单片机和车辆检测器的车型原理分析及技术研究

在科学技术飞速发展的今天，单片机也日新月异，迅速发展。目前，他不仅在工业上有极广泛的应用，而且已普遍地渗透到国民经济各个部门，特别在交通建设中起着重要的作用。在目前和今后的交通系统中，车辆检测器以其交通控制的“耳目”而引起交通工程专家们的高度重视，车辆检测器可为交通监视与控制系统提供车辆感应信号，提供有关交通环境条件的情报与数据。车辆检测器的种类很多，检测方式也各不相同，目前主要使用的车辆检测器有电磁式车辆检测器、地磁式车辆检测器、超声波式车辆检测器、环形线圈(有源和无源两种)车辆检测器等。这些检测器的主要工作原理各不相同，但他们都是基于车辆通过或存在，使检测器中能量发生变化而产生车辆感应信号。
   　综合考虑，车型自动识别(AVI)技术本身固有的适应性强，识别正确率高，可全天候使用，还有容易与计算机网络、数据库等技术融合的优点，可以比较方便地实现联网及自动收费等业务；随着技术的进步和经济的发展，在解决了其初期投资过于昂贵的问题之后，认为他应该是国内最有前途、最可能采用的一种车型自动分类技术。
   　　2 国内外车型分类技术应用现状
   　　所谓车型指的就是人们根据车辆在行驶时对道路损坏程度和占用程度的不同而把车辆进行分类的类型。车辆分型的目的是为了按不同的费率核收通行费。大车对道路的损坏程度和占用程度大，收费就高；小车对道路的损坏程度和占用程度都小，收费就少。因此，分型的依据主要有两个，即车辆的体积和载重量。
   　　目前，对车型分类技术的研究有着2个不同的技术流派：车型自动分类AVC(Automatic Vehicle Classification)和车型自动识别AVI(Automatic Vehicle Identification)。前者是通过检测车辆本身固有的参数，在一定的车型分类标准下运用适当的分类识别算法，主动地对车辆进行分型；后者则是通过车载单元与收费设施间的无线通讯，自报家门式地实现车型的分类确认。
　
对于车型自动分类技术AVC而言，国内外目前采用的大都是以通过检测车辆本身固有参数，间接地按车辆设计载重量进行分类的按车型收费方式。这是因为车辆本身的固有参数，如：车长、车宽、车高、车轮直径、轮距、轮数、轴数、轴距、底盘高度及外形尺寸等都与车辆的载重量有着较为密切的关系且比较容易采集。
   　　3 电磁式车辆检测器的原理
   　　电磁式检测器可检测车辆的通过和存在。检测器的探头采用高导磁率的材料做成磁芯体，在其外层骨架上绕制线圈，放置于保护筒内，埋设于路面下。通过引线将探头与检测电路相连。探头线圈与检测电路上的电容并联，构成谐振回路，他的等效电路如图1所示，其谐振频率为：
   　　
   　　电磁式车辆检测器的原理是采用电磁感应检测技术，即根据不同车辆通过埋设于道路下的环形感应线圈时，引起其电感量不同的变化来检测车辆的到达和离开，并进行车型分类。系统的关键部分为线圈探测器，他由感应线圈和控制部分组成。当没有车辆通过时，振荡器的频率为f0，当有车辆以一定速度接近并从其上通过时，线圈的电感参数发生变化，进而引起振荡器的振荡频率发生微弱变化，假定为f1。在车辆行驶过程中，由于车辆底盘形状是不同的，因此f1也将随之而发生变化，当车辆离开环形线圈后，振荡器的频率又将恢复到f0，因此得到了随汽车通行的时刻而变化的值即频差△f=f1-f0。不同种类的车辆由于底盘的形状、大小、高低不同，导致其对线圈的影响也不同，也即导致振荡器频率变化△f也不同，不同类型车辆通过线圈时的频差曲线是不同的。这样，可以反过来通过△厂的不同判别车辆的通过和存在，图2是不同车辆通过感应线圈时得到的频差曲线。
   
   　　电磁式检测器既是通过型，又是存在型，可检测流量和车速，其检测范围为4米车道。此种检测器成本低，稳定性好。
   　　4 硬件结构框图
   　　其硬件电路是以Atmel公司生产的89CXX系列单片机为核心器件，使用了多种功能的新型接口芯片扩展接口电路。接口电路包括车辆检测电路、冲关报警电路、数据信息储存电路、车辆计数显示电路、时钟电路、键盘电路、通信电路等。其硬件结构框图如图3所示。
   
   　　5 软件程序流程图
   　　根据电磁式检测器的原理，把3个电磁式检测器串埋于路面下，并把3个电磁式检测器的输出信号送给单片机进行处理。当3个电磁式检测器同时都有信号输出时，就为大车，当2个电磁式检测器(相邻的)同时有信号输出时，就中车，只有一个电磁式检测器有信号输出时，就为小车；并且不管是大车、中车还是小车，只要有车辆通过或存在时都进行计数统计和显示。
   　　 假设3个电磁式车辆检测器分别为a，b，c，安装位置如图4所示。
   
    则软件程序流程图如图5所示。
   
   　　对我国而言，由于现行统一的车型分类标准是按车辆一的抽象特征(客车按额定座位数，货车按额定载重量)对收费车辆进行划分的，目前的研究现状表明，各种车型自动分类技术都未能达到真正的实用化要求(识别正确率99.999 9％)；同时，基于电子标签的车型自动识别技术在世界各国成功地应用，这为我国的自动收费提供了良好的借鉴，中国交通部智能交通研究中心(ITSC) 调研表明，采用高安全性的预付卡开展公路收费的电子支付业务是必然的发展趋势，采用双界面IC卡和双片式ETC电子标签作联网收费系统的预付卡介质。