基于單片機和車(chē)輛檢測器的車(chē)型分析技術(shù)研究

1 引言

　　在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，單片機也日新月異，迅速發(fā)展。目前，他不僅在工業(yè)上有極廣泛的應用，而且已普遍地滲透到國民經(jīng)濟各個(gè)部門(mén)，特別在交通建設中起著(zhù)重要的作用。在目前和今后的交通系統中，車(chē)輛檢測器以其交通控制的“耳目”而引起交通工程專(zhuān)家們的高度重視，車(chē)輛檢測器可為交通監視與控制系統提供車(chē)輛感應信號，提供有關(guān)交通環(huán)境條件的情報與數據。車(chē)輛檢測器的種類(lèi)很多，檢測方式也各不相同，目前主要使用的車(chē)輛檢測器有電磁式車(chē)輛檢測器、地磁式車(chē)輛檢測器、超聲波式車(chē)輛檢測器、環(huán)形線(xiàn)圈(有源和無(wú)源兩種)車(chē)輛檢測器等。這些檢測器的主要工作原理各不相同，但他們都是基于車(chē)輛通過(guò)或存在，使檢測器中能量發(fā)生變化而產(chǎn)生車(chē)輛感應信號。

2 國內外車(chē)型分類(lèi)技術(shù)應用現狀

　　所謂車(chē)型指的就是人們根據車(chē)輛在行駛時(shí)對道路損壞程度和占用程度的不同而把車(chē)輛進(jìn)行分類(lèi)的類(lèi)型。車(chē)輛分型的目的是為了按不同的費率核收通行費。大車(chē)對道路的損壞程度和占用程度大，收費就高；小車(chē)對道路的損壞程度和占用程度都小，收費就少。因此，分型的依據主要有兩個(gè)，即車(chē)輛的體積和載重量。

　　目前，對車(chē)型分類(lèi)技術(shù)的研究有著(zhù)2個(gè)不同的技術(shù)流派：車(chē)型自動(dòng)分類(lèi)AVC(Automatic Vehicle Classification)和車(chē)型自動(dòng)識別AVI(Automatic Vehicle Identification)。前者是通過(guò)檢測車(chē)輛本身固有的參數，在一定的車(chē)型分類(lèi)標準下運用適當的分類(lèi)識別算法，主動(dòng)地對車(chē)輛進(jìn)行分型；后者則是通過(guò)車(chē)載單元與收費設施間的無(wú)線(xiàn)通訊，自報家門(mén)式地實(shí)現車(chē)型的分類(lèi)確認。
　
　　對于車(chē)型自動(dòng)分類(lèi)技術(shù)AVC而言，國內外目前采用的大都是以通過(guò)檢測車(chē)輛本身固有參數，間接地按車(chē)輛設計載重量進(jìn)行分類(lèi)的按車(chē)型收費方式。這是因為車(chē)輛本身的固有參數，如：車(chē)長(cháng)、車(chē)寬、車(chē)高、車(chē)輪直徑、輪距、輪數、軸數、軸距、底盤(pán)高度及外形尺寸等都與車(chē)輛的載重量有著(zhù)較為密切的關(guān)系且比較容易采集。

3 電磁式車(chē)輛檢測器的原理

　　電磁式檢測器可檢測車(chē)輛的通過(guò)和存在。檢測器的探頭采用高導磁率的材料做成磁芯體，在其外層骨架上繞制線(xiàn)圈，放置于保護筒內，埋設于路面下。通過(guò)引線(xiàn)將探頭與檢測電路相連。探頭線(xiàn)圈與檢測電路上的電容并聯(lián)，構成諧振回路，他的等效電路如圖1所示，其諧振頻率為：

