高速公路多车道车辆智能计数系统的设计

引言

近年来，高速公路的建设步伐很快，对高速公路进行科学管理势在必行，如对车辆的流量统计和分析，可以实现高速公路载荷的有效控制与管理。

目前，高速公路上对车辆的计数方法有的是使用环形感应线圈检测器，检测系统检测送出的信号脉冲电平比较高，很容易放大和滤波，但是信号很容易受到电磁干扰，而且这种系统比较庞大，制造成本高，也有采用红外热释电传感器的单车道车辆计数器，计数器用中规模IC构成，具有结构简单等特点，但仅仅适用于单车道且计数的数据不能长期保存，也无法与大型机之间实现通信[1]。为此设计了一种基于单片机的红外热释电传感的多车道车辆计数。

1 系统组成

本系统由信号拾取、信号处理、单片机计数系统等部分组成。多车道车辆计数系统原理框图如图1所示，考虑实际情况和为方便讨论，这里取4车道。

红外热释电传感器设置高速公路各车道正上方的监测点，当车辆

经过时，它将车中人体辐射的红外光变换成电信号，由信号处理电路进行放大、滤波、门限比较，输出脉冲信号，经光电隔离耦合可将4路脉冲信号并行输入到单片机，通过单片机计数系统进行计数和显示，并由键盘设定计数值，当计数达到设定值或计满时发出声光报警信号，通过人工干预，手动可以解除计数器报警和完成计数清零。此外，本系统具有通信功能，能与上位机进行实时数据交换。

2.电路设计

2.1 信号处理电路

信号处理电路如图2所示。

信号处理电路包括信号拾取、放大及双限比较3部分，根据车辆计数的特点，选用被动式P2288型热释电用红外传感器作为探头[2]，将车辆信息转换成电信号，该传感器若加菲涅尔透镜，对活动人体的探测距离可达10m以上，且通过对电路的灵敏度进行调节，使其对人的灵敏度距离仅为1.5m左右时，对20m远处快速通过的车辆检测十分灵敏可靠。

当车辆进入探测器的有效探测距离时，热释电红外传感器引脚2输出一个微弱的交变红外辐射信号直接送到IC1a放大器的同相输入端，由其放大2500倍后再从引脚1输出，通过C8耦合到IC1b进行进一步的放大。

由运放IC2a和IC2b构成窗口式的双限比较器，用两个二极管IN4148组成或门选择有效电平输出，当IC1b的引脚7电压U7幅度Ua和Ub之间时，IC2的输出为低电位（Up=Uol）；当U7不在门限电位范围之间时（U7>UB或U7

放大电路输出的信号中，不仅有被传感器检测到的有用信号，而且还包括了许多干扰信号，为了将被检测信号从众多的干扰信号中分离出来，比较器UA与UB间接入电位器R11用力调节窗口电压ΔU，使ΔU在0-1.71V之间变化，以达到调节电路灵敏度的目的，窗口电压ΔU=UB-UA，可用来判断输入信号电位是否位于指定门限电位之间，车道上每经过一辆车，P点就输出一个脉冲。

IC1选用低噪声低漂移高速运算放大器，R2-R8尽可能选用误差小、噪声小的金属氧化膜电阻器，C4、C8、C9选用漏电小的无极性电容器或钽电容器。

电源电路可采用交直流自动切换供电的方式，以保证电网停电时计数系统仍然能继续正常工作。

2.2 光电隔离耦合电路

光电隔离耦合电路的作用是将上述电路输出的UP脉冲信号转换成符合单片机要求的计数脉冲，且输出的脉冲个数等于被检测的行驶车辆个数[3]。

2.3 单片机计数系统电路

计数显示电路可完成对上述脉冲信号的计数和显示。图3是由单片机构成的计数系统框图。

计数系统以MCS-51系列单片机的8031为核心，8013单片机的外围扩展了程序存储器27C256和数据存储器WM0016DRH，此外，用8255扩展了I/O口，同时具有时钟单元、掉电保护、看门狗单元、通信单元以及LED（发光二极管）显示器、键盘等。