基于MSP430行駛車輛檢測器方案設計

利用環(huán)形線圈、MSP430F1121A單片機與輸出接口，組成低功耗行駛車輛檢測系統(tǒng)，并能根據(jù)用戶預先設定的靈敏度、工作方式、輸出方式進行車輛檢測與信號輸出。

還應用軟件動態(tài)刷新基準的方法提高了檢測的可靠性和準確性。實驗表明：該系統(tǒng)具有結構簡單、功耗低、調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點。

引言

近年來，車輛檢測器作為交通信息采集的重要前端部分，越來越受到業(yè)內(nèi)人士的關注。鑒于公路交通現(xiàn)代化管理和城市交通現(xiàn)代化管理的發(fā)展需要，對于行駛車輛的動態(tài)檢測技術——車輛檢測器的研制在國內(nèi)外均已引起較大重視。車輛檢測器以機動車輛為檢測目標，檢測車輛的通過或存在狀況，其作用是為智能交通控制系統(tǒng)提供足夠的信息以便進行最優(yōu)的控制。

目前，常用的行駛車輛檢測器主要有磁感應式檢測器，超聲波式檢測器，壓力開關檢測器，雷達檢測器，光電檢測器以及視頻檢測器等，而環(huán)形線圈電磁感應式車輛檢測器具有性能穩(wěn)定、結構簡單、檢測電路易于實現(xiàn)、成本低、維護量少、適應面廣等優(yōu)點，市場應用范圍最廣。目前我國實際用于高速公路和城市道路的車輛檢測器幾乎全部是從國外進口的，國產(chǎn)車輛檢測器存在著諸多問題，如誤檢率高、靈敏度低、長時間工作穩(wěn)定性差等。

在大量現(xiàn)場實驗基礎上，本文提出一種新的解決方案，將穩(wěn)定性、靈敏性、高速性融為一體，解決了以上所述的諸多問題。

1 工作原理

本系統(tǒng)采用MSP430F1121A單片機與環(huán)形線圈相結合的方法對行駛車輛進行檢測，是一種基于電磁感應原理的檢測器。傳感器線圈為通過有一定電流的環(huán)形線圈，當被檢測鐵質(zhì)物體通過線圈切割磁力線，引起線圈回路電感量的變化，檢測器通過檢測該電感變化量就可以檢測出被測物體的存在。本文利用由環(huán)形線圈構成回路的耦合電路對其振蕩頻率進行檢測。但線圈檢測易受車輛、濕度、溫度等外界環(huán)境的影響，基準頻率會產(chǎn)生漂移，從而影響檢測效果。同時，由于車型、車體、車速的不同，亦會影響檢測的準確性。針對這些情況，本文提出了一種軟件動態(tài)刷新檢測基準的方法，以及抗干擾的軟件數(shù)字濾波方法，充分利用MSP430 系列單片機的片上資源對線圈頻率進行檢測，有效提高了檢測的準確性與可靠性。

2 系統(tǒng)結構及硬件設計

2.1 系統(tǒng)結構

系統(tǒng)以MSP430F1121A單片機為核心，由環(huán)形線圈傳感器模塊、LC振蕩電路、整形電路、頻率選擇模塊、電源模塊、電壓監(jiān)測模塊、工作方式設置模塊、信號輸出模塊及JTAG等組成。系統(tǒng)結構框圖如1 所示。

2.2 各模塊原理及硬件實現(xiàn)

環(huán)形線圈傳感器是一只埋在路面下的矩形線圈，其兩端引線接車輛檢測器。環(huán)形線圈的作用相當于LC振蕩回路中的電感L，當有金屬物體靠近時，其電感量發(fā)生變化，從而引起振蕩頻率的改變。通過對頻率的檢測、比較，可以判斷車輛的駛入或駛出。由它組成的LC振蕩電路與整形電路一起構成了信號輸入電路，如圖2所示。

環(huán)行線圈與行駛車輛之間是通過電磁場進行耦合的。當車通過環(huán)形線圈并處在一定的位置時，在車體中引起的渦流是一定，而渦流對環(huán)形線圈的影響也是一定的，車輛與環(huán)形線圈之間存在著一定的互感。于是，我們把車輛看作具有電感L1和電阻R1的短路環(huán)，它通過互感M與環(huán)形線圈相交鏈。環(huán)形線圈由振蕩電路提供，電感為L2，電阻為R2。則可推之等效電感為：

(1)

其中第一項L2的變化幅度與車輛的導磁率有關，第二項與電渦流效應有關。若工作頻率選擇適當，當有車輛通過環(huán)形線圈時，（1）式第一項的變化量將小于第二項，即等效電感減小。而LC振蕩器的振蕩頻率為：

(2)

顯然，當車輛通過環(huán)形線圈時，L變小，則f增大，通過單片機檢測電路測得其頻率的變化，從而可判斷有無車輛通過。