　　電磁式車(chē)輛檢測器的原理是采用電磁感應檢測技術(shù)，即根據不同車(chē)輛通過(guò)埋設于道路下的環(huán)形感應線(xiàn)圈時(shí)，引起其電感量不同的變化來(lái)檢測車(chē)輛的到達和離開(kāi)，并進(jìn)行車(chē)型分類(lèi)。系統的關(guān)鍵部分為線(xiàn)圈探測器，他由感應線(xiàn)圈和控制部分組成。當沒(méi)有車(chē)輛通過(guò)時(shí)，振蕩器的頻率為f0，當有車(chē)輛以一定速度接近并從其上通過(guò)時(shí)，線(xiàn)圈的電感參數發(fā)生變化，進(jìn)而引起振蕩器的振蕩頻率發(fā)生微弱變化，假定為f1。在車(chē)輛行駛過(guò)程中，由于車(chē)輛底盤(pán)形狀是不同的，因此f1也將隨之而發(fā)生變化，當車(chē)輛離開(kāi)環(huán)形線(xiàn)圈后，振蕩器的頻率又將恢復到f0，因此得到了隨汽車(chē)通行的時(shí)刻而變化的值即頻差△f=f1-f0。不同種類(lèi)的車(chē)輛由于底盤(pán)的形狀、大小、高低不同，導致其對線(xiàn)圈的影響也不同，也即導致振蕩器頻率變化△f也不同，不同類(lèi)型車(chē)輛通過(guò)線(xiàn)圈時(shí)的頻差曲線(xiàn)是不同的。這樣，可以反過(guò)來(lái)通過(guò)△廠(chǎng)的不同判別車(chē)輛的通過(guò)和存在，圖2是不同車(chē)輛通過(guò)感應線(xiàn)圈時(shí)得到的頻差曲線(xiàn)。

　　電磁式檢測器既是通過(guò)型，又是存在型，可檢測流量和車(chē)速，其檢測范圍為4米車(chē)道。此種檢測器成本低，穩定性好。

4 硬件結構框圖

　　其硬件電路是以Atmel公司生產(chǎn)的89CXX系列單片機為核心器件，使用了多種功能的新型接口芯片擴展接口電路。接口電路包括車(chē)輛檢測電路、沖關(guān)報警電路、數據信息儲存電路、車(chē)輛計數顯示電路、時(shí)鐘電路、鍵盤(pán)電路、通信電路等。其硬件結構框圖如圖3所示。

5 軟件程序流程圖

　　根據電磁式檢測器的原理，把3個(gè)電磁式檢測器串埋于路面下，并把3個(gè)電磁式檢測器的輸出信號送給單片機進(jìn)行處理。當3個(gè)電磁式檢測器同時(shí)都有信號輸出時(shí)，就為大車(chē)，當2個(gè)電磁式檢測器(相鄰的)同時(shí)有信號輸出時(shí)，就中車(chē)，只有一個(gè)電磁式檢測器有信號輸出時(shí)，就為小車(chē)；并且不管是大車(chē)、中車(chē)還是小車(chē)，只要有車(chē)輛通過(guò)或存在時(shí)都進(jìn)行計數統計和顯示。

　　假設3個(gè)電磁式車(chē)輛檢測器分別為a，b，c，安裝位置如圖4所示。

　　則軟件程序流程圖如圖5所示。

6 結 語(yǔ)

　　對我國而言，由于現行統一的車(chē)型分類(lèi)標準是按車(chē)輛一的抽象特征(客車(chē)按額定座位數，貨車(chē)按額定載重量)對收費車(chē)輛進(jìn)行劃分的，目前的研究現狀表明，各種車(chē)型自動(dòng)分類(lèi)技術(shù)都未能達到真正的實(shí)用化要求(識別正確率99.999 9％)；同時(shí)，基于電子標簽的車(chē)型自動(dòng)識別技術(shù)在世界各國成功地應用，這為我國的自動(dòng)收費提供了良好的借鑒，中國交通部智能交通研究中心(ITSC)調研表明，采用高安全性的預付卡開(kāi)展公路收費的電子支付業(yè)務(wù)是必然的發(fā)展趨勢，采用雙界面IC卡和雙片式ETC電子標簽作聯(lián)網(wǎng)收費系統的預付卡介質(zhì)。

　　綜合考慮，車(chē)型自動(dòng)識別(AVI)技術(shù)本身固有的適應性強，識別正確率高，可全天候使用，還有容易與計算機網(wǎng)絡(luò )、數據庫等技術(shù)融合的優(yōu)點(diǎn)，可以比較方便地實(shí)現聯(lián)網(wǎng)及自動(dòng)收費等業(yè)務(wù)；隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步和經(jīng)濟的發(fā)展，在解決了其初期投資過(guò)于昂貴的問(wèn)題之后，認為他應該是國內最有前途、最可能采用的一種車(chē)型自動(dòng)分類(lèi)技術(shù)。