車輛外輪廓尺寸檢測儀的設(shè)計和應(yīng)用

0   引言

近年來，隨著國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，特別是高等級公路建設(shè)規(guī)模越來越大，公路貨運周轉(zhuǎn)量逐年增加。由于普遍的嚴重超限（超高、超寬、超長、超重）運輸，給公路運輸帶來極大的危害，嚴重危及人民群眾生命財產(chǎn)和國家財產(chǎn)安全，影響社會經(jīng)濟協(xié)調(diào)和公路運輸?shù)目沙掷m(xù)發(fā)展，但是，治超是一項非常復(fù)雜而艱苦的工作，目前判別車輛長寬高是否超限的方法通常是依靠執(zhí)法人員攔截，通過人工檢測是否超限，在引導(dǎo)至停車場進行處理，執(zhí)法效率低，很難做到全天候檢測。

圖1 原理框架圖

1   系統(tǒng)設(shè)計

車輛外輪廓尺寸檢測儀采用單片機作主控，使用ST 公司的STM32 系列的單片機^[1]，3 顆STM32 芯片^[1]采用TCP/IP 協(xié)議^[2]接受和解析3 臺激光雷達設(shè)備實時數(shù)據(jù)；1 顆STM32 芯片使用RS232 與另外三顆STM32 芯片通訊，做融合計算；主控制箱通過串口與上位機通訊。圖1 為車輛外輪廓尺寸檢測儀原理框架圖，圖2 為檢測原理流程圖。

圖2 檢測原理流程圖

2   硬件電路設(shè)計

2.1 DP83848以太網(wǎng)通信電路

該電路采用以太網(wǎng)DP83848 芯片以太網(wǎng)芯片，魯棒性好、功能全、功耗低的10/100Mbps 單路物理層（PHY）器件。支持MII 和RMII，使設(shè)計更簡單靈活；同時支持100BASE~T 和100BASE~T 以太網(wǎng)外設(shè)。電路圖如圖3。

圖3 DP8348以太網(wǎng)通信電路

3   嵌入式軟件設(shè)計

3.1 TC/IP數(shù)據(jù)接收與發(fā)送流程

激光雷達設(shè)備內(nèi)部集成TCPSocket Server， 通過TCP SocketClient 端登錄方式獲取數(shù)據(jù)和發(fā)送指令信息。其中三顆STM32 芯片通過TCP/IP 方式^[3]，以客戶端登錄。

每隔一秒發(fā)送一次心跳數(shù)據(jù)以保證在線狀態(tài)，激光雷達以50 Hz 的頻率發(fā)送掃描數(shù)據(jù)到客戶端，客戶端根據(jù)協(xié)議解析出相應(yīng)的命令。圖4表示激光雷達發(fā)送掃描數(shù)據(jù)的流程。

3.2 串口數(shù)據(jù)流程

串口數(shù)據(jù)接收與發(fā)送分兩部分，主控制箱內(nèi)部STM32 芯片之間數(shù)據(jù)通信和主控制箱與上位機通信；三顆STM32 芯片在分別接收到三臺雷達設(shè)備數(shù)據(jù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)協(xié)議解析數(shù)據(jù)包，解析出命令字，再根據(jù)命令字獲取有效數(shù)據(jù)部分，考慮到TCP 神奇的40 ms，在接收數(shù)據(jù)包會出現(xiàn)數(shù)據(jù)粘包與分包現(xiàn)象，所以需對每筆數(shù)據(jù)包做處理，解析完得到有效的掃描數(shù)據(jù)再通過串口發(fā)送給主核心控制芯片，用于融合計算；在主核心控制芯片計算得到有效的長、寬、高信息，通過串口發(fā)送到上位機，上位機負責(zé)接受與顯示。

圖4 激光雷達發(fā)送掃描數(shù)據(jù)

4   結(jié)語

利用激光高速掃描的特點，能夠精確檢測到跟車駛?cè)霑r兩車的間隙位置，并對跟車的車輛進行準確的分離及準確的對應(yīng)車輛的輪廓信息，保證檢測數(shù)據(jù)與車輛的一一對應(yīng)關(guān)系，保證車輛隊列的正確性，不多車，不漏車；可廣泛地應(yīng)用于固定式治超站、高速公路入口治超站、非現(xiàn)場執(zhí)法站的車輛長超寬超高檢測。

參考文獻：

[1] 李明,康靜秋,賈智平.嵌入式TCP/IP協(xié)議棧的研究與開發(fā)[J].計算機工程與應(yīng)用,2002,38(16):118-121.

[2] 黃克亞.ARM Cortex-M3嵌入式原理及應(yīng)用——基于STM32F103微控制器[M].北京:清華大學(xué)出版社,2020.

[3] STEVENS W R.TCP/IP詳解 卷1:協(xié)議[M].2版.譯:范建華,等.北京:機械工業(yè)出版社,2000.

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年3月期）