1、車流量檢測系統設計隨著我國經濟的快速發展交通安全的有效保障顯得尤其重要,并且對交通管理的要求越來越高。與此同時各種各樣的道路監控設備也應運而生。雷達監控系統視頻監控系統地表傳感系統激光檢測系統等相繼應用。由此計算機科學與現代通信等高新技術運用于交通監控管理與車輛控制以保障交通順暢及行車安全。而實時獲取交通車流量的車輛檢測技術是是進行交通管理必不可少的一個步驟。隨著我國城市車輛使用的增多道路狀況同時也變得復雜如何對道路車流量進行實時監控對統計、預測道路交通狀況十分重要并且同時這也是對道路車輛運行情況高效調度的一項十分的重要參考依據。而且當前對道路監測多使用視頻方法有事還可能采用人工計數方法此方法

2、對每條公路在某個時間段車輛行駛情況不容易做到長時間、高效的統計。因此我們需要進行一種低成本、高準確率的智能識別裝系統的設計由此促進對高速路口交通情況的檢測水準。 本文設計了一種基于AT89C51單片機的車速檢測系統。其主要原理是將紅外傳感器測得的電平信號傳遞到單片機中通過單片機判斷處理、計數等功能實現車流量的檢測。本系統傳感電路采用的的是紅外傳感矩陣利用單片機實時對傳感器的輸出數據進行連續讀取通過特定的算法處理數據然后送顯示或者發出報警信號。本系統致力于為路口車流量的監控服務從而形成對路口行車的科學管理減少交通事故的發生。1、工作原理及總體方案選擇1.1車流量監測系統的工作原理 紅外線矩陣法是

3、一種利用紅外傳感器組成的紅外線矩陣檢測設備檢測道路上機動車流量和車速的方法。它是利用紅外線發射和接收方向較強的特點在車輛經過的路面上安裝密度適當的幾排紅外線發射接收電路由此組成紅外線矩陣紅外線檢測矩陣由兩排嵌入路面內的接收器和安裝在其上方幾米處的發射器組成兩排接收器之間的距離為0.5到2米每排接收器由若干間隔0.2到0.9米的接收管和接收電路組成。接收管在沒有遮擋的情況下可以接收發射器發出的信號接收電路中產生低電平接收管在受到遮蔽的狀況下下收不到發射器發出的信號接收電路中出現高電平信號。因此根據車輛駛入、通過、駛出檢測區域以及車輛行駛方向并排行駛車輛的流量等情況引起的矩陣內部各測試點高低電平信

4、號的變化經過硬件電路設計和軟件編程計算方法，最終統計計算出經過該測量區域內雙向并排經過的多輛車的車流量測量。1.1.1系統總體模塊設計 本系統是利用單片機并且采用模塊化設計來設計車流量檢測系統只要有車輛經過就會擋住兩個發射和接收紅外線傳感器之間的傳感信號這樣就能根據車量的流動情況對車流量進行檢測。當然對于正常的情況下還會有并行的車量經過本系統也做了設計。系統的總體模塊圖如下圖1 單片機控制器 紅外線傳感器 濾波放大 LCD顯示A/D轉換 鍵盤電源電路報警器 圖1 系統總體模塊圖本系統采用紅外線傳感器組成的矩陣作為采集信號對車流量進行檢測紅外線傳感器采集到信號之后經電源電路和以及濾波放大電路之后

5、再傳送到單片機進行處理單片機再將處理結果由LCD顯示.系統會通過出現低電平的次數來統計車流量。1.2系統總體硬件方案選擇1.2.1核心控制器 對于該系統控制部分無疑是整個系統的最核心部分其功能可以實現與上位機通信并且接收上位機發送的數據和控制指令經處理過后控制顯示屏顯示內容。我們這次選取51系列單片機作為控制部分的核心器件。 單片機是內部集成了CPU、ROM、RAM和I/ O口等的微型計算機。它本身具有很強的接口性能非常適合于應用在工業控制因此又叫微控制器(MCU)。單片機品種十分齊全型號多樣 CPU從8、16、32到64位其中多采用RISC 技術片上I/O非常豐富有的單片機內部集成有A/ D

