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1 引言 彎路轉彎處經(jīng)常出現一段盲區，司機看不到彎路對面是否有車(chē)輛通過(guò)，因而引發(fā)大量的交通事故，因此，消除盲區造成的交通事故顯得尤為重要。為此，設計了基于C8051F310的山路轉彎預警系統。該系統當檢測到彎路對面有車(chē)時(shí)可及時(shí)通過(guò)交通警示燈提前警示司機注意避讓。因此，準確判斷是否有車(chē)輛經(jīng)過(guò)是該系統設計的關(guān)鍵。 2 系統設計 2．1 系統設計方案 該系統設計的主要目的是警示司機在行駛時(shí)注意安全，預防事故。在山路轉彎處兩邊分別放置該系統，每邊系統控制一警示燈。當一方系統檢測到車(chē)輛時(shí)，通過(guò)RF通訊發(fā)送至對方系統，對方系統接收到信號后，控制警示燈閃爍以提示司機。 圖1為系統設計組成框圖。其中，車(chē)輛檢測傳感器采用正弦波振蕩電路檢測車(chē)輛，在檢測電路中，輸出信號頻率由C8051F310采集得到，然后通過(guò)一階濾波算法處理，濾除掉因環(huán)境因素等產(chǎn)生的頻率干擾，并進(jìn)一步計算驗證C8051F310的采集精度。 2．2 系統的硬件電路設計 圖2為系統主要硬件電路。車(chē)輛檢測傳感器的輸入信號為U(t)，該正弦信號通過(guò)比較器變?yōu)榉讲ㄐ盘柡�，再輸入�?a href="http://selenalain.com/keyword/單片機" target="_blank" class="relatedlink">單片機C8051F310，然后單片機通過(guò)計數器采集信號頻率。 2．3 一階濾波算法 一階濾波，即一階慣性濾波。一階低通濾波算法公式為： 式中，α為濾波系數，X(n)為本次采樣值，Y(n-1)為上次濾波輸出值，Y(n)為本次濾波輸出值。 一階低通濾波法采用本次采樣值與上次濾波輸出值進(jìn)行加權，得到有效濾波值，使得輸出對輸入有反饋作用。濾波系數為0～1；該系數決定新采樣值在本次濾波結果中所占的權重。一階濾波系數可以是固定的，也可以按一定程序算法自動(dòng)計算。但一階濾波算法無(wú)法完全兼顧靈敏度和平穩度。只能尋找一個(gè)平衡點(diǎn)，在該系統設計可接受的靈敏度范圍內選取盡可能好的平穩度。即當數據快速變化時(shí)，濾波結果能及時(shí)跟進(jìn)(靈敏度優(yōu)先)；而當數據趨于穩定，在固定點(diǎn)上下振蕩時(shí)，濾波結果趨于平穩(平穩度優(yōu)先)。 2．4 車(chē)輛檢測電路 圖3為正弦波振蕩電路。該電路用于車(chē)輛檢測電路傳感器，能夠感應出金屬物體的存在。采用渦流傳感方式，將埋入地下的探測線(xiàn)罔直接接入正弦波振蕩電路。 在未檢測到車(chē)輛等金屬物體時(shí)，振蕩電路輸出信號u0(t)的頻率基本變化不大，但該值不是一直保持不變，而會(huì )在一定范圍內漂移。當檢測到車(chē)輛等金屬物體時(shí)，U0(t)的頻率f0會(huì )突變?yōu)閒。頻率差△f=f-f0，其中△f的范圍經(jīng)大量的實(shí)驗得出一般為幾百赫茲到幾千赫茲。圖3中電路的振蕩頻率為： 式中，f與電路中L、C1、C2有關(guān)。 當電感L數值變化時(shí)，f也會(huì )相應改變。同樣當電容容值發(fā)生變化時(shí)，f也隨之變化。一般情況下，電容值隨環(huán)境溫度變化而變化，因此振蕩頻率f也隨溫度變化而變化。 2．5 檢測電路頻率算法 因為檢測電路中信號頻率隨時(shí)在改變，這為檢測機動(dòng)車(chē)輛等金屬物體帶來(lái)一定困難，尤其在環(huán)境溫度急劇變化時(shí)，信號自身頻率值會(huì )大幅變化。高溫時(shí)在室外環(huán)境所采集的振蕩電路數據分析得出：f值在1 h內隨溫度變化幾百赫茲，測量期間沒(méi)有金屬物體靠近。因此該設計采用基準動(dòng)態(tài)改變方法。具體計算方法如下：設定fz為基準頻率;fc為參與計算和判斷的采集頻率；f為實(shí)際采集頻率。m和n為濾波因子。系統沒(méi)有上電時(shí),fz初始化值為0；上電后，把第1次采集到的頻率f作為fz的初始值，隨后定時(shí)更換fz 值。 先把實(shí)際采集到的頻率f按式(2)進(jìn)行一階濾波處理，然后計算fc的值： 式(3)、式(4)中的濾波因子m，n通過(guò)試驗獲得。當f值快速變化時(shí)濾波結果及時(shí)跟進(jìn)且數據變化越快，靈敏度越高。在檢測車(chē)輛時(shí)需定時(shí)更換fz，根據室外溫度變化更換時(shí)間。 當有金屬物體經(jīng)過(guò)線(xiàn)圈時(shí)，采集的頻率值為f，而這時(shí)基準頻率為fz。判斷車(chē)輛的算法是南式(3)得出fc，再由式(5)得： 通過(guò)判斷△f是否在同定范圍中得出車(chē)輛經(jīng)過(guò)情況。該范同是通過(guò)大量實(shí)驗得出的。具體CPU算法流程見(jiàn)圖4。 3 實(shí)驗及結果分析 該算法是經(jīng)過(guò)大量驗證試驗而得出的。在室內，試驗采用45 cm×45 cm的線(xiàn)圈(匝數n=12)。模擬機動(dòng)車(chē)輛為一輛長(cháng)1．2 m，寬0．8 m的鐵皮小推車(chē)。當小車(chē)經(jīng)過(guò)線(xiàn)圈時(shí)，采集頻率fc與基準頻率fz的差值約400 Hz，CPU能夠準確判斷出有小車(chē)經(jīng)過(guò)。在室外試驗則是把線(xiàn)圈埋入公路地面下，當汽車(chē)經(jīng)過(guò)線(xiàn)圈時(shí)，采集頻率fc與基準頻率fz差值約400～2 000 Hz。這個(gè)差值隨著(zhù)車(chē)輛型號不同和車(chē)輛底盤(pán)的高低而改變，而CPU也能準確判斷出有機動(dòng)車(chē)輛經(jīng)過(guò)。通過(guò)室內和室外大量試驗，及時(shí)調整了濾波算法中的濾波因子，提高了檢測靈敏度，使其能夠滿(mǎn)足不同車(chē)輛的需求。 4 結束語(yǔ) 采用濾波算法并實(shí)時(shí)更新振蕩電路的基準頻率可減少電路頻率變化對于車(chē)輛檢測的干擾。這里采用c8051F310設計的山路轉彎預防警示系統現已安裝在盤(pán)山路上，該系統能夠準確檢測出車(chē)輛，并發(fā)送警示信息。同時(shí)設計中充分考慮到環(huán)境因素和維護的不便，設計有上位機監控系統。因此，該系統結構簡(jiǎn)單，性能可靠，價(jià)格低廉，已引起交通部門(mén)的廣泛關(guān)注。 |
