高速公路交通流量数据采集系统的研究

图 K 汇集器电路框图
由于 J$E L MN 系列单片机有 NO 根地址线， 最 大数据存储器可扩展到 O!PQ。 利用 RNA ! 口增加一 根 SNO， 将 O8"N8" 的 N8"PQ TSJ 分成两页。 另外， 用 RNA 7 U R8A 7 通过 V!WENK" 译码器的 X7 U XK 选 中 ! 片 YJO8"N8"TSJ， 使存储器总容量为 MN8PQ， 而 XO 和 XV 作为并行接口 C’/3= "8MM 和 分为 " 页。 相 当 于 将 地 址 线 增 加 到 8N YJO"N" 的 片 选 信 号 ， 根。 各芯片的地址分配如表 N 所列。
5 系统结构
系统划分为三个层次。 第一层是检测器层。 每个 （即车道） 检测器可带 ! 个环行线圈， 分为 5 个信道 。 采用单片机 HFR;+A5 作前端数据采样， 并进行数据 分析处理后， 将刚刚通过一对环行线圈的车辆的基 本信息， 即车速、 车型、 前线圈占有时间和行驶方向 等 ! 个数据通过中断申请方式发送到汇集器。 硬件 设计中采用了 J(22/43 :6:" 可编程器件， 将施密特 触发器波形整形电路、 计数器、 锁存器和一些外围电 路固化在其中， 即使电路更加简单可靠， 又具有保密 性。 为检测器与汇集器之间的通讯设计了专用的并 行口。 第二层是汇集器层。 每个汇集器可带 ! 个检测 器， 同时管理 R 个车道， 其功能是采集检测器送来的 基本信息。 将车辆的基本信息在一个记录周期内按 照车辆长度分类进行统计归类。 记录周期内的数据 结构如下： "日志周期： 5 字节 （6 代有秒， 第 : 字节为时间单位 ， : 代表分 ） （6 S "6） 。 第 5 字节为单位数 # 车辆分类号： 分为五种类型。 $车道号： %小时： &分钟： ’秒钟： 按长度将车辆 : 字节， : 字节。 : 字节， 6 S 5> 时。 : 字节， 6 S A; 分。 : 字节， 6 S A; 秒。
% 检测器设计
电路结构如图 & 所示， 采用单片机 456(7)& 作 前端数据采样检测器。 每个信道有前后两个线圈 N# 和 N& 与各自的振荡器谐振产生正弦波信号， 经施密 特电路整形为矩形波送到计数器计数。 时间窗口由 检测器采集的原始数据结 789 的内部定时器产生。
毕 可以满足要求。
波： 高速公路交通流量数据采集系统的研究 作。 采用 [8M7!M 芯片做系统复位和看门狗定时器。 每辆汽车通过时， 都要记录其通过时间。 采用实 可以不占用 $R1 的定 时时钟 _ 日历芯片 YJO"N"， （ 对应 时器资源， 减轻软件设计的工作量。 YJO"N" 实时时钟芯片的两个引脚在有些文献上 J$N!O"N"） 未说明清楚， 这里注明： （J‘:） ： 是 总线 类 型选 择 ， 这 里 采用 % 引脚 N 取 J‘: a 7， 应接 bcD。 C’/3= 时序， （E:QX） ： 是备用电源启用， 低电平有 % 引脚 NO 当电源掉电时， 效。 通过 N7P! 电阻接到 d$$。 E:e 则芯片进入至掉电保护状态。 QX a 7， 检测器与汇集器之间的并行通信用 C’/3="8MM 的 S 口作输入 _ 输出数据总线， Q 口和 $ 口为选通 信号， 读操作时， " 位代表 $YN U $Y" 的 " 个信道。 首先由下位机发出 Cc:T 一个下降沿脉冲作为中断 申请， 然后处于等待状态。 作为上位机的汇集器响应 中断后， 把 "8MMS 口设置为输出方式， 并向数据总 ” “ 过一个通信周期 线送出 ZZY 作为握手联络指令， （M7"0） 后 S 口设置为输入方式、 等待状态。 下位机 收到握手联络指令后， 将第一个数据送到数据总线 再等 并等待一个通信周期， 发出 $YN 下降沿脉冲， 待一个通信周期。 上位机查询这个信号后， 接收数 “Z^Y” 据， 以后直到数据传输完毕， 以 为结束指令。 写操作时， 通过上位机发 Q‘TDN 作为通信时钟。 软件全部用 Z4.’F=*’ _ P3*=$MN 编程。
收稿日期： 566> ?Байду номын сангаас:6 ? 5; 作者简介： 毕波 @ :;"A ? B ， 男， 重庆垫江人， 主要从事计算机智能控制系统的教学及科研工作。
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第 #( 卷
重庆工业高等专科学校学报
第#期