6、“看門狗”PWM顯示驅動、波形發生器、鍵盤電路等。它們具有高低不等的價格因此極大地促進了開發者的選擇應用自由。除此之外單片機還具有低電壓和低功耗的特點。伴隨著超大規模集成電路的快速發展單片機在便攜式電子產品中已被廣泛使用。 1.2.2電源電路 經過分析決定選取LM7805三端穩壓器穩壓器件作為系統供電電源。采用一塊LM7805三端集成穩壓器。把市電經變壓器降壓輸入電路而后經過整流送到LM7805三端穩壓器穩壓輸出作為工作電壓。不僅功率上可以滿足系統需要不需要更換電源并且比較輕便便利使用更加安全可靠。1.2.3 IO口擴展芯片 我決定選取74LS574作為列線驅動IO口擴展芯片。采用邊沿觸發 D

7、型觸發器74LS574、74LS574是三態總線驅動輸出器件可以緩沖控制輸入置數并行存取并且有改善抗擾度的滯后作用。輸出控制不影響觸發器的內部工作既老數據可以保持甚至當輸出被關閉新的數據依舊可以置入。時鐘上升沿輸入有效8塊74LS574共用16個I/O口數據可以并行寫入芯片延遲時間較少滿足設計要求。1.2.4串口通訊芯片的選擇 我決定選取MAX232作為串行通信芯片。采用單電源電平轉換芯片MAX232這種器件電源與單片機供電相同外圍電路簡單、可靠使用十分廣泛。采用RS-232接口與上位機通信方便后來設計的軟件調試和程序燒錄。 1.2.5顯示器件 基于分析流量及其它數據顯示部分采用1602液晶顯

8、示。1602液晶也叫1602字符型液晶模塊其是一種專門用來顯示字母、數字、符號等的點陣型液晶模塊。它由若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成每個點陣字符位都可以顯示一個字符每位之間有一個點距的間隔每行之間也有間隔起到了字符間距和行間距的作用正因為如此所以它不能很好地顯示圖形。1602LCD是指顯示的內容為16X2,即可以顯示兩行每行16個字符液晶模塊顯示字符和數字。目前市面上字符液晶絕大多數是基于HD44780液晶芯片的控制原理也基本完全相同因此基于HD44780寫的控制程序可以很方便地應用于市面上大部分的字符型液晶。 1.2.6硬件電路繪圖軟件 Proteus 是英國Labcente公司開

9、發研制的電路分析與實物仿真軟件。它運行于Windows操作系統上可以仿真、分析各種模擬器件和集成電路該軟件具有如下特點： 1、可以單片機仿真與SPICE電路設計仿真結合。可以數字電路仿真、模擬電路仿真、單片機和其外圍電路組成的電路系統的仿真、I2C測試器、RS232動態仿真、SPI檢測器、鍵盤和LCD系統仿真的功能各種各樣的虛擬儀器設備如邏輯分析儀、示波器、信號產生器等。 2、可以主流單片機的仿真。目前可以使用的單片機類型有ARM7、PIC10/12/16/18系列、AVR、80C51/51系列、HC11系列和多種外圍接口芯片。 3、支持軟件測試功能。硬件電路仿真系統中支持單步、全速、設置斷點

10、等檢測功能同時可以觀察各個變量、寄存器等的當前狀態因此在該軟件仿真系統中也必須具有這些功能同時支持第三方的軟件編譯和測試環境如KeilC51 uVision2、WAVE偉福等軟件。 4、具有強大的原理圖繪制功能。 總之，該軟件是一款集單片機和SPICE分析于一身的仿真軟件功能極其強大。基于以上分析本次設計決定選取Proteus軟件進行仿真。1.3系統總體軟件方案選擇 軟件的設計除了滿足設計功能外還必須要滿足易讀寫方便下載和編譯。設計目標和硬件總體結構確定的情況下可以把軟件可以分為主程序顯示子程序各種延時子程序按鍵掃描程序四個主要部分組成。軟件的編寫需要借助軟件編輯器和編譯軟件編譯完成后還需要程

