基于C8051F121在智能车辆检测器中的设计与应用

1 引言

随着我国交通基础设施建设加速发展的势头，交通量在快速增长，随之而来的便是道路拥堵、大气污染.以及交通事故带来的危害。为缓解道路拥堵、改善出行条件、提高道路安全性.智能交通控制系统作为一种非现场执法手段.可对闯红灯、超速、逆行、违章变道行驶、压黄线等多种违法现象起到迅速的监控、抓拍、远程传输.为迅速的获取违章证据及时处理交通违章，提供行之有效的监测手段.为减少和避免交通事故的发生起到积极作用。因此.在文章中所开发的车辆检测器.其作用是为智能交通控制系统提供足够的信息以便于最优的控制。从智能交通控制系统的应用形式上可以看出智能车辆检测器是交通信息采集的一个重要组成部分。

2 车辆检测器

车辆检测器是高速公路和城市交通道路监控系统中不可缺少的组成部分.主要是通过数据采集和设备监视等方式.向监控系统中的信息处理和信息发布单元提供各种交通参数.作为监控中心分析、判断、发出信息和提出控制方案的主要依据。因此，车辆柃测器及其检测技术水平的高低直接影响到公路交通监控系统的整体运行管理水平。

目前我们在现场应用的环形线圈车辆检测器.是一种基于电磁感应原理的车辆检测器.它的传感器是一个埋在路面下.通有一定丁作电流的环形线圈(一般为2米x l米)。当车辆通过环形地埋线圈或停在环形地埋线圈上时.车辆自身铁质切割磁通线，引起线阁同路电感壁的变化.榆测器通过检测该电感变化量就可以检测出车辆的存在.检测这个电感变化量一般来说有两种方式：一种是利用相位锁存器和相位比较器，对相位的变化进行检测.另一种方式则是利用由环形地埋线圈构成回路的耦合电路对其振荡频率进行检测。我们这里采用了后一种检测方式。正常情况下.机动车辆没处在环形地埋线圈所在位置的时候.耦合电路振荡频率保持恒定.在单位时间段测得的脉冲个数基本保持不变.当机动车辆经过环形地埋线圈所在位置时.由于耦合电路振荡频率的增大.使得单片机在单位时间段测得的脉冲个数也相应增加。设地埋线圈所在位置无机动车时单位时间段单片机测得的脉冲个数为PN.当机动车辆经过地埋线圈所在位置时单位时间段单片机测得的脉冲个数为PM.脉冲增量△E为PM与PN的差值即△E=PM-PN，脉冲增量的经验阀值△T预先设定在EEPROM中.当△E≥△T时认为有车.△E<△T时认为无车，从而判断有无车辆通过当前车道。

3 车辆检测器硬件设计

该车辆检测器是如图1所示以C8051F121芯片为主的应用系统。各通道经74HC18三线译码芯片选择后使能产生振荡信号.图2所示电路产牛的该振荡信号再经集成运算LM293整形电路(图3)整形后形成脉冲信号，送人C8051F121芯片的ECI引脚.利用可编程计数器和捕捉模块功能启动定时器T0对上述脉冲信号进行计数，判断有无车辆通过当前车道。当有车辆经过时.车辆状态在车辆检测器的面板上显示，并通过C8051Fl21芯片的UART0接口经MAX202串口芯片(图4)转换成标准的RS232信号.将车辆状态数据发送到上位机中，经后台软件处理.实现违章车辆的抓拍功能。在应用中，把红灯信号板发送过来的RS422信号经MAX488芯片转换后的信号送到C8051F121芯片的UARTI接口.再将接收到的数据通过UART0接口发送到上位机中。

 

图1车辆检测器原理图

 

图2振荡电路

 

图3脉冲整形电路

 

图4 RS232电平转换电路

车辆检测器的工作方式：可编程计数器阵列(PCAO)能够提供增强的定时器功能.它需要较少的CPU干预。PCAO包含一个专用的16位计数器，定时器和6个16位捕捉/比较模块(CEXn)且每个捕捉/比较模块有其自己的I/O线。本设备选用CEX0模块，被编程为8位脉冲调制(PWM)输出的独立工作方式，当PCAO计数器/定时器的低字节(PCAOL)与PCAOCPL0中的值相等时.CEXO的输出为高电平。当PCAOL中的计数值溢出时，CEXO输出被置为低电平。当计数器/定时器的低字节PCAOL从0xFF到0x00溢出时，保存在计数器/定时器高字节(PCAOCPLHO)中的值被自动装入PCAOCPLO，不需软件干预。选择外部通道振荡器输出信号经脉冲整形电路整形后的脉冲信号(EC1)作为可编程计数PCA的时基。

4 车辆检测器软件设计

在图5的流程中可以知道.采用地感线圈作为车辆采样的振荡电路输出频率经LM393整形后作为ECl0的输入脉冲，ECI负跳变有效.当CEX0输出为1(即/INTO=1)且 TR0=1时启动定时器哟计数功能.在相应的时间段内对ECl0输入的脉冲进行计数.作为当前的车辆采样值.通过与系统运行时的初始化值(无车状态时)与经验值相比较.从而判断出当前车道中有无车辆通过该地感线圈。当有车辆经过并被检测到后，及时更新车辆状态数据.同时显示在车辆检测器的面板上，并通过RS232口(板卡的COMl口)发送到嵌入式计算机系统的COM1.后台软件接收到车辆状态信号判断出是处于红灯信号时间段内.根据设置的违章表象启动数码相机，通过USB数据线发送抓拍指令.从而获得违章车辆的三张连续图片。

 

图5基本流程图

5 结论

环形线圈车辆检测器是目前国际上使用范围最广的车辆检测器.他以技术成熟、易于掌握、计数准确等优点成为最流行的车辆检测器。本文基于美国Silicon Lab公司的CIP-51TM微控制器核的片上系统(SOC)C8051F121芯片为核心的硬件平台，文中对设备的硬件电路设计，接口电路设计和软件设计进行全方面的论述和研究。实验结果证明该设备具有低功耗、低成本、功能强大的特点.充分利用了该芯片提供的资源，并且满足了智能车辆检测器的需求。