基于超声波传感器的行车轨迹检测器的设计_李力伟

工程科技与产业发展科技经济导刊 2016.24期
基于超声波传感器的行车轨迹检测器的设计
李力伟
（石家庄优创科技股份有限公司 河北 石家庄 050000）
1概述
盗卡行为一般发生在车流量较少的车道，并以深夜居多。

单辆车取完卡之后，向前开行进至栏杆机时，车头部进入过车线圈，车尾部刚好离开取卡线圈。

这样车道收费流程会判断本次发卡流程已经顺利结束，仅仅是等待车辆离开栏杆机和下一辆的到来。

但是此时车辆如果倒车，离开过车线圈并重新压上取卡线圈，车道流程会判断是下一辆车到来，所以会自动进入发卡流程。

这样来车可以再次取卡，如此反复，即为盗卡。

此行车轨迹检测器即为杜绝此种现象发生而设计。

2系统的总体设计
行车轨迹检测器使用时，将原有车辆检测器信号接入，并使用超声波模块进行辅助。

通过行车经过的先后顺序判断行车轨迹是正常行驶，还是倒车行为。

行车轨迹检测器判断后输出控制取卡线圈。

如果是正常行驶，取卡线圈使用，检测到车后进行发卡流程；如果为倒车行为，取卡线圈不使用，即检测不到车，不能进行发卡流程；延时3分或者5分钟之后，恢复取卡线圈功能。

行车轨迹检测器可以同时连接最多3个车辆检测器和2个超声波模块实现辅助传感器的兼容性。

其中超声波模块检测非磁性物质的障碍，复合形式的检查能够增大检测的准确性，增加金属物盗卡的难度。

原理结构图如图
1。

图1
2.1 主控模块的硬件设计
2.1.1控制单元的设计
整个主控模块组成中，主控制器采用微型单片机STC15F2K60S2为控制核心，该芯片体积小，外部连接管脚多，运算速度高，且成本低。

可以满足采集外部2路超声波传感器信号、3路车辆检测器的信号，以及1路输出控制的要求。

2.1.2 电源转换单元的设计
因为现场应用电气环境要求，此设备外部输入电源为交流220V，电路板上的芯片要能够工作，需经过交流变压、整流、直流降压、线性稳压等一系列处理。

交流220V经过变压器变为低压交流电压，通过整流桥输出直流电压，然后由电源芯片L7812降为12V可用直流电压为超声波探头提供电源，同时通过LT1936变换出直流5V电压。

在输入端、输出端都经过相应的蓄能、滤波电容的处理，保证整个系统干扰少，纹波小的供电。

2.1.3通讯及IO口单元的设计
因为微型单片机自带2路串口，1路用于烧写程序接口，不做他用，另外1路需同时连接2路超声波探头。

为此采用模拟开关芯片74HC157，分时切换2路超声波探头的输入信号，实现2路信号监控，满足系统的要求。

输入信号采用高速光耦隔离方式处理，既能保证信号的传输，又能做到对外部干扰的隔离。

输出信号的处理采用继电器，这样可以控制直流信号，也可以控制交流信号，满足现场的复杂电气环境。

2.2 超声波模块的设计
超声波探头由外壳、一体化超声波传感器、供电串口底板、线缆组成。

可以检测0.3~3米范围内的距离。

对于一般3.5米的车道能够满足是否有障碍物遮挡的检测。

超声波模块以超声波传感器为检测基础，由L7805电源芯片将12V输入转成5V，为超声波传感器提供电源。

通过芯片MAX485ESA转化为RS485信号与主控板通讯，从而可以实现长距离传输，同时较其他通讯方式，更能防止现场的电磁干扰影响，以适应现场布局较远的场合。

2.3 软件设计
该系统的软件设计，需要使用的处理器平台较简单，兼容传统的8051单片机。

同时软件功能，主要为2路超声波模块的RS485信号、3路车辆检测器的输入信号，以及1路继电器输出信号，相对较容易实现。

3 结束语
新建车道增加车辆检测器的施工成本较低，而现有的双线圈车道增加车辆检测器的施工成本较大。

因此使用此行车轨迹检测器可以不破坏路面进行施工调试，缩短施工周期，降低施工成本。

超声波检测障碍物并不针对车辆，而是用于所有物体，包括人体。

而线圈和磁感应式车检器都是通过汽车本身的磁场环境进行检测，具有一定的针对性。

所以行车轨迹检测器可作为车辆检测器的辅助参考信号，从而增强系统的检测精度。

参考文献：
[1]王剑宇，苏颖.高速电路设计实践[M].北京： 电子工业出版社，2010.
摘 要：行车轨迹检测器用于需要增加车辆检测器但不便于重新施工的高速公路以及其他需判断行车轨
迹的场合。

具有施工简单，不破坏路面的特点。

以增加双线圈发卡系统的传感器个数，达到防止人为偷
盗通行卡的目的。

关键词：车辆检测器；行车轨迹检测器；发卡；高速公路；防盗卡
中图分类号：E923.3文献标识码：C文章编号：2096-1995(2016)24-0069-01
作者简介：李力伟（1984-），男，汉族，河北石家庄人，专科，助理工程师，现就职于石家庄优创科技股份
有限公司，研究方向:集成电路和系统电气设计。

- 69 -。