基于MSP430行駛車輛檢測器的設(shè)計

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通過引線外接環(huán)形線圈，環(huán)形線圈的感抗通過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。開關(guān)Sl閉合時，電容C2與Cl并聯(lián)，電容量增加，振蕩頻率降低，由此來設(shè)置高低兩種振蕩頻率是考慮到現(xiàn)場的不同情況，以便取得較好的檢測效果。LC振蕩電路輸出的是帶毛刺的正弦波，不適合單片機做數(shù)字化處理，因此需要單向穩(wěn)壓二極管和單門限電壓比較器將其轉(zhuǎn)變?yōu)榉讲ㄐ盘栞敵觥?p> 由于不同應用場合中，LC振蕩電路的振蕩頻率不近相同，故輸出的方波信號通過一計數(shù)器進行分頻，再由頻率選擇接口送入單片機的P2.5口，從而避免了單片機的計數(shù)溢出，增強了單片機對信號處理的靈活性。

MSP430F1121A單片機為16位RISC指令結(jié)構(gòu)；內(nèi)置4kBFlash和256BRAM；一個l6位定時器Timer-A和看門狗定時器；一個具有3種內(nèi)部參考電平和輸出帶RC濾波的比較器等。[3-4]

本文應用MSP430F1121A的P2.5口的外部管腳中斷以及Timer-A定時中斷相配合，定時采集數(shù)據(jù)得出當前頻率，并根據(jù)當前設(shè)定的靈敏度與工作方式要求，再與基準頻率比較，從而判斷是否有車輛到來，最后根據(jù)設(shè)定的輸出方式向外輸出信號。

電源模塊由AS1117芯片完成5V轉(zhuǎn)3.3V。為單片機、LC振蕩電路、信號輸出模塊、JTAG等模塊供電。

電壓監(jiān)測模塊用來監(jiān)測5V電源電壓。其原理是將5V電壓分壓后與MSP430 單片機的P2.2口比較器Comparator-A 輸入腳相連。當電源電壓低于設(shè)定電壓時，將啟動電源電壓不足報警功能。

工作方式設(shè)置模塊是通過撥碼盤設(shè)置單片機代表靈敏度、工作方式、輸出方式等相應管腳的輸入電平，再由單片機進行鍵值查詢，從而完成相應處理程序。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 軟件程序設(shè)計

系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)程序設(shè)計方法設(shè)計，充分發(fā)揮了MSP430單片機豐富的片內(nèi)外圍模塊的特點，使儀器的硬件電路大大簡化。全部程序采用C 語言編寫，易于調(diào)試和維護，且具有運行速度快、執(zhí)行效率高、便于移植。

系統(tǒng)軟件由主程序，3個初始化子程序，10個功能子程序組成。3個初始化子程序分別是：單片機時鐘初始化子程序、單片機I/O端口初始化子程序、定時器A 初始化子程序。10 個功能子程序分別是：初次測基頻子程序、車輛檢測子程序、電壓不足報警子程序、判鍵子程序、查鍵子程序、延時子程序、動態(tài)刷新基頻子程序、P2.5口中斷子程序、定時中斷處理子程序和信號輸出子程序。主程序流程圖如圖3 所示。

主程序中設(shè)置了一個定時器，在無車通過的情況下，開機后定時時間到觸發(fā)定時中斷服務(wù)程序，多次讀取當前P2.5端口中斷計數(shù)值后取平均值，從而獲取當前頻率值。并將此頻率值設(shè)置為基準頻率，并將第一次測頻標志置位，此標志只有在系統(tǒng)復位時才能被清零。此后，通過判鍵子程序、查鍵子程序確定此時系統(tǒng)工作的靈敏度值、工作方式和輸出方式。

由于車型、車體、車速的不同，會對檢測的準確性帶來一定的影響。同時耦合電路的振蕩頻率隨溫度、濕度等外界素變化比較大，如果設(shè)置一個固定的基準值可能會造成誤判而影響設(shè)計的可靠性和準確性。因此，本文在不影響檢測速度的前提下，在判斷車輛是否進入時，采用限幅濾波與均值濾波進行當前頻率的采集，其程序流程圖如圖4所示。

限幅濾波可以克服輸入中竄入尖脈沖干擾，其基本思想是將獲得的多個當前頻率值與當前基準頻率值分別進行比較，根據(jù)經(jīng)驗設(shè)定允許的最大偏差，如果當前頻率值和當前基準頻率值的差值超過了允許的最大偏差，則認為本次采樣值中竄入了干擾，則拋棄干擾值，再將余下的多個當前頻率值取平均值。

將采集到的頻率值與當前基準頻率進行比較，其差值如果大于當前基準頻率與靈敏度值的乘積，則認為有車輛進入，再進行相關(guān)信號的輸出。如果判斷無車輛進入，則將當前采集到的頻率值與當前基準頻率加權(quán)平均后作為下一次測量的基準頻率，從而實現(xiàn)基準頻率的刷新。

4 結(jié)束語

本車輛檢測器具有電路簡單、精度高、體積小、響應時間短、性能穩(wěn)定等特點，已在浙江某公路卡口使用，效果良好。該檢測器具有通用性，通過一定的功能擴展可用來測量諸如車流量，車隊長度，占有率等一系列的智能交通控制系統(tǒng)中交通參數(shù)，具有很高的實用價值。

本文作者創(chuàng)新點：運用新型的高速低功耗MSP430單片機大大提高了對行駛車輛檢測的速度，一次檢測最快可在1.5ms內(nèi)完成，應用軟件動態(tài)刷新基準以及限幅濾波與均值濾波等抗干擾方法提高了檢測的可靠性和準確性。