基于MSP430行駛車輛檢測(cè)器的設(shè)計(jì)

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(shí)，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(chǎng)的不同情況，以便取得較好的檢測(cè)效果。LC振蕩電路輸出的是帶毛刺的正弦波，不適合單片機(jī)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?hào)輸出。

由于不同應(yīng)用場(chǎng)合中，LC振蕩電路的振蕩頻率不近相同，故輸出的方波信號(hào)通過一計(jì)數(shù)器進(jìn)行分頻，再由頻率選擇接口送入單片機(jī)的P2.5口，從而避免了單片機(jī)的計(jì)數(shù)溢出，增強(qiáng)了單片機(jī)對(duì)信號(hào)處理的靈活性。

MSP430F1121A單片機(jī)為16位RISC指令結(jié)構(gòu)；內(nèi)置4kBFlash和256BRAM；一個(gè)l6位定時(shí)器Timer-A和看門狗定時(shí)器；一個(gè)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(yīng)用MSP430F1121A的P2.5口的外部管腳中斷以及Timer-A定時(shí)中斷相配合，定時(shí)采集數(shù)據(jù)得出當(dāng)前頻率，并根據(jù)當(dāng)前設(shè)定的靈敏度與工作方式要求，再與基準(zhǔn)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(hào)。

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

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

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

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 軟件程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮了MSP430單片機(jī)豐富的片內(nèi)外圍模塊的特點(diǎn)，使儀器的硬件電路大大簡(jiǎn)化。全部程序采用C 語言編寫，易于調(diào)試和維護(hù)，且具有運(yùn)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(gè)初始化子程序，10個(gè)功能子程序組成。3個(gè)初始化子程序分別是：?jiǎn)纹瑱C(jī)時(shí)鐘初始化子程序、單片機(jī)I/O端口初始化子程序、定時(shí)器A 初始化子程序。10 個(gè)功能子程序分別是：初次測(cè)基頻子程序、車輛檢測(cè)子程序、電壓不足報(bào)警子程序、判鍵子程序、查鍵子程序、延時(shí)子程序、動(dòng)態(tài)刷新基頻子程序、P2.5口中斷子程序、定時(shí)中斷處理子程序和信號(hào)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(gè)定時(shí)器，在無車通過的情況下，開機(jī)后定時(shí)時(shí)間到觸發(fā)定時(shí)中斷服務(wù)程序，多次讀取當(dāng)前P2.5端口中斷計(jì)數(shù)值后取平均值，從而獲取當(dāng)前頻率值。并將此頻率值設(shè)置為基準(zhǔn)頻率，并將第一次測(cè)頻標(biāo)志置位，此標(biāo)志只有在系統(tǒng)復(fù)位時(shí)才能被清零。此后，通過判鍵子程序、查鍵子程序確定此時(shí)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(huì)對(duì)檢測(cè)的準(zhǔn)確性帶來一定的影響。同時(shí)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(gè)固定的基準(zhǔn)值可能會(huì)造成誤判而影響設(shè)計(jì)的可靠性和準(zhǔn)確性。因此，本文在不影響檢測(cè)速度的前提下，在判斷車輛是否進(jìn)入時(shí)，采用限幅濾波與均值濾波進(jìn)行當(dāng)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(gè)當(dāng)前頻率值與當(dāng)前基準(zhǔn)頻率值分別進(jìn)行比較，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定允許的最大偏差，如果當(dāng)前頻率值和當(dāng)前基準(zhǔn)頻率值的差值超過了允許的最大偏差，則認(rèn)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(gè)當(dāng)前頻率值取平均值。

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

4 結(jié)束語

本車輛檢測(cè)器具有電路簡(jiǎn)單、精度高、體積小、響應(yīng)時(shí)間短、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，已在浙江某公路卡口使用，效果良好。該檢測(cè)器具有通用性，通過一定的功能擴(kuò)展可用來測(cè)量諸如車流量，車隊(duì)長(zhǎng)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(shí)用價(jià)值。

本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：運(yùn)用新型的高速低功耗MSP430單片機(jī)大大提高了對(duì)行駛車輛檢測(cè)的速度，一次檢測(cè)最快可在1.5ms內(nèi)完成，應(yīng)用軟件動(dòng)態(tài)刷新基準(zhǔn)以及限幅濾波與均值濾波等抗干擾方法提高了檢測(cè)的可靠性和準(zhǔn)確性。