楊威，郝潤科,，高峰,，王亮,郭樹皖

　　（上海理工大學(xué) 光電信息與計算機工程學(xué)院,，上海 200093）

       摘要： 汽車流量檢測計是交通管理系統(tǒng)的重要組成部分, 文章采用紅外傳感器作為車輛流量檢測元件,，以MSP430處理器作為控制核心模塊，設(shè)計了一種車輛流量檢測系統(tǒng),。文中給出了系統(tǒng)設(shè)計方案,，詳細介紹了車輛流量檢測系統(tǒng)的基本原理、系統(tǒng)的硬件電路結(jié)構(gòu)與軟件流程,。實驗結(jié)果表明,，該系統(tǒng)具有精度高、處理速度快等優(yōu)點,。

　　關(guān)鍵詞：車流量,；MSP430;紅外傳感器

　　中圖分類號：TM931文獻標識碼：ADOI： 10.19358/j.issn.1674-7720.2017.03.028

　　引用格式：楊威，郝潤科,，高峰,，等.一種基于MSP430的車輛流量檢測器的設(shè)計［J］.微型機與應(yīng)用，2017,36（3）：96-98,，102.

0引言

　　智能交通管理系統(tǒng)要求全面,、準確地采集交通信息，形成實時,、準確高效的交通數(shù)據(jù),，從而為更好地營運與管理交通，推動城市進步提供重要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ),。車輛流量是智能交通中最重要且基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)之一,。本文介紹了一種基于MSP430F6638(以下簡稱MSP430)的紅外傳感器的車流量檢測器的設(shè)計，以MSP430處理器作為控制核心模塊,，在實現(xiàn)實時檢測車輛流量,、車輛速度等信息的同時，采用SD卡作為存儲信息的介質(zhì)，利用2.4G無線數(shù)據(jù)傳輸模塊將車輛流量,、車速等信息發(fā)送給指定的服務(wù)器,，大大提高了交通信息化的實時性和效率?；贛SP430的紅外車輛流量檢測器具有比超聲波檢測器,、視頻檢測器更加靈敏,、比環(huán)流線圈檢測器成本低,、易于安裝架設(shè)的優(yōu)點［1］,。

1車輛流量檢測器的工作原理

　　在要檢測的路段，等距離安裝n個紅外傳感器,；首先調(diào)制脈沖發(fā)生器進行調(diào)制脈沖的輸出,，然后紅外傳感器的發(fā)射管發(fā)射紅外線，紅外接收管接收紅外線,，當紅外傳感器的輻射區(qū)域有車輛經(jīng)過時,，車體會遮擋紅外傳感器發(fā)射出來的紅外線，紅外接收管接收不到信號,。根據(jù)車輛遮擋紅外線的時間,，傳感器會輸出一個低脈沖信號給處理器。當紅外傳感器的輻射區(qū)域沒有車輛經(jīng)過時,，沒有車輛遮擋紅外線,，這時紅外接收管始終接收一個高電平信號，處理器接收到高電平信號時,，不做處理,，直到有車輛到來，出現(xiàn)低脈沖信號,，微處理器MSP430單片機接收到信號,，對信號進行處理。若反射信號較短（大約在0.1 ms~3 ms之間）,，這時反射信號的障礙物可能不是車輛,，為行人或其他物體。當反射信號大約在3 ms以上時為車輛,。根據(jù)障礙物遮擋信號的時間可以判斷車的速度,。同時MSP430將檢測處理的結(jié)果通過LCD1602顯示出來。在LCD1602液晶會顯示通過車輛的車速和在這條道路上通過的車輛的統(tǒng)計數(shù),。并且同時把這些數(shù)據(jù)保存在SD卡內(nèi),，也可通過無線傳輸模塊傳送到上位機，以便查詢和防止數(shù)據(jù)的丟失,。車輛流量檢測器的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示,。

