基于C8051F121在智能車(chē)輛檢測器中的設計與應用

　　1 引言

　　隨著(zhù)我國交通基礎設施建設加速發(fā)展的勢頭，交通量在快速增長(cháng)，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.智能交通控制系統作為一種非現場(chǎng)執法手段.可對闖紅燈、超速、逆行、違章變道行駛、壓黃線(xiàn)等多種違法現象起到迅速的監控、抓拍、遠程傳輸.為迅速的獲取違章證據及時(shí)處理交通違章，提供行之有效的監測手段.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(chē)輛檢測器.其作用是為智能交通控制系統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的應用形式上可以看出智能車(chē)輛檢測器是交通信息采集的一個(gè)重要組成部分。

　　2 車(chē)輛檢測器

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

　　目前我們在現場(chǎng)應用的環(huán)形線(xiàn)圈車(chē)輛檢測器.是一種基于電磁感應原理的車(chē)輛檢測器.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(xiàn)圈(一般為2米x l米)。當車(chē)輛通過(guò)環(huán)形地埋線(xiàn)圈或停在環(huán)形地埋線(xiàn)圈上時(shí).車(chē)輛自身鐵質(zhì)切割磁通線(xiàn)，引起線(xiàn)閣同路電感壁的變化.榆測器通過(guò)檢測該電感變化量就可以檢測出車(chē)輛的存在.檢測這個(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，對相位的變化進(jìn)行檢測.另一種方式則是利用由環(huán)形地埋線(xiàn)圈構成回路的耦合電路對其振蕩頻率進(jìn)行檢測。我們這里采用了后一種檢測方式。正常情況下.機動(dòng)車(chē)輛沒(méi)處在環(huán)形地埋線(xiàn)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)間段測得的脈沖個(gè)數基本保持不變.當機動(dòng)車(chē)輛經(jīng)過(guò)環(huán)形地埋線(xiàn)圈所在位置時(shí).由于耦合電路振蕩頻率的增大.使得單片機在單位時(shí)間段測得的脈沖個(gè)數也相應增加。設地埋線(xiàn)圈所在位置無(wú)機動(dòng)車(chē)時(shí)單位時(shí)間段單片機測得的脈沖個(gè)數為PN.當機動(dòng)車(chē)輛經(jīng)過(guò)地埋線(xiàn)圈所在位置時(shí)單位時(shí)間段單片機測得的脈沖個(gè)數為PM.脈沖增量△E為PM與PN的差值即△E=PM-PN，脈沖增量的經(jīng)驗閥值△T預先設定在EEPROM中.當△E≥△T時(shí)認為有車(chē).△E<△T時(shí)認為無(wú)車(chē)，從而判斷有無(wú)車(chē)輛通過(guò)當前車(chē)道。

　　3 車(chē)輛檢測器硬件設計

　　該車(chē)輛檢測器是如圖1所示以C8051F121芯片為主的應用系統。各通道經(jīng)74HC18三線(xiàn)譯碼芯片選擇后使能產(chǎn)生振蕩信號.圖2所示電路產(chǎn)牛的該振蕩信號再經(jīng)集成運算LM293整形電路(圖3)整形后形成脈沖信號，送人C8051F121芯片的ECI引腳.利用可編程計數器和捕捉模塊功能啟動(dòng)定時(shí)器T0對上述脈沖信號進(jìn)行計數，判斷有無(wú)車(chē)輛通過(guò)當前車(chē)道。當有車(chē)輛經(jīng)過(guò)時(shí).車(chē)輛狀態(tài)在車(chē)輛檢測器的面板上顯示，并通過(guò)C8051Fl21芯片的UART0接口經(jīng)MAX202串口芯片(圖4)轉換成標準的RS232信號.將車(chē)輛狀態(tài)數據發(fā)送到上位機中，經(jīng)后臺軟件處理.實(shí)現違章車(chē)輛的抓拍功能。在應用中，把紅燈信號板發(fā)送過(guò)來(lái)的RS422信號經(jīng)MAX488芯片轉換后的信號送到C8051F121芯片的UARTI接口.再將接收到的數據通過(guò)UART0接口發(fā)送到上位機中。

　　圖1車(chē)輛檢測器原理圖

　　圖2振蕩電路

　　圖3脈沖整形電路

　　圖4 RS232電平轉換電路

　　車(chē)輛檢測器的工作方式：可編程計數器陣列(PCAO)能夠提供增強的定時(shí)器功能.它需要較少的CPU干預。PCAO包含一個(gè)專(zhuān)用的16位計數器，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(xiàn)。本設備選用CEX0模塊，被編程為8位脈沖調制(PWM)輸出的獨立工作方式，當PCAO計數器/定時(shí)器的低字節(PCAOL)與PCAOCPL0中的值相等時(shí).CEXO的輸出為高電平。當PCAOL中的計數值溢出時(shí)，CEXO輸出被置為低電平。當計數器/定時(shí)器的低字節PCAOL從0xFF到0x00溢出時(shí)，保存在計數器/定時(shí)器高字節(PCAOCPLHO)中的值被自動(dòng)裝入PCAOCPLO，不需軟件干預。選擇外部通道振蕩器輸出信號經(jīng)脈沖整形電路整形后的脈沖信號(EC1)作為可編程計數PCA的時(shí)基。

　　4 車(chē)輛檢測器軟件設計

　　在圖5的流程中可以知道.采用地感線(xiàn)圈作為車(chē)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負跳變有效.當CEX0輸出為1(即/INTO=1)且 TR0=1時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器喲計數功能.在相應的時(shí)間段內對ECl0輸入的脈沖進(jìn)行計數.作為當前的車(chē)輛采樣值.通過(guò)與系統運行時(shí)的初始化值(無(wú)車(chē)狀態(tài)時(shí))與經(jīng)驗值相比較.從而判斷出當前車(chē)道中有無(wú)車(chē)輛通過(guò)該地感線(xiàn)圈。當有車(chē)輛經(jīng)過(guò)并被檢測到后，及時(shí)更新車(chē)輛狀態(tài)數據.同時(shí)顯示在車(chē)輛檢測器的面板上，并通過(guò)RS232口(板卡的COMl口)發(fā)送到嵌入式計算機系統的COM1.后臺軟件接收到車(chē)輛狀態(tài)信號判斷出是處于紅燈信號時(shí)間段內.根據設置的違章表象啟動(dòng)數碼相機，通過(guò)USB數據線(xiàn)發(fā)送抓拍指令.從而獲得違章車(chē)輛的三張連續圖片。

　　圖5基本流程圖

　　5 結論

　　環(huán)形線(xiàn)圈車(chē)輛檢測器是目前國際上使用范圍最廣的車(chē)輛檢測器.他以技術(shù)成熟、易于掌握、計數準確等優(yōu)點(diǎn)成為最流行的車(chē)輛檢測器。本文基于美國Silicon Lab公司的CIP-51TM微控制器核的片上系統(SOC)C8051F121芯片為核心的硬件平臺，文中對設備的硬件電路設計，接口電路設計和軟件設計進(jìn)行全方面的論述和研究。實(shí)驗結果證明該設備具有低功耗、低成本、功能強大的特點(diǎn).充分利用了該芯片提供的資源，并且滿(mǎn)足了智能車(chē)輛檢測器的需求。