基于單片機和車輛檢測器的車型分析技術研究

摘 要：車輛檢測器的種類很多，檢測方式和主要工作原理也各不相同，但車輛檢測器都是基于車輛通過或存在，使檢測器中能量發生變化而產生車輛感應信號。闡述地磁式車輛檢測器的工作原理的，報告了國內外車型分類技術應用現狀。進一步論述系統的硬件結構框圖、基本功能及軟件程序流程圖，認為其應該是國內最有前途、最可能采用的一種車型自動分類技術。

關鍵詞：車輛檢測器;單片機;傳感器;車型分析;分類標準

中圖分類號：TP368.1文獻標識碼：A

文章編號：1004-373X(2008)08-033-02

Model Analysis and Research Based on Single Chip Computer and Vehicle Detector

LIU Luping1，ZHOU Jiacai2

(1.Jiangxi Communications Professional Technical College，Nanchang，330013，China;

2.CCCC Second Highway Consultants Co.Ltd.，Wuhan，430056，China)[JZ)]

Abstract：The vehicle detector has many types，detection methods and the main principle are different，but the car detector is based on vehicles passed or existence so that the detector in the energy arising from changes in vehicle sensor signal.The geomagnetic vehicle detector of working principle，the report of technical classification of domestic and foreign cars application status are discussed.Hardware block diagram of the structure，function and basic software program flow chart are introduced too，it should be considered the most promising country，the most likely use of a vehicle automatic classification technology.

Keywords：vehicle detector;single chip computer;sensor;model analysis;classification criteria

1 引 言

在科學技術飛速發展的今天，單片機也日新月異，迅速發展。目前，他不僅在工業上有極廣泛的應用，而且已普遍地滲透到國民經濟各個部門，特別在交通建設中起著重要的作用。在目前和今后的交通系統中，車輛檢測器以其交通控制的“耳目”而引起交通工程專家們的高度重視，車輛檢測器可為交通監視與控制系統提供車輛感應信號，提供有關交通環境條件的情報與數據。車輛檢測器的種類很多，檢測方式也各不相同，目前主要使用的車輛檢測器有電磁式車輛檢測器、地磁式車輛檢測器、超聲波式車輛檢測器、環形線圈（有源和無源兩種）車輛檢測器等。這些檢測器的主要工作原理各不相同，但他們都是基于車輛通過或存在，使檢測器中能量發生變化而產生車輛感應信號^[13]。

2 國內外車型分類技術應用現狀

所謂車型指的就是人們根據車輛在行駛時對道路損壞程度和占用程度的不同而把車輛進行分類的類型。車輛分型的目的是為了按不同的費率核收通行費。大車對道路的損壞程度和占用程度大，收費就高；小車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，即車輛的體積和載重量。

目前，對車型分類技術的研究有著2個不同的技術流派：車型自動分類AVC(Automatic Vehicle Classification)和車型自動識別AVI (Automatic Vehicle Identification)。前者是通過檢測車輛本身固有的參數，在一定的車型分類標準下運用適當的分類識別算法，主動地對車輛進行分型；后者則是通過車載單元與收費設施間的無線通訊，自報家門式地實現車型的分類確認。

對于車型自動分類技術AVC而言，國內外目前采用的大都是以通過檢測車輛本身固有參數，間接地按車輛設計載重量進行分類的按車型收費方式。這是因為車輛本身的固有參數，如：車長、車寬、車高、車輪直徑、輪距、輪數、軸數、軸距、底盤高度及外形尺寸等都與車輛的載重量有著較為密切的關系且比較容易采集^[4]。

3 電磁式車輛檢測器的原理

電磁式檢測器可檢測車輛的通過和存在。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圈，放置于保護筒內，埋設于路面下。通過引線將探頭與檢測電路相連。探頭線圈與檢測電路上的電容并聯，構成諧振回路，他的等效電路如圖1所示，其諧振頻率為：

f0=[SX(]1[]2π[KF(]LC[KF)][SX)]

電磁式車輛檢測器的原理是采用電磁感應檢測技術，即根據不同車輛通過埋設于道路下的環形感應線圈時，引起其電感量不同的變化來檢測車輛的到達和離開，并進行車型分類。系統的關鍵部分為線圈探測器，他由感應線圈和控制部分組成。當沒有車輛通過時，振蕩器的頻率為f0，當有車輛以一定速度接近并從其上通過時，線圈的電感參數發生變化，進而引起振蕩器的振蕩頻率發生微弱變化，假定為f1。在車輛行駛過程中，由于車輛底盤形狀是不同的，因此f1也將隨之而發生變化，當車輛離開環形線圈后，振蕩器的頻率又將恢復到f0，因此得到了隨汽車通行的時刻而變化的值即頻差Δf= f1－f0。不同種類的車輛由于底盤的形狀、大小、高低不同，導致其對線圈的影響也不同，也即導致振蕩器頻率變化Δf也不同，不同類型車輛通過線圈時的頻差曲線是不同的。這樣，可以反過來通過Δf的不同判別車輛的通過和存在，圖2是不同車輛通過感應線圈時得到的頻差曲線^[5]。

電磁式檢測器既是通過型，又是存在型，可檢測流量和車速，其檢測范圍為4米車道。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。接口電路包括車輛檢測電路、沖關報警電路、數據信息儲存電路、車輛計數顯示電路、時鐘電路、鍵盤電路、通信電路等。其硬件結構框圖如圖3所示^[68]。

5 軟件程序流程圖

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

假設3個電磁式車輛檢測器分別為a，b，c，安裝位置如圖4所示。

6 結 語

對我國而言，由于現行統一的車型分類標準是按車輛的抽象特征(客車按額定座位數，貨車按額定載重量)對收費車輛進行劃分的，目前的研究現狀表明，各種車型自動分類技術都未能達到真正的實用化要求(識別正確率 99.999 9% )；同時，基于電子標簽的車型自動識別技術在世界各國成功地應用，這為我國的自動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展公路收費的電子支付業務是必然的發展趨勢，采用雙界面IC卡和雙片式ETC電子標簽作聯網收費系統的預付卡介質。

綜合考慮，車型自動識別(AVI)技術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絡、數據庫等技術融合的優點，可以比較方便地實現聯網及自動收費等業務；隨著技術的進步和經濟的發展，在解決了其初期投資過于昂貴的問題之后，認為他應該是國內最有前途、最可能采用的一種車型自動分類技術^[5]。

參 考 文 獻

［1］吳文芝.道路交通控制［M］.北京：東方出版社，1994.

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［7］魏小龍.MSP430系列單片機接口技術及系統設計實例［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2002.

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［10］張正喜.單片機應用系統的抗干擾軟件設計［J］.計算機測量與控制，2002(11):746748.

作者簡介 劉陸平 男，1966年出生，漢族，江西豐城人，華東交通大學工程碩士，副教授。研究方向為交通智能控制，曾發表多篇論文和出版多本教材。

周家才 男，1963年出生，漢族，湖北天門人，高級工程師。研究方向為高速公路交通工程（包括安全設施、通信系統、監控系統、收費系統及供配電）的研究及勘察設計。