11、序燒錄器下載到單片機中執行。編寫軟件之前得首先選擇一種合適的語言以及配套的編輯器和編譯軟件。最后還要選擇一款與所選單片機的下載器或下載軟件來把編寫的程序下載到單片機中執行。1.3.1單片機編程語言 現在主要運用的單片機編程語言為匯編語言和C語言。C語言是一種結構化語言可產生壓縮代碼。與匯編相比C語言有如下特點。（1）C語言簡潔、緊湊使用方便、靈活。（2)C語言具備高級語言和低級語言的特征。(3)C語言是結構化語言具有結構化的控制語句.(4)C語言具有各種各樣的數據類型。(5)C語言具有強大的圖形功能支持多種顯示器和驅動器而且計算功能、邏輯判斷功能也比較強大可實現決策目的。(6)C語言適用范圍大

12、。(7)C語言生成目標代碼質量高程序執行效率高。基于以上分析結果本次設計決定選取編程語言為C語言。1.3.2系統軟件編譯器keil介紹 keilKeil C51是美國Keil Software公司推出的51系列兼容各種單片機C語言軟件開發環境與匯編語言相比C語言在可讀性、結構性、功能上、可維護性上具有很大的優勢因此很容易學習。Keil中包括C語言編譯器、宏匯編、庫管理、連接器和一個具有強大功能的仿真調試器等在內的一體開發方案通過一個集成環境將這些部分有機的組合在一起。運行Keil軟件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統。如果你使用C語言編程那么Keil幾乎就是你的不二之選

13、即使不使用C語言而僅用匯編語言編程其方便易用的集成環境、強大的軟件仿真調試工具會使我們的設計事倍功半。 2、系統硬件總體設計 2.1系統總體模塊 系統的總功能模塊設計如圖所示整個裝置可劃分為三部分分別為采集部分信號調理部分和識別處理部分。在應用中由于本次設計的是沒有返程的,所以在需要的路段可以將多個裝置分別安裝在各個路段兩側以采集到有效的數據再經過信號的調理、信號判斷處理等過程最后將處理結果匯集到最近的上位機節點接著將各地方節點集總到中心工作站由此對數據進行分析、存儲、統計從而達到道路車流量檢測目的。為了解各路段車輛通行情況估測車流高峰以及堵車高峰制定出科學管理和措施提供重要依據。但本設計沒涉

14、及到這一點。上位機判斷處理部分信號調理部分采集部分 處理信號 結果信號 指令 指令圖2系統總框圖設計2.1.1信號采集部分和信號處理部分 信號采集部分主要采用矩陣理念應用紅外線發射和接收管形成檢測區域矩陣電路如果有車輛通過檢測區就會遮擋部分發射與接收管由此引起電路中電平的相應變化。從而對通行車行駛狀況的作出充分分析構建識別算法微處理器就能按照算法將車輛的行駛狀況識別出來。本文將以實驗模型說明設計思路。矩陣采集區由發射電路和對應在其下方的接收電路兩部分組成發射部分采用兩排紅外線發射管每排分別8個組成。正對著每個發射管的接收管組成接收電路一樣是兩個測量層次和對應的每排八個單元的測量密度。在信號測量

15、應用中為提升辨別的準確性和匹配道路狀況可以靈活的增加矩陣中的測量層次和采集點密度同時還需要根據具體環境對識別算法簡要改變。 信號處理部分主要作用是將采樣的信號進行放大、調整使微處理器能夠處理然后根據處理單元的需要選通矩陣中的測量排。2.2系統總體電路圖 信號判斷處理部分也就是系統的重要部分它采用的是非曲直片AT89C51芯片作為單片機P1口來控制選通兩片74HC244芯片中的一個即分別選通兩個接收排中的一排將接收到的數據用的P2口接收通過仿真可檢測算法在運行中的正確性。另外微處理器的P1口用于與外部進行通信如果檢測到有信號的變化將識別結果發送到上位機。2.3電源供電系統設計 電路能夠正常工作電