2車輛流量檢測器硬件電路設(shè)計

　　車流量檢測器的硬件電路主要包括處理器、紅外傳感器,、無線模塊和其他部分(電源和最小系統(tǒng)部分),。處理器主要功能是處理經(jīng)過紅外傳感器檢測到的車流信息，并把處理結(jié)果通過LCD1602顯示出來,，同時還要將檢測處理的結(jié)果發(fā)送給上位機,。無線數(shù)據(jù)傳輸模塊主要負責(zé)檢測器與上位機之間的信息傳遞,。這些模塊的組合實現(xiàn)車輛流量的檢測、信息處理,、保存等功能,。下面分別介紹各個模塊的選取及每個模塊的功能［2］。

　　2.1處理器MSP430的選擇

　　車輛檢測器通常安裝在各個必要的路口,，要求芯片具有處理速度快而且功耗比較低等優(yōu)點,。本文在設(shè)計車輛流量檢測器時選擇了具有超低功耗的16 bit混合信號處理器芯片MSP430系列的單片機芯片。MSP430單片機是一個16 bit,、具有精簡指令集,、超低功耗的混合信號處理器。MSP430單片機的超低功耗與強大的模擬和數(shù)字接口能從周圍環(huán)境中采集被浪費掉的能量,，從而可實現(xiàn)無須更換電池的自動供電系統(tǒng),。MSP430單片機的結(jié)構(gòu)如圖2所示。其特點有：(1)超低功耗,；(2)強大的處理能力,；(3)高性能模擬技術(shù)及豐富的片上外設(shè)；(4)系統(tǒng)工作穩(wěn)定,；(5)高效靈活的開發(fā)環(huán)境,。

　　2.2紅外傳感器電路

　　本文設(shè)計的車流量檢測器是利用紅外傳感器來測量車流量。由于紅外傳感器是利用紅外線的物理性質(zhì)來進行測量的感應(yīng)器件,，其測量時不需要與被測物體直接接觸,，因而不存在與被測物摩擦，并且具有靈敏度高,、響應(yīng)速度快等優(yōu)點,。紅外傳感器的接收和發(fā)射電路如圖3所示。D1為紅外線發(fā)射管,，D2為紅外線接收管,。發(fā)射電路由紅外發(fā)射管發(fā)射紅外線。當沒有物體遮擋紅外線時,，D2接收D1發(fā)出的紅外線的時間為一個定值,。當存在物體遮擋紅外線時，D2接收D1發(fā)出的紅外線的時間就會存在變化,。根據(jù)這個特點,，在檢測路段等距離地放置n個紅外傳感器的發(fā)射端和接收端。當沒有物體遮擋時,，接收紅外的時間為一個定值,，單片機檢測的時間為定值，因此對此信號不作處理,。當存在物體遮擋時,，接收端接收到紅外線的時間就會存在變化,，單片機根據(jù)這個變化,，計算出該路段內(nèi)的車速和經(jīng)過的車輛數(shù)［3］,。

　　2.3無線收發(fā)器電路

　　無線收發(fā)器模塊主要是將檢測的車輛流量數(shù)據(jù)傳送給上位機，用上位機保存每次檢測的數(shù)據(jù),。這樣設(shè)計的車輛流量檢測器有以下3個優(yōu)點：(1) 單片機處理器每次檢測數(shù)據(jù)之后將檢測的數(shù)據(jù)實時地傳送,，從而提高單片機的運行效率；(2) 防止停電或其他意外事件使數(shù)據(jù)丟失,，保證了數(shù)據(jù)的長期有效保存,；(3) 有利于實時有效地查看，以便于人為地減少交通壓力,。

　　無線收發(fā)器模塊電路使用2.4 GHz的nRF24L01無線射頻收發(fā)芯片,。該無線發(fā)射器電路包括了功率放大器、輸出功率頻道選擇和協(xié)議的設(shè)置,、解調(diào)器等芯片器件,。該無線收發(fā)器模塊可以通過SPI接口進行調(diào)制設(shè)置。無線收發(fā)電路圖如圖4所示,。在該電路中,，nRF24L01作為無線收發(fā)器電路的主芯片，具有3個主要特點：(1)nRF24L01具有真正的GFSK單收發(fā)芯片和內(nèi)置鏈路層,；(2)具有增強型Shock Burst TM 和自動應(yīng)答及自動重發(fā)功能,；(3)數(shù)據(jù)傳輸率為1 Mb/s或2 Mb/s,SPI接口數(shù)據(jù)速率為0~8 Mb/s。

