車(chē)輛外輪廓尺寸檢測儀的設計和應用

0   引言

近年來(lái)，隨著(zhù)國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，特別是高等級公路建設規模越來(lái)越大，公路貨運周轉量逐年增加。由于普遍的嚴重超限（超高、超寬、超長(cháng)、超重）運輸，給公路運輸帶來(lái)極大的危害，嚴重危及人民群眾生命財產(chǎn)和國家財產(chǎn)安全，影響社會(huì )經(jīng)濟協(xié)調和公路運輸的可持續發(fā)展，但是，治超是一項非常復雜而艱苦的工作，目前判別車(chē)輛長(cháng)寬高是否超限的方法通常是依靠執法人員攔截，通過(guò)人工檢測是否超限，在引導至停車(chē)場(chǎng)進(jìn)行處理，執法效率低，很難做到全天候檢測。

圖1 原理框架圖

1   系統設計

車(chē)輛外輪廓尺寸檢測儀采用單片機作主控，使用ST 公司的STM32 系列的單片機^[1]，3 顆STM32 芯片^[1]采用TCP/IP 協(xié)議^[2]接受和解析3 臺激光雷達設備實(shí)時(shí)數據；1 顆STM32 芯片使用RS232 與另外三顆STM32 芯片通訊，做融合計算；主控制箱通過(guò)串口與上位機通訊。圖1 為車(chē)輛外輪廓尺寸檢測儀原理框架圖，圖2 為檢測原理流程圖。

圖2 檢測原理流程圖

2   硬件電路設計

2.1 DP83848以太網(wǎng)通信電路

該電路采用以太網(wǎng)DP83848 芯片以太網(wǎng)芯片，魯棒性好、功能全、功耗低的10/100Mbps 單路物理層（PHY）器件。支持MII 和RMII，使設計更簡(jiǎn)單靈活；同時(shí)支持100BASE~T 和100BASE~T 以太網(wǎng)外設。電路圖如圖3。

圖3 DP8348以太網(wǎng)通信電路

3   嵌入式軟件設計

3.1 TC/IP數據接收與發(fā)送流程

激光雷達設備內部集成TCPSocket Server， 通過(guò)TCP SocketClient 端登錄方式獲取數據和發(fā)送指令信息。其中三顆STM32 芯片通過(guò)TCP/IP 方式^[3]，以客戶(hù)端登錄。

每隔一秒發(fā)送一次心跳數據以保證在線(xiàn)狀態(tài)，激光雷達以50 Hz 的頻率發(fā)送掃描數據到客戶(hù)端，客戶(hù)端根據協(xié)議解析出相應的命令。圖4表示激光雷達發(fā)送掃描數據的流程。

3.2 串口數據流程

串口數據接收與發(fā)送分兩部分，主控制箱內部STM32 芯片之間數據通信和主控制箱與上位機通信；三顆STM32 芯片在分別接收到三臺雷達設備數據，根據網(wǎng)絡(luò )數據協(xié)議解析數據包，解析出命令字，再根據命令字獲取有效數據部分，考慮到TCP 神奇的40 ms，在接收數據包會(huì )出現數據粘包與分包現象，所以需對每筆數據包做處理，解析完得到有效的掃描數據再通過(guò)串口發(fā)送給主核心控制芯片，用于融合計算；在主核心控制芯片計算得到有效的長(cháng)、寬、高信息，通過(guò)串口發(fā)送到上位機，上位機負責接受與顯示。

圖4 激光雷達發(fā)送掃描數據

4   結語(yǔ)

利用激光高速掃描的特點(diǎn)，能夠精確檢測到跟車(chē)駛入時(shí)兩車(chē)的間隙位置，并對跟車(chē)的車(chē)輛進(jìn)行準確的分離及準確的對應車(chē)輛的輪廓信息，保證檢測數據與車(chē)輛的一一對應關(guān)系，保證車(chē)輛隊列的正確性，不多車(chē)，不漏車(chē)；可廣泛地應用于固定式治超站、高速公路入口治超站、非現場(chǎng)執法站的車(chē)輛長(cháng)超寬超高檢測。

參考文獻：

[1] 李明,康靜秋,賈智平.嵌入式TCP/IP協(xié)議棧的研究與開(kāi)發(fā)[J].計算機工程與應用,2002,38(16):118-121.

[2] 黃克亞.ARM Cortex-M3嵌入式原理及應用——基于STM32F103微控制器[M].北京:清華大學(xué)出版社,2020.

[3] STEVENS W R.TCP/IP詳解 卷1:協(xié)議[M].2版.譯:范建華,等.北京:機械工業(yè)出版社,2000.

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年3月期）