16、源是必不可少的。單片機屬于數字電路中的器件所以這里需要選擇+5V的直流電源。所以這先將220V交流市電經過電源變壓器轉換成交流低壓然后經過橋式整流電路與濾波電容整流和濾波一個并不十分穩定的直流電壓便會在固定式三端穩壓器LM7805的輸入端和地端兩端形成。此直流電壓在經過LM7805的穩壓和電容的濾波作用便可在穩壓電源的輸出端產生一個穩定度好、精度高的直流輸出電壓。此穩壓電源可作為TTL電路或者單片機應用電路的電源。三端穩壓器是一種系列化、標準化的主流線性穩壓電源集成電路。這種穩壓器以其成本低、體積小、性能高、工作可靠性好、使用十分簡捷方便等特點成為當前穩壓電源中應用十分廣泛的一種單片式集成穩壓

17、器。在TTL器件電路廣泛采用LM7805三端穩壓器作為供電電源的控制器。 2.4系列單片機簡介 單片機Microcontroller又稱微處理器是在一塊硅基片上集成了各種小器件的的微型處理器這些器件包括數據存儲器RAM、中央處理器CPU、程序存儲器ROM、定時器/計數器和I/O接口電路。單片機最小系統由時鐘電路和復位電路組成。時鐘電路用于產AT89C51單片機工作時必需的控制信號。單片機的內部電路正是在時鐘信號的控制下嚴格地按照時序執行指令進行工作。復位電路是為單片機初始化操作準備的。只要單片機的復位引腳RST上的復位信號要持續兩個機器周期24個時鐘周期以上就可以使AT89C51單片機復位。單

18、片機最小系統電路圖如圖3所示。圖3單片機最小系統電路圖 2.5時鐘電路設計 AT89C51單片機各功能部件的運行都以時鐘信號為基準有條不紊、一拍一拍地工作。因此時鐘頻率直接影響單片機的處理速度時鐘電路的質量也是直接影響單片機系統的穩定性。常用的時鐘電路有兩種方式一種是內部時鐘方式另一種是外部時鐘方式。本次采用外部時鐘方式。AT89C51單片機芯片內部設有一個由反向放大器構成的振蕩器XTAL1和XTAL2分別為振蕩電路的的輸入端和輸出端時鐘可有內部或外部生成在XTAL1和XTAL2引腳上外接定時元件內部振蕩電路就會產生自激振蕩。系統采用的定時元件為石英晶體和電容組成的并聯諧振回路。時鐘頻率fos

19、c采用12MHZC1、C2的電容值取30pF電容的大小起頻率微測的作用。時鐘電路如圖4所示圖4時鐘電路圖2.6復位電路設計 AT89C51單片機在啟動運行時或者出現死機時需要復位使CPU以及其他功能部件處于一個確定的初始狀態PC初始化為0000H。單片機從這個狀態開始執行程序。除了進入系統的正常初始化之外當程序行出錯(如程序“跑飛”)或操作錯誤使系統處于 “死鎖”狀態時也需要按復位鍵即RST腳為高電平使AT89C51擺脫“跑飛”“死鎖”狀態而重新啟動程序。單片機有多種復位方式常用的復位操作有上電復位和手動按鍵電平復位方式。本設計采用手動按鍵電平復位方式電路搭建。上電復位是通過外部復位電路的電容

20、充電來實現的復位電路產生的復位信號高電平有效由RST通過一個施密特觸發器與復位電路相連施密特觸發器用來抑制噪聲干擾在每一個機器周期的S5P2施密特觸發器的輸出電平由復位電路采樣一次然后才能得到內部復位操作所需要的信號對AT89C51單片機進行復位。2.7通信系統硬件設計 兩個計算機或一個計算機與終端之間的數據傳輸可以使用并行通訊和二串行通訊種方式。由于串行通訊方式有使用成本低、線路少的特點特別是在遠程通訊時避免了多條線路特征的不一致而被廣泛使用。RS-232C標準是美國EIA(電子工業聯合會)與BELL等公司一起開發的1969年公布的通信協議。它適合于數據傳輸速率在020000b/s范圍內的通