3車輛流量檢測器的軟件程序的設(shè)計

　　基于MSP430的紅外傳感器的車輛流量檢測器的整體設(shè)計,，硬件設(shè)計相對比較簡單,，主要是軟件程序的編寫使操作方便，實用性較強,。車輛流量檢測器的整個系統(tǒng)主要包括紅外傳感器,、LCD1602液晶顯示、微處理器MSP430和其他部分（電源模塊和最小系統(tǒng)）,。每個模塊對整體設(shè)計都非常重要,。本文采用等距離安置n個同型號的紅外傳感器集中采集信號，然后將采集信號脈沖輸送給微處理器MSP430處理,。MSP430接收到的信號有脈沖信號和電平信號,。MSP430單片機在處理信號數(shù)據(jù)時主要將采集的數(shù)據(jù)進行計數(shù)和通過電平信號處理計算出此時通過車輛的車速，然后將處理結(jié)果通過并行通信的方式在LCD1602圖4無線收發(fā)器電路原理圖液晶顯示,。車輛流量檢測器的軟件整體程序流程圖如圖5所示,。在微處理器處理信號之后首先將結(jié)果保存在SD卡中，在必要查詢時,，可以將SD卡中的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)移到上位機PC中,，從而提高處理器MSP430的處理速度［4］,。

　　3.1檢測模塊程序設(shè)計

　　本文設(shè)計的車流量檢測器檢測部分采用紅外傳感器。與其他傳感器相比,，紅外傳感器的檢測精度較高而且性價比較好,。紅外傳感器的紅外發(fā)射管對外發(fā)出紅外線，當沒有物體遮擋紅外傳感器時,，紅外接收管接收到紅外光,，此時傳感器輸出為高電平；當存在物體遮擋時,，紅外接收管接收不到紅外光,，此時傳感器輸出低電平。微處理器MSP430根據(jù)接收到的電平變化,，檢測過往的車輛數(shù)和車速［5］,。紅外傳感器的檢測流程如圖6所示。

　　3.2無線收發(fā)模塊程序設(shè)計

　　無線收發(fā)模塊作為整個系統(tǒng)的重要信息傳輸部分,，主要功能是將單片機MSP430處理后的數(shù)據(jù)傳輸給上位機,。微處理器MSP430將處理后的信息通過并行通信的方式傳遞到LCD1602液晶顯示器顯示車輛數(shù)和車速，并且通過無線收發(fā)模塊將信息傳遞給上位機PC,。這樣不僅便于保存數(shù)據(jù)而且還便于日后數(shù)據(jù)信息的查詢,。無線收發(fā)模塊程序流程圖如圖7所示。

4實驗與實驗結(jié)果分析

　　實驗環(huán)境是根據(jù)道路交通實際情況在實驗室進行模擬的,。通過編程軟件完成程序編寫后,，將程序下載到試驗箱。實驗?zāi)M過程：當有障礙物遮擋紅外傳感器時,，傳感器都會檢測到低電平,，然后將檢測的低電平發(fā)送到單片機的MSP430。信號經(jīng)單片機處理之后通過LCD1602顯示,。同時還通過無線傳感器模塊將檢測的結(jié)果傳送到上位機,。在檢測過程中由于紅外傳感器的靈敏度相對較高，只要有物體經(jīng)過時傳感器就會檢測到,。所以在檢測時是否為車輛經(jīng)過成為檢測的關(guān)鍵,。因此本文采用延遲雙重檢測比較法來處理。當紅外傳感器檢測到過往的障礙物時,，單片機會控制紅外傳感器發(fā)射管發(fā)出紅外光的時間,。在第一次檢測到時，將時間延遲1 μs之后再發(fā)出紅外光信號,，這時檢測到的紅外光信號與上次檢測的信號作比較,。若兩次檢測的結(jié)果誤差在0.5%以內(nèi)，則說明檢測到的為過往車輛，同時計算車輛的車速和累加車輛數(shù),。

　　單片機將處理結(jié)果不僅保存到SD卡中同時還將數(shù)據(jù)傳遞給上位機,，以便交通調(diào)度和保存交通信息，為智能化交通提供有利數(shù)據(jù),。

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