huán)形線(xiàn)圈之間存在著(zhù)一定的互感。于是，我們把車(chē)輛看作具有電感L1和電阻R1的短路環(huán)，它通過(guò)互感M與環(huán)形線(xiàn)圈相交鏈。環(huán)形線(xiàn)圈由振蕩電路提供，電感為L(cháng)2，電阻為R2。則可推之等效電感為：

(1)

其中第一項L2的變化幅度與車(chē)輛的導磁率有關(guān)，第二項與電渦流效應有關(guān)。若工作頻率選擇適當，當有車(chē)輛通過(guò)環(huán)形線(xiàn)圈時(shí)，（1）式第一項的變化量將小于第二項，即等效電感減小。而LC振蕩器的振蕩頻率為：

(2)

顯然，當車(chē)輛通過(guò)環(huán)形線(xiàn)圈時(shí)，L變小，則f增大，通過(guò)單片機檢測電路測得其頻率的變化，從而可判斷有無(wú)車(chē)輛通過(guò)。