21、信。這個標準對串行通信接口的有關問題如信號線功能、電器特性都作了明確規定。由于通行設備廠商都生產與RS-232C制式兼容的通信設備因此它作為一種標準目前已在微機通信接口中廣泛采用。AT89C51單片機具有全雙工串行UART通道支持單片機進行數據的串行通信傳輸。除了單片機要與PC機制定通信協議確定發送速率外還需要解決的問題就是信號電平問題。RS-232C標準規定了PC機發送數據總線TXD和接收數據總線RXD采用EIA電平即傳送數字“1”時傳輸線上的電平在3至15V之間傳送數字“0”時傳輸線上的電平在3至15之間。但單片機串行口采用正邏輯TTL電平即數字“1”時為5V數字“0”時為-5V所以單片機

22、與計算機不能直接相連進行通信必須將RS-232C與TTL電平進行通過芯片轉換。串口通信系統電平轉換電路圖如圖5所示。在通用的電平轉換芯片中MAX232系列的芯片以集成度高單5V電源工作只需外接5個小電容即可完成RS-232C與TTL電平之間的轉換而成為單片機系統中的常用芯片。該電路用于測試程序以及系統軟件的修改。本系統軟件編寫的程序可直接通過PC機的串行口再經過MAX232電平轉換下載到單片機中從而去執行相應的功能。在該顯示系統中MAX232為通信系統中最重要的硬件組成部分。圖5串口通信系統下載電路圖2.8紅外線傳感器 紅外線傳感器是使用紅外線的物理特性來進行測量的傳感器。紅外線具有散射、吸收

23、、反射、干涉、折射等性質。任何物體只要它本身能夠產生一定的溫度高于絕對零度都會輻射紅外線。紅外線傳感器測量時可以不與被測目標直接接觸因此不會產生摩擦并且有靈敏度高響應快等優點。紅外線傳感器有轉換電路、檢測元件和光學系統組成。光學系統按結構不同可劃分為反射式和透射式兩類。檢測元件按工作原理有熱敏檢測元件和光電檢測元件兩種。熱敏元件是應用最多的熱敏電阻。熱敏電阻受到紅外線輻射時溫度會升高電阻也會發生微小的變化在經過轉換模塊變成電信號輸出。光電檢測元件中最流行的是光敏器件大多數情況下是由硒化鉛、砷化銻、砷化銦、硫化鉛、碲鎘汞三元合金、鍺及硅摻雜等材料制作而成。紅外線傳感器主要應用于無接觸式溫度測量無

24、損探傷和氣體的成分分析。另外在空間技術、軍事、醫學和環境工程等領域也得到了大規模應用。例如使用紅外線傳感器從遠距離測量人體表面的溫度的熱像圖還能夠發現溫度異常部位及時對有疾病的患者進行診斷治療采用人造地球衛星上的紅外線傳感器能夠對地球云層進行實時監控能夠實現大范圍的天氣預測正在運行的飛機上正在運行的發動機的過熱情況等可以采用紅外線傳感器檢測。紅外線又被叫做紅外光其實頻帶在700納米以上的不可見光波長處于可見光與無線電電波之間具有折射、反射、吸收、干涉、散射等性質。復雜環境中的可見光不會影響紅外線因此可在晝夜間進行檢測。采用紅外線原理制造的傳感器又被稱為紅外傳感器它是一種應用光電效應原理的的接近

25、覺傳感器。紅外線傳感器在進行測量時不與被測目標直接接觸因此不會產生摩擦同時有靈敏度好響應較快等特點。常用基于紅外光電式的傳感器選擇靠近紅外區即760至2500nm頻率段常用的發光器件由880nm和930nm兩個系列組成。紅外線傳感器由檢測元件、光學元件和轉換模塊組成。光學元件按硬件構成不同可分為透射式和反射式兩類。檢測元件按工作方式可分為熱敏檢測元件和光電檢測元件。光敏元件是光電檢測常用的元件其元件構成一般為砷化鉀(GaAS等半導體材料具有吸收光并能將之轉換成電能當在不同距離測量時變化的光的強度將會導致電流的緩慢變化再把電流信號通過放大和相關處理就能夠達到檢測距離的目的。紅外線通訊時將發射紅外

