基于可變計數門(mén)限的車(chē)檢器設計

隨著(zhù)道路行車(chē)速度的提升及行車(chē)數量的劇增，要求車(chē)檢器必須具有快速的響應時(shí)間、準確的判斷能力和穩定的工作狀態(tài)。車(chē)檢器檢測技術(shù)主要有：視頻[1]、環(huán)形線(xiàn)圈[2]、數字微波[2]、激光和紅外線(xiàn)等。雖然檢測技術(shù)種類(lèi)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時(shí)間較長(cháng)，難以及時(shí)準確地檢測到高速通過(guò)的車(chē)輛。

針對常規公路的道路環(huán)境及車(chē)輛通行情況，本文介紹的車(chē)檢器采用的是環(huán)形線(xiàn)圈檢測技術(shù)。該技術(shù)原理簡(jiǎn)單、實(shí)現成本低、工作穩定可靠。在信號分析處理方面，采用了性能穩定的ATmega16A單片機[3]。車(chē)輛檢測信號直接由單片機綜合分析處理，每個(gè)通道檢測響應時(shí)間控制在2.5 ms內完成，檢測結果通過(guò)車(chē)檢器前面板上的指示燈指示，并且采用RS485總線(xiàn)向上位機或其他監控設備發(fā)送檢測結果數據包。

1 系統工作原理

1.1 環(huán)形線(xiàn)圈檢測原理

埋在路面下的環(huán)形線(xiàn)圈通過(guò)饋線(xiàn)連接到車(chē)檢器上，與車(chē)檢器上的電容及三極管等器件構成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。在無(wú)車(chē)輛通過(guò)時(shí)，可認為由環(huán)形線(xiàn)圈所形成的電感值是穩定不變的，因此LC諧振電路的諧振頻率也不變，單片機將接收到固定頻率的方波，記為F1。在有行車(chē)通過(guò)埋地環(huán)形線(xiàn)圈時(shí)，由于機動(dòng)車(chē)是一個(gè)大金屬體，埋地線(xiàn)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，單片機接收到的方波頻率記為F1+ΔF；而當機動(dòng)車(chē)離開(kāi)埋地線(xiàn)圈后，LC諧振頻率將恢復為F1，從而實(shí)現了將車(chē)輛通過(guò)的有無(wú)，轉換為發(fā)送到單片機的方波頻率的變化。

1.2 可變計數門(mén)限工作原理

對于采用固定門(mén)限的計數方式[4]，是給主計數器一個(gè)固定時(shí)長(cháng)的計數時(shí)間，以檢測信號作為計數時(shí)鐘，如圖1所示。


2 系統功能及其硬件組成

2.1 系統功能簡(jiǎn)介

(1)本設計采用可變計數門(mén)限檢測法。單片機初始化時(shí)將根據主計數器的計數值N實(shí)現自動(dòng)調節可變門(mén)限計數器的計數上限值M，使得其計數時(shí)長(cháng)在要求之內，而主計數器也能得到具有明顯區分度的計數值。實(shí)際上，就是在檢測時(shí)間和檢測靈敏度之間達到一個(gè)平衡。

(2)車(chē)檢器提供了兩個(gè)檢測通道，每個(gè)通道可以單獨使用，也可以聯(lián)合使用。單獨使用時(shí)可檢測車(chē)流量，即當檢測到車(chē)輛通過(guò)環(huán)形線(xiàn)圈時(shí)則累加過(guò)車(chē)數量；聯(lián)合使用時(shí)可檢測車(chē)速，當車(chē)輛經(jīng)過(guò)第一個(gè)線(xiàn)圈時(shí)記錄車(chē)輛進(jìn)入時(shí)間T1，進(jìn)入第二個(gè)線(xiàn)圈時(shí)記錄進(jìn)入時(shí)間T2，則行車(chē)速度為V=S/(T2-T1)，其中S為兩個(gè)線(xiàn)圈的間隔距離。

(3)車(chē)檢器具備上位機遠程操控功能。上位機通過(guò)RS485總線(xiàn)實(shí)現遠程操控車(chē)檢器的工作模式及設定檢測參數(包括檢測靈敏度、自調諧、通信波特率、初始化、通道開(kāi)啟狀況等)。輸入輸出數據格式可根據用戶(hù)的要求進(jìn)行組幀，提高了車(chē)檢器的適用性。

(4)參數設置及工作狀態(tài)指示。采用兩個(gè)8 bit撥碼開(kāi)關(guān)用于參數設置，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)間設定，另一個(gè)在車(chē)檢器電路板上提供地址碼設定、節能模式、串口使能、自調諧等功能的設定。8個(gè)LED用于在前面板指示車(chē)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)。