車(chē)輛檢測(cè)器作為交通信息采集的重要前端部分，越來(lái)越受到業(yè)內(nèi)人士的關(guān)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(duì)于行駛車(chē)輛的動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)——車(chē)輛檢測(cè)器的研制在國(guó)內(nèi)外均已引起較大重視。車(chē)輛檢測(cè)器以機(jī)動(dòng)車(chē)輛為檢測(cè)目標(biāo)，檢測(cè)車(chē)輛的通過(guò)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(jìn)行最優(yōu)的控制。

工作原理

本系統(tǒng)采用MSP430F1121A單片機(jī)與環(huán)形線圈相結(jié)合的方法對(duì)行駛車(chē)輛進(jìn)行檢測(cè)，是一種基于電磁感應(yīng)原理的檢測(cè)器。傳感器線圈為通過(guò)有一定電流的環(huán)形線圈，當(dāng)被檢測(cè)鐵質(zhì)物體通過(guò)線圈切割磁力線，引起線圈回路電感量的變化，檢測(cè)器通過(guò)檢測(cè)該電感變化量就可以檢測(cè)出被測(cè)物體的存在。本文利用由環(huán)形線圈構(gòu)成回路的耦合電路對(duì)其振蕩頻率進(jìn)行檢測(cè)。但線圈檢測(cè)易受車(chē)輛、濕度、溫度等外界環(huán)境的影響，基準(zhǔn)頻率會(huì)產(chǎn)生漂移，從而影響檢測(cè)效果。同時(shí)，由于車(chē)型、車(chē)體、車(chē)速的不同，亦會(huì)影響檢測(cè)的準(zhǔn)確性。針對(duì)這些情況，本文提出了一種軟件動(dòng)態(tài)刷新檢測(cè)基準(zhǔn)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(jī)的片上資源對(duì)線圈頻率進(jìn)行檢測(cè)，有效提高了檢測(cè)的準(zhǔn)確性與可靠性。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)以MSP430F1121A單片機(jī)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(cè)模塊、工作方式設(shè)置模塊、信號(hào)輸出模塊及JTAG等組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如1 所示。

各模塊原理及硬件實(shí)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(chē)輛檢測(cè)器。環(huán)形線圈的作用相當(dāng)于LC振蕩回路中的電感L，當(dāng)有金屬物體靠近時(shí)，其電感量發(fā)生變化，從而引起振蕩頻率的改變。通過(guò)對(duì)頻率的檢測(cè)、比較，可以判斷車(chē)輛的駛?cè)牖蝰偝?。由它組成的LC振蕩電路與整形電路一起構(gòu)成了信號(hào)輸入電路，如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)更新示意圖

圖2 信號(hào)輸入電路示意圖

環(huán)行線圈與行駛車(chē)輛之間是通過(guò)電磁場(chǎng)進(jìn)行耦合的。當(dāng)車(chē)通過(guò)環(huán)形線圈并處在一定的位置時(shí)，在車(chē)體中引起的渦流是一定，而渦流對(duì)環(huán)形線圈的影響也是一定的，車(chē)輛與環(huán)形線圈之間存在著一定的互感。于是，我們把車(chē)輛看作具有電感L1和電阻R1的短路環(huán)，它通過(guò)互感M與環(huán)形線圈相交鏈。由振蕩電路提供，電感為L(zhǎng)2，電阻為R2。其中第一項(xiàng)L2的變化幅度與車(chē)輛的導(dǎo)磁率有關(guān)，第二項(xiàng)與電渦流效應(yīng)有關(guān)。若工作頻率選擇適當(dāng)，當(dāng)有車(chē)輛通過(guò)環(huán)形線圈時(shí)，式第一項(xiàng)的變化量將小于第二項(xiàng)，即等效電感減小。顯然，當(dāng)車(chē)輛通過(guò)環(huán)形線圈時(shí)，L變小，則f增大，通過(guò)單片機(jī)檢測(cè)電路測(cè)得其頻率的變化，從而可判斷有無(wú)車(chē)輛通過(guò)。

電路中由三極管Q1和Q2組成共射極振蕩器，電阻R3是兩只三極管的公共射極電阻，并構(gòu)成正反饋。Tl為磁罐變壓器，起著阻抗變換和與外電路隔離的雙重作用。其繞組Ll通過(guò)引線外接環(huán)形線圈，環(huán)形線圈的感抗通過(guò)Tl反射到繞組L2，形成等效電感L，L與并聯(lián)的電容Cl形成振蕩回路，LC值決定了振蕩頻率。開(kāi)關(guān)Sl閉合時(shí)，電容C2與Cl并聯(lián)，電容量增加，振蕩頻率降低，由此來(lái)設(shè)置高低兩種振蕩頻率是考慮到現(xiàn)場(chǎng)的不同情況，以便取得較好的檢測(cè)效果。LC振蕩電路輸出的是帶毛刺的正弦波，不適合單片機(jī)做數(shù)字化處理，因此需要單向穩(wěn)壓二極管和單門(mén)限電壓比較器將其轉(zhuǎn)變?yōu)榉讲ㄐ盘?hào)輸出。

由于不同應(yīng)用場(chǎng)合中，LC振蕩電路的振蕩頻率不近相同，故輸出的方波信號(hào)通過(guò)一計(jì)數(shù)器進(jìn)行分頻，再由頻率選擇接口送入單片機(jī)的P2.5口，從而避免了單片機(jī)的計(jì)數(shù)溢出，增強(qiáng)了單片機(jī)對(duì)信號(hào)處理的靈活性。MSP430F1121A單片機(jī)為16位RISC指令結(jié)構(gòu);內(nèi)置4kBFlash和256BRAM;一個(gè)l6位定時(shí)器Timer-A和看門(mén)狗定時(shí)器;一個(gè)具有3種內(nèi)部參考電平和輸出帶RC濾波的比較器等。