26、線的發光二極管和接受紅外線二極管組合在一起實現。本次設計所用紅外傳感器的工作原理圖如圖所示。如果有車量經過時單片機輸出的電平信號為“1”如圖3.9(a)所示沒有車量經過裝置時紅外傳感器的發射端發射出的信號到達了接收端單片機檢測到的電平信號就為“1”單片機通過計數功能計算出現“1”的次數來統計車流量。反之如圖6所示裝置分別裝有發射的接收兩個紅外傳感器。當有車量經過時車量擋住了發射端發出的信號到接收端這樣檢測到的電平信號就是低電平單片機會根據檢測到的“0”的次數通過單片機計數功能統計車流量。 接收端發射端 a接收端發射端 b圖6紅外線傳感器工作示意圖 紅外傳感器有三條引線分別是電源線、接地線、控制

27、線。其內部集成了高頻的濾波器件主要用來濾除紅外線合成信號中的載波信號(38KH)并且同時將接收到的信號送出。在紅外線合成信號被紅外接收模塊接受在其輸出信號端就可得到前發射器發出的數字代碼再由中央控制器做出對應的處理。紅外是經過發射端產生紅外信號接收端主要接收障礙物反射回來的反映環境的信號來判斷是否有障礙物。 3、系統軟件方案設計3.1識別算法的設計過程 識別的效果直接由算法的設計決定甚至還能決定系統的成本。算法中最主要的問題是怎樣判斷有車輛駛入檢測區間、推斷車輛行駛方向、并行駛多輛車的判別、車的型號和及車流量的檢測。采用單片機語言對本系統進行編程軟件調試主要采用硬件檢測、單排車輛判別測試、穩定

28、雙排車輛判別測試和用外部通信技術的測試四個階段分層設計、修改、優化算法和程序最后達到一個比較好的識別效果。 （1）在硬件檢測中接收電路中所使用的電阻和三極管的型號主要采用程序檢測是否科學這將對采集靈敏性和采集效果產生直接影響。 （2）完成硬件檢測后經過單排車輛檢測測試第一需要解決判斷是否有車駛入檢測區的標準此步驟最重要一點是檢測兩個接收點的距離w首先要確保最小的車型寬度能夠擋住n個檢測接收點同時并排行駛的車輛間最小間距也應該大于一個接收間距這樣對檢測是否一輛車通過還是多輛車在設計算法中提供了很大的可行性。能根據測試環境中接收點密度確定n的取值本檢測模型中選擇n為3。所以在判斷一排的接收信號中擋

29、住了連續3個以上的接收點，即表明有車輛通過。編號一排接收點從r0至r7如果首次檢測到ri到 rj接連被擋將j和i的差值送存變量i,如果i的值大于3即確定有車輛并且l*w即可以判斷車輛寬度比對車寬標準可以確定車型。此外取出第j位以后的每一位如果7-j大于3則有可能有并行過車依照第一次的判斷標準計算出是否有車輛并行通過以及車型號。 (3) 并排識別的作用是穩定的確定出車輛駛入的方向同時讀取經過檢測區車流量信息。這就要依據車輛順序經過并排檢測并排時產生的信號的依次變化和對車經過檢測區域的分解時序建立模型設計判斷車流量的方法。在這個過程新的干擾問題又會出現就是車輛依次經過兩個測試點的過程中剛要通過每個

30、測試排時就會產生提取信息的變化造成最后判別的嚴重錯誤所以在這一環節中要加入防抖和抗干擾措施在一定時段內對每一排信號進行多次信息采取設置信息采取變量將多次采取的標準變量進行綜合分配分配后結果在置信區域內則判斷采樣信息屬實。然而太多采樣就會影響系統的運行速度通過實驗采用兩次采樣間隔時間1ms就可達到滿意的效果。比如第一排假如第一次采取信息中識別的車輛標志變量為a1(是0表明無車是1表明有車)并行行車標志變量b1(為0表明無車為1表明有并行車)同樣道理設第二次采取到的對應變量為a2和b2則第一排真實行車情況標志變量a和b。使用相似方式獲取第二排的置信信息分析兩排車輛行駛情況采用設計的判斷車輛通過、駛

