车辆到离的检测
车辆的到离检测对整个控制系统的实现是十分关键的。虽然这种检测的可靠实现幷不容易,但其基本原理却十分简单。首先,在车辆经过的道路检测点地表上埋入一个方形线圈,然后将它接入正弦波振荡器作为谐振回路的一部分,这样当被测车辆驶近时其铁底盘必将减少该检测线圈的磁通量,从而导致振荡器的频率升高,由此便可用MCU实现车辆的到离检测。
具体实现时必须首先考虑检测识别速度匀车辆行进速度之间的关系。按照相关的公路收费站建设标准,要求车辆的检测识别能适应0~80km/h的行驶速度。由于地埋线圈沿车辆行驶方向的宽度约为 1~1.5m,为了实现可靠的识别,必须确保车辆以80km/h的速度通过该线圈时至少能实现网次检测,因此识别周期必须不低于25ms.由此可得出相应的识别方法:首先根据各种被测车辆的底盘类型对地埋线圈磁通量的彩响程度,以及检测部件MCU可测频率的上限,确定出正弦波振荡器的振荡频率区间(此处选60~200kHz左右);然后以25ms为周期测虽振荡器的输出频率,并将测得值f与无车时的基准值F0进行比较.由此便可确定车辆的到离状态。此外,考虑到不同现场地况地貌的差异对地埋检测线圈的影响,还必须设置灵敏度调节环节,以便使之拥有合理的识别区间。
不难看出,上述识别方法中频率基准值对可靠识别起着十分重要的作用。然而困难的是,并不能简单地把地埋线圈上无车时的振荡器频率直接用作频率基准値,因为该频率肯定会因工作电源的波动、环境温度的变化、器件性能的变迁等因索而引起漂移. 这种漂移虽极易与有车到来时的频率变化虽产生混淆,从而导致识别错误。解决的思路只能足让无车时的频率基准值自动跟踪这种漂移。
算法中首先对频率基准值的上调节奏有着严格限制.这是闪为频率漂移是一个十分缓慢的过程,如果不在基准值F0的相邻两次上调之间确保足够的时间间隔.则极易把车辆驶近线圈时的突然停留或抛锚误判为基准値上漂。其次,频漂足一个“波动-稳定-波动”的过程.基准值的调整必须避开其上下波动阶段能发生在频漂的稳定阶段.也就是说只有当测得的Fx连续比基准值F0高(或低)足够次数后才能更新基准值F0;而且,对新基准值的采样也必须取其稳定期的中间一段(即取中间m个新值的的平均值),以剔除各种干扰对新荡准値可能产生的影响。基于频漂是一个微变过程.因此只有当连续多次测得的Fx均只比原基准値高(或低)一个较小数值时才能考虑生成新基准值(此处该较小数值与工作频率和所选的灵敏度有关);当然在算法 中,基准值下调时未作此限制,这是为了缩短上电调整时间而采取的措施。
系统通讯方式
由图2可见,整个系统的通讯由三部分组成。首先,主机与上位机之间为RS2232方式,采用专用的通讯规约,以便接受上位机下传的“天棚红绿顶灯的开关、警笛的鸣响、道闸栏杆的抬起落下、是否为车队或免票、抬落杆是自动还是人工方式、状态询检等命令,以及向上位机上传的“三线圈感应的车辆到离信息、栏杆所处状怒、顶灯警笛等外设所处状态、 主机子机是否正常”等信息。其欠系统的主机与子机之问为RS2485双绞线方式,利用其平衡特性避免现场的大量干扰,确保子机中A网通道能把线圈A,B对车的感应情况和道闸拦杆的起落状态以及设备是否正常等信息及时可靠地传到主机中,幷接受主机的各种控制命令。最后,主机中网个485接口芯片MCU2 ,MCU3;与MCU1之间的通讯采用了MCU间的中断传送方式,各以三位二进制编码传递相应的8类信息,以便最大限度地减少MCW的实时开销,提高其运行效率。当然还得说明的是,上述所有通信均设计为双向方式,这为系统的故障预警提供了可能,使之更能适应长时间连续可靠运行的要求。
此外,为了便于实际使用中的安装与维护,系统还设计了相关的自检功能。例如,当子机上的485双绞线连接错误时,子机上的通讯状态灯便会以特定闪亮方式予以提示,避免操作者在主机与子机间来回奔波,耗费时间;又如,为了检验通讯是否正常, 主机上还配备了两组通讯信息显示口,可分别实时显示与上位机及子机间传送的数字信息。实践表明,这些都大大提高了现场的调试效率。当然,为了系统的正常运行,安装时还得适当调整灵敏度,选择振荡器频率。
道路收费站的计算机控制方式彻底改善了人工方式的不足,这种控制必须具备车辆感应检测、道闸栏杆抬落以及避免追尾碰撞等功能。本文系统以多模块结构较好地实现了这一目标,其中频率MCU基准值漂移跟踪的解决尤为重要。此外,多任务下的MCU高效实寸调度和现场干扰下的MCU间正常通讯也为系统的可靠运行奠定了基础。三年多来多处现场的正常运行表明系统的设计是成功的。
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