基于MSP430行駛車輛檢測器的設(shè)計

利用環(huán)形線圈、MSP430F1121A單片機(jī)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(yù)先設(shè)定的靈敏度、工作方式、輸出方式進(jìn)行車輛檢測與信號輸出。

還應(yīng)用軟件動態(tài)刷新基準(zhǔn)的方法提高了檢測的可靠性和準(zhǔn)確性。實(shí)驗(yàn)表明：該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、功耗低、調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點(diǎn)。

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(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，對于行駛車輛的動態(tài)檢測技術(shù)——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(jī)動車輛為檢測目標(biāo)，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(jìn)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(yīng)式檢測器，超聲波式檢測器，壓力開關(guān)檢測器，雷達(dá)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(yīng)式車輛檢測器具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單、檢測電路易于實(shí)現(xiàn)、成本低、維護(hù)量少、適應(yīng)面廣等優(yōu)點(diǎn)，市場應(yīng)用范圍最廣。目前我國實(shí)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(jìn)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(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)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(jī)與環(huán)形線圈相結(jié)合的方法對行駛車輛進(jìn)行檢測，是一種基于電磁感應(yīng)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(dāng)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(gòu)成回路的耦合電路對其振蕩頻率進(jìn)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(zhǔn)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(zhǔn)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(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)的片上資源對線圈頻率進(jìn)行檢測，有效提高了檢測的準(zhǔn)確性與可靠性。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及硬件設(shè)計

2.1 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)測模塊、工作方式設(shè)置模塊、信號輸出模塊及JTAG等組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如1 所示。

2.2 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，其兩端引線接車輛檢測器。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，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?cè)牖蝰偝觥Ｓ伤M成的LC振蕩電路與整形電路一起構(gòu)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(jìn)行耦合的。當(dāng)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(xiàng)L2的變化幅度與車輛的導(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)有車輛通過環(huán)形線圈時，（1）式第一項(xiàng)的變化量將小于第二項(xiàng)，即等效電感減小。而LC振蕩器的振蕩頻率為：

(2)

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