31、入、駛出和駛離狀態模型使用算法就可以完成這一套動作以此判定車行駛方向以及車輛真正經過檢測區完成一次計數的標準。綜上各步驟程序和采取到的數據信息完成雙向并排車流量的判別。 3.2系統設計流程圖在實現車流量檢測中最核心的部分主要采用單片機語言設計實現采取車流量信息的算法。怎樣判斷通車狀態判定有無并行車輛通過怎樣確定車輛已經駛入、經過、駛離和離開測試區的狀態信息由此達到計數這些問題要有算法解決。軟件設計最重要的部分要可劃分為以下三個過稱如圖所示。依次對第一排車輛行駛狀態進行有效采取、第二排通車情況有效采取、記過檢測區域車流量采取對每一個過程全設計了一些對應的功能模塊。拿第一步舉例子有采取提取模塊與防

32、抖抗干擾兩個模塊組成。此部分的工作流程如下第一進行首次采集由此判斷是否有車輛經過檢測區第二判斷是否通過并排的車輛。因為在實驗室的實驗中使用的是每排8個感應傳感器但所假設的車的寬度都在3個感應傳感器的距離之上并且在這個模型中檢測的兩排駛過的車輛最多只有2輛所以只要在算法中進行一排接收點的最多兩次信息采樣。并且在現實使用中只要采用合適的修改算法結構并且增加對應的感應傳感器的數量來實現多輛車的多排檢測。因為當車輛駛入檢測裝置排的一剎那該排信息提取部分的引腳電位將發生劇烈變化可能得到不正確 結果所以要在采取中加入防抖措施即在首次提取信息后等待一定的時間然后開始第二次信息采取由此重復下去將多次采集的數據

33、比對分析。假如在置信區間范圍內就表明是有效信息采取。數次信息提取的確能提升判斷的準確率然而太多的信息采樣可能會降低裝置處理數據的速度。通過數據的分析通過兩次信息等待1毫秒已經可以達到實際應用要求準確度同時也有相當快的處理速度。軟件流程圖如圖7所示 開始第一排車輛狀態提取第二排車輛狀態提取通過測試區車流量提取單片機計數輸出圖7系統軟件流程圖狀態變量a置1第一排第二次采集延時1ms第一排第一次采集 初始化 判斷狀態標志否 a1和a2是否同時非0 狀態變量a置0 是 判斷狀態標志 否 b1和b2是否同時非0是狀態變量b置1狀態變量b置0上位機計數圖8 系統設計軟件流程圖以系統信息采取模塊為例如果首次

34、信息提取模塊部分為第1模塊流程圖如上圖8。其中將信息提取到的數據依次用狀態變量a1首排首次采樣到的車輛狀態為0排車輛通過為0表明無并行車為1表明監測到有并行車表明。由此能夠得到首排第二次采樣到的結果。將結果賦予狀態變量a2首排第二次信息采樣到的車輛情況為0表明無車為1表明檢測到車和b2首排第二次信息采樣到的并排行車情況為0表明無并行車為1表明監測到并行車表明。根據兩次采樣后用第一排防抖采集模塊處理判斷出第一排準確的行車結果分別用狀態標志變量a第一排測試到的車輛狀態和b第一排測試到的并排過車狀態表示。當a1和a2同時不為零時a=1否則a=0為0表示無車為1表明監測到有車在b1 和b2同時不為零時