!日： # 字节， # $ %# 日。 "月： # 字节， # $ #& 月。 #年： # 字节， ’ $ (( 年。 速度： 字节， 按综合平均速 $ # 度 ! 计算， 范围 ’ $ &))*+,-。 有 # + # . "# ! +# 上式中， !# 是个别车辆速度， # 是记录周期内的车辆 数。 %前向流量： & 字节， ’ $ /))%)。 & 字节， ’ $ /))%)。 总占有时间 平均占有率 . 日志周期 ’ 前线圈平均占有率： # 字节， &)) 表示 #’’0 占有率。 (每车辆分类平均车长 1 # 字节， ’ $ &))2 )车间平均距离： & 字节， ’ $ /))%)2 + # & ’# 式中， $% ’# 是连续 & 辆车间的距离， +# 与车型无关。 *每 32 车辆密度： # 字节， ’ $ &))。 流量 密度 . 式中当流量和平均速度均为 平均速度 零时， 取密度为零。 采用单片机 456(7)& 作汇集器的 789。 ! 个检 测器与 # 个汇集器安装在同一机箱内。 每当一个记 录周期时间到时， 通过 :; < !6) 串行接口将本周期 统计的全部数据发送到中央处理机。 第三层是安装在交通管理中心的中央处理机。 建立了一个车辆管理信息数据库。 管理软件采用在 使 用 FGH 数 据 库 引 擎 ， 用 +>I =>?@AB CA?>D/E ’ 中 ， 主要功能是通过 DJK?KLH ;MN 结构化查询语言编制。 :; < !6) 串行通讯接收汇集器上报的周期统计信 息， 并可以对下位机的各种技术参数进行设置。 如时 间校准、 记录周期设定以及报警参数定义等。 :; < 利用光纤将分布在数十 !6) 接口与光端机对接后， 千米范围内的汇集器连接在数据总线上。 中央处理 机对高速公路段进行监控管理和高度。 &后向流量：
! 汇集器设计
电路结构如图 % 所示， 也采用单片机 456(7)& 作汇集器的 789。 由于在一个记录周期内记录的数 据比较多， 所以需要扩展较大的数据存储器。 按照 6 车道及 ) 个车辆分类， 记录周期数据的最大字节数 （6 [ ##） 为 #’ Z 要求系统总共可存储 [ ) . !)’C， 需要 !)’*C 的存储器。 考虑到最大周 #’’’ 个记录， 期取 #- 的情况下， 按照最大时速 #6’32 Q -， 最小车 极端境况下， 一个车道通过的车辆达到 距 &’’2， 一台汇集器记录 6 个车道， 共计 "&’’ 辆。 在 (’’ 辆， 这种极端境况下， 记录的原始数据达到 "&’’ [ ! . 其它数据和计算常数还需要 &)*C 左右， 扩 &6E 6*C。 展了 ! 片 Y+/&6#&6:4+， 存储器总容量为 )#&*C， ・!"・
图:
环形线圈传感器图
（ 信道 ） 如图 : 所示， 每个车道 环形线圈传感器 分为前线圈 J: 和后线圈 J5 。 两个线圈的位置距离为 车辆进入前后线圈的时间分别为 F: 和 F> ， 退出 JK 。 前后线圈的时间分别为 F5 和 F! 。 由此计算出车速为 计算公式为 <LJ， &’( $ () *> % * : @:B
N# < 前线圈； O?D>B < 振荡器； ;+ < 施密特整形电路；： N& < 后线圈； 7OP < 计数器 图 & 检测器电路
构分类如下： 单 位 是 2， 范围为 ’ $ +车辆长度： # 字节， 最高位 # 表示逆向行驶， #&"2。 ’ 表示前向行驶。 ,车速： # 字节， ’ $ &))32 Q -。 将无 - 前线圈占有时间： & 字节， ’ $ /))%)2?。 精度 车辆通过时的频率计数作为基准计数 C4;R， 误差值为 R::， 实际测量计数为 7O95， 则 7O95 的 分布区域有四个： 有车辆通过； . 7O95 < C4;RSR::， 无车辆通过； / 7O95 < C4;RTR::， 无车辆通过； 0 7O95 < C4;RS < R::， 主线圈断线。 1 7O95 < C4;RT < R::， （上位机） 检测器与汇集器 之间的通信用专用并 行接口。 每当有车辆通过时， 就与上位机通信一次， 将采集到的原始数据发送到上位机。 同时将一个继 电器触点信号送出。 必要时这个信号可用于启动数 字照相机进行拍照。 这时检测器可以独立使用。 主线 圈断线的故障由面板上的 NRU 发光管显示， 也可以 由数据总线上报到汇集器。 数据处理过程中要用到 用7 浮点运算。 采用 VJAW3B>W Q *G>B 的 7)# 编译器， 语言编程。 具有开发周期短、 可读性好等优点。 将浮 点 数 和 长 整 型 数 用 >XAHA 间 接 存 储 方 式 ， 储存在 存储单元由 456(7)& 的 6’Y $ VVY 片内 :4+ 中， 编译器自动分配。
优势。 关键词： 探测器
中图分类号： F05G!
文献标识码： H