ETC中具有車型識別功能的車輛檢測器設(shè)計

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，不停車收費系統(tǒng)（ETC）已在我國悄然興起。不停車收費系統(tǒng)主要是由通訊、監(jiān)控、收費三大系統(tǒng)組成。整個系統(tǒng)可靠運行的一個重要環(huán)節(jié)就是車輛檢測器。在不停車收費系統(tǒng)中它是檢測駛向通訊區(qū)域的車輛并命令天線進(jìn)行通信的傳感器，具有進(jìn)入檢測、車速檢測、車型判別等功能；它是檢測出離開通信區(qū)域的車輛、根據(jù)ETC車道控制器的判斷控制欄桿、路側(cè)顯示器的傳感器，具有進(jìn)入檢測功能；它具有檢測車輛通過，控制清除針對該車輛的路側(cè)顯示器的顯示內(nèi)容以及控制針對后續(xù)車輛的顯示的功能，并命令欄桿關(guān)閉的功能。

考慮到性能、價格、技術(shù)復(fù)雜性、可靠性、維護(hù)要求、適用范圍等因素，我們這種車輛檢測器是基于地感線圈原理研制的。

1 動態(tài)車輛檢測器設(shè)計

1.1 系統(tǒng)組成 

圖1 動態(tài)車輛檢測器系統(tǒng)框圖

圖1為動態(tài)車輛檢測器系統(tǒng)框圖。地感線圈通過饋線與諧振電路相連，當(dāng)鐵磁性的車體通過地感線圈時，通過諧振電路將電感量的變化轉(zhuǎn)換成頻率的變化。單片機是整個系統(tǒng)的核心，通過單片機計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)，不斷讀出數(shù)據(jù)即出當(dāng)前頻率，獲得頻率變化趨勢，并根據(jù)當(dāng)前的各種參數(shù)要求與基準(zhǔn)頻率比較從而判斷是否有車到來，最后輸出不同的狀態(tài)信號供外部設(shè)備使用。同時上位機通過串口RS232采集到頻率變化值形成感應(yīng)頻率曲線用于車型判別。

為了確保設(shè)備在公路現(xiàn)場惡劣的噪聲干擾環(huán)境下，能夠長期正?？煽康毓ぷ鳎瑢ｉT設(shè)計了硬件看門狗電路，使其保證設(shè)備在死機后迅速自啟動恢復(fù)工作。同時在檢測器長期運行過程中，如果工作頻率超出了一定的范圍則通過復(fù)位電路進(jìn)行復(fù)位，以重新進(jìn)行頻率調(diào)整。狀態(tài)指示電路用于指示車輛檢測信息，裝置運行與網(wǎng)絡(luò)通訊信息，檢測器工作狀態(tài)信息等。

1.2 動態(tài)車輛檢測電路 

圖2  動態(tài)車輛檢測電路原理圖

圖2給出了動態(tài)車輛檢測電路原理圖。整個電路是由諧振電路、由用帶通和相加器組成的帶阻濾波器、同相直流放大器、遲滯比較電路和波形整形電路組成。基準(zhǔn)頻率的獲取直接影響測量精度，如果諧振電路的振蕩頻率較低，當(dāng)有不同類型車輛經(jīng)過地感線圈時，諧振電路輸出信號的波形形狀變化不大，只存在由于車輛底盤離地面高低不同而引起的微弱變化。這樣則大大減小了測量精度，使得判斷車輛通過的結(jié)果誤差很大。本 圖2動態(tài)車輛檢測電路原理圖設(shè)計采用電容反饋三點式振蕩電路，將電路的起始基準(zhǔn)頻率設(shè)計在100KHz左右，工作頻率在100KHz—160KHz 之間都很穩(wěn)定，完全可以滿足交通部規(guī)定線圈的適用范圍（10Uh—2200Uh）。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)采用AT89C51單片機，片內(nèi)有4KBYTE的EPROM可以反復(fù)編程，并且操作簡單，便于開發(fā)調(diào)試和批量生產(chǎn)。我們選用11.0592MHz的晶振。

2.1當(dāng)前頻率獲取

在主程序中設(shè)置一個定時器，定時周期為8ms，定時時間到觸發(fā)定時中斷Timer1Int，在中斷服務(wù)程序中，不斷讀取當(dāng)前振蕩計數(shù)值，并保存到Counter的自變量中。

2.2 基準(zhǔn)頻率校訂

基準(zhǔn)頻率的獲取比較復(fù)雜。由于環(huán)境因素的影響，外界的各種干擾會導(dǎo)致同一線圈的基準(zhǔn)頻率發(fā)生變化，使得線圈的基準(zhǔn)頻率值不固定，是一個時變參數(shù)?；鶞?zhǔn)頻率主要向兩個方向變化：一方面因外界條件變化而導(dǎo)致線圈電感量增大，使得實際基準(zhǔn)頻率變小，此時當(dāng)前頻率也相應(yīng)的變小。在這種情況下，當(dāng)前頻率在緩慢地變小，而基準(zhǔn)頻率如果保持不變，這樣兩個值的差會小于設(shè)定的閾值，檢測不到車輛的到來。

另一方面，由于外界條件的變化而導(dǎo)致線圈電感量減少，從而引起頻率的增加，而有車通過的時候也會引起頻率的增加，這兩種情況相似，如果不采取措施將會產(chǎn)生車沒來而判斷到車來的情況導(dǎo)致檢測器誤檢。因此在系統(tǒng)運行的過程中我們必須不斷的校訂基準(zhǔn)頻率?；鶞?zhǔn)頻率校訂算法流程圖如圖三所示。該算法根據(jù)有車到來時頻率向兩個方向變化分別進(jìn)行校訂。

       圖3 基準(zhǔn)頻率校訂算法流程圖

2.3車型識別：

在不停車收費系統(tǒng)中，我們用自動收費系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工半自動收費系統(tǒng)。自動收費系統(tǒng)將需要許多高新技術(shù)，其中一個最為關(guān)鍵的技術(shù)是如何測出實際的車輛類型以確定收費標(biāo)準(zhǔn)。我們選用地感線圈作為傳感器，結(jié)合模糊模式識別算法對車輛進(jìn)行分類。  

3 結(jié)束語

本系統(tǒng)采用了多種軟硬件抗干擾措施，并能夠?qū)鶞?zhǔn)頻率進(jìn)行實時校訂，使系統(tǒng)具有實時性強、性能穩(wěn)定、檢測率高等特點，基本上滿足了ETC系統(tǒng)的各種要求。另外采用模糊模式識別方法，更好的利用人的識別經(jīng)驗，把人的經(jīng)驗歸納成推理規(guī)則，用推理代替計算來完成識別的過程。模糊模式識別方法的使用充分發(fā)揮了地感線圈在分類系統(tǒng)中低成本、高可靠度、簡單方便等獨特的優(yōu)勢。通過改變閾值等各種參數(shù)還可以將其應(yīng)用在停車場等不同場合。

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