35、b=1否則b=0為0表明沒有并行車通過為1表明監測到并行車。使用同樣方法對第二排信息接收點進行監測。綜合第二排首次檢測的結果即2a1、2b1的狀態與第二排第二次監測的結果即2a2、2b2的狀態使用第二排采樣的抗干擾防抖部分推算出出第二排信號采樣的準確結果依次使用狀態標志變量2a第二排監測到的車輛狀態和2b第二排監測到的并排通車狀態表示。通過以上兩排監測中所得到的中間環節的信息數據經過設計合適的算法同時可以及時判斷車輛的寬度并且當考慮到車輛經過前后兩排監測排時一定偏差可能隨之產生所以還加入了中點校準模糊的算法基本消除車輛偏差的影響。其中最主要的部分是使用車輛在駛入、經過、駛出 和離開監測區時可能

36、會引發兩個測量排所獲得數據信息的不同變化使用第一步、第二步對各排狀態位的結果分析經過算法的設計可以將車輛的行駛情況逐步提取出來，而且可以完成這一套四個動作由此確定車真正駛過監測區的標準由此作為計數依據同時還能實現對車駛進方向的判斷。所以綜合分析以上采樣到的的各種數據信息最后可以實現雙向的并排經過的多輛車的車流量監測。系統檢測結果輸到上位機之后又會再返回第一次采集時接著開始下一次的計數。4.3系統相關程序4.3.1主程序設計 系統軟件采用C語言編寫按照模塊化的設計思路設計程序。首先分析程序所要實現的功能程序要實現液晶顯示、蜂鳴器報警顯示、車速計算車流量計算超標報警LED閃爍。通過按鍵控對部分數值

37、標準進行設定與模式切換。主程序的工作流程如圖4.2所示。程序開始時首先必須對單片機進行初始化設置其中初始化設置的內容包括中斷優先級的設定中斷初始化定時器初始化串行通信時通信方式的選擇和波特率的設定各IO口功能的設定等。把各子程序寫為一個可單獨執行的完整子程序段。各子程序編譯沒有錯誤后再下載到單片機進行仿真驗證這兩項都通過后再將所有的程序整合到一起形成一個完整的程序再進行編譯和仿真驗證。4.3.2 1602顯示程序的設計 顯示采用1602液晶顯示顯示內容包括通道1車速、通道1車流量、通道1計時時間、通道1車速標準,、通道2車速、通道2車流量、通道2計時時間、通道2車速標準。顯示子程序有寫數據、寫

38、命令、測忙、延時、初始化等組成。顯示程序流程如圖所示。 4.3.3軟件中防止程序出錯ERR處理 CPU受到干擾后，則CPU就不能按正常狀態執行程序往往將一些操作數當作指令碼來執行造成程序執行混亂。這就是經常所說的程序“跑飛”現象。“跑飛”程序后使其回到正常的一個最普遍的方法是使CPU復位使程序從頭開始重新運行。大多數單片機控制設備中都有設置的人工復位電路。人工復位大多數是在整個裝置都已經完全癱瘓沒有辦法的情況下才不得已而為之的。所以在進行軟件設計時就要考慮到萬一程序“跑飛”怎么應讓它能夠自動恢復到正常狀態下運行。使用“指令冗余”是使“跑飛”的程序回到正常的一種方法。所說的“指令冗余”是指在一些

39、比較重要的地方人為地插入幾個單字節的空操作指令NOP。使程序“跑飛”到某一條單字節指令上時就不會出現將操作數當成指令來執行的錯誤。應該注意的是在一個程序中“指令冗余”不能使用過多否則會降低程序的執行效率。這時可以采用另一種軟件抗干擾措施即設置“軟件陷阱”。“軟件陷阱”是一條引導指令將采樣到的程序強行的引導到一個特定的地址有一段特定的處理錯誤的程序。如果這段處理錯誤的程序入口地址為ERR所以下面三條指令便可以組成一個“軟件陷阱”NOP NOP LJMP ERR 開始子程序返回顯示完成后選通列，送鎖存器輸出顯示數據送P0程序初始化送下一列數據，選通信號左移 左移次數>8圖9顯示程序流程圖“軟件陷阱”一般安排在下列四種地方。L、未使用的中斷向量區。51 單片機的中斷向量區為0003H至002FH在剩余的中斷向量區