车辆自动识别系统设计.doc

一种汽车车型自动识别系统的设计刘志勇，张红艳（辽宁抚挖重工机械股份有限公司）摘要：汽车车型自动识别系统是集多种现代信息处理技术为一体的人工智能系统，它把超声波回波测距原理和现代计算机技术集于一体，实现了对车辆高度、长度、速度的自动检测，通过计算机编制程序，根据车辆几何特征对过往车辆进行分类，对汽车车型进行自动识别，本系统用于公路收费和智能停车场收费系统。关键词：超声波；车型自动识别系统；发射电路；接收电路汽车车型自动识别技术在理论上已经很成熟，但在具体实现过程中由于受到现场的各种干扰问题的限制。如红外检测受光线、被测物颜色等影响；图像采集受光线、控制器存储容量影响；地感线圈检测安装在地下，维护比较困难等。超声波测距具有定向性好、能量集中、在传输过程中衰减较小,反射能力较强，在介质中传播的距离较远等优点，本系统采用了超声波检测方法。我国交通部门车辆的收费标准是依据车型的外型尺寸，其收费标准见表1.1。表1.1 我国交通部门公路收费标准车型车辆参数(米)车高（h）、车长（L）主要车型收费金额（元） 类车1.5h2.0，2.5L4.0吨位t2.5吨小型货车、19座以下小型客车、各种型号轿车、农用三轮车等5元类车2.0h3.04.0L8.0吨位2.5吨 t5.0吨中型货车、2039座中型客车 10 元类车3.0h3.58.0L12吨位5吨t10吨大型货车、40座以上大型客车 15元类车h3.5或L12吨位t15吨特大货车、特种车（推土机、挖掘机、吊车等） 20元根据表1.1数据分析，只要测得过往车辆的高度、长度、速度，就能分析出过往车辆的分类信息。1、 系统组成本系统结合超声波检测技术和单片机控制技术，利用超声波回波检测原理，对公路过往车辆的高度、长度、速度进行测量，计算机编制算法，自动根据车辆几何特征对过往车辆分类，然后输出过往车辆的车型信息，具有较高的智能化。 本系统由主机电路、超声波发射/接收电路。1.1主机电路主机电路由AT89C52芯片、6242存储芯片，看门狗电路、键盘输入电路，显示电路、控制执行电路，电源电路组成。主机电路原理图如图1.1所示。图1.1主机电路原理图 1.2超声波发射和接收电路本系统中的超声波传感器采用T40-16的压电陶瓷传感器，它的工作电压是40kHz的脉冲信号，由NE555接成多谐振荡，通过调节R1和C产生40KHz脉冲信号。接收探头采用与发射头配对的R40-16，将超声波调制脉冲变为交变电压信号，经运算放大器LF357两极放大后加至LF311。由于在距离较远的情况下，声的回波很弱，因而转换为电信号的幅值也较小，为此要求将信号放大1500倍左右。采有二级放大：放大倍数均为40倍，采用高速精密放大器LF357，放大倍数为40倍时，能充分满足要求；放大后的信号经光电隔离送入比较器LF311，比较器的作用是将交流信号整形输出一个方波信号，向CPU发中断申请。其电路图如1.2图所示。图1.2超声波发射/接收电路图 2、 系统工作原理：1#、2#发射探头连续的向地面方向发射超声波脉冲，当没有车辆经过时，1#超声波接收探头接收不到回波信号，只有有车辆经过时，才能接收到车顶反射回来的回波信号，此时启动定时器T2开始计时，1#探头连续的发射超声波脉冲，当1#接收探头到10次回波脉冲时，T2停止计时，捕获此时T2定时器值，存入内存单元，这里计做t1；同时启动定时器T0，再次启动定时器T2， 2#接收探头接收到回波信号时刻，定时器T0停止计时，读此时定时器T0值，计做t0。当1#接收探头接收不到回波信号时刻，二次捕获定时器T2值，存入内存单元计做t2。这里采用软硬件相结合的方式，当定时器T0、T2有溢出时，有中断程序记录溢出次数。各时刻记录时间值如下：l t1=10次回波时间l 二次T2定时值= 定时器T2量程*溢出次数+t2l T0定时值=定时器T0量程*溢出次数+t0l 从车顶的回波时间为：T1=t1/10l 车经过1#探头的时间间隔为：T2=定时器T2量程*溢出次数+t2+t1/10l 车从1#探头到2#探头的时间间隔为：T3=定时器T0量程*溢出次数+t0+t1/10单片机这些信号经过处理运算，得到车辆的速度、高度和长度等一系列参数。同时单片机调用程序存储器中的程序，用计算得到的数据与程序存储器中的参数进行程序上的判别，以确定目标车辆的类型，将分型后的信号分门别类的进行累加，进行统计分析后列表，存放在寄存器中，以便传输给上位机。系统对各种数据的累加功能通过设置键盘，由软件实现。3、本系统数学模型的建立：超声波传感器的安装：如图3.1所示，将超声波发射探头安装于道路上方高为H处，一般由空中架线或安装专用龙门架解决，探头为成组安装于道路上方，每个车道上相距L的两个探头同时工作。 图3.1 传感器安装图和检测原理图3.1车辆高度的检测探头发射超声波向下辐射，遇到车辆由下方通过，其顶部将使超声波发生反射并被同一探头接收，见图3.1。设声速为C，自探头发出超声脉冲至收到回波信号的时间间隔为T，车辆高度为D，则有： ( 1 -1)设车身高1.4m的车辆以20km/h速度通过时,信号间隔时间约为0.02s,在这段时间内汽车行驶长度仅为1.1m,而最短小客车车身长在2.5m以上,系统足以采集到车辆通过的信息,所以车辆的行驶速度对测量结果基本没有影响。32、车辆速度的检测当车辆自2号探头向1号探头行驶时，若其速度为 V，由2号探头下方与到达1号探头下方时间差为T1，则有： (1-2)3.3、车辆长度的检测当车辆通过探头下方时，必然会有一个持续时间。若车辆头尾到达同一探头时间差为T2，车辆长度为d，则有： (1-3) 对于车辆分型的判别，由于车辆的外型轮廓的差别，其接收超声回波时间会不尽相同，车长d，车高D是反映车辆外形的主要参数，将计算所得参数与寄存在计算机内的车型参量进行比较，算出相关度，即可将车辆分型。4、软件设计本系统的软件程序主要由主程序、采集子程序，识别显示子程序组成。主程序调用了采集子程序，识别显示子程序，完成对AT89C52 的初始化工作。包括对定时器T0、T1、T2工作方式设定，对系统开中断，对定时器T0、T1、T2、开中断，清看门狗，设置堆栈，调用采集子程序调用识别和显示子程序，通过逻辑计算、比较，最后完成对过往车辆的车型自动识别。主程序流程图如图4.1所示：图4.1 主程序流程图4.2采集数据流程图如图4.2所示：采集子程序主要完成对过往车辆的各个时刻的时间值进行采集、保存，为各计算子程序提供计算数据。这里主要完成对超声波发射电路和接收电路的协调工作。1#、2#发射探头连续的向地面方向发射超声波脉冲，当没有车辆经过时，1#超声波接收探头接收不到回波信号，只有有车辆经过时，才能接收到车顶反射回来的回波信号，此时启动定时器T2开始计时，1#探头连续的发射超声波脉冲，若接收脉冲信号小于10次，则系统返回，重新等待有信号产生。当1#接收探头到10次回波脉冲时， T2停止计时，捕获此时T2定时器值，存入内存单元；同时启动定时器T0，再次启动定时器T2， 2#接收探头接收到回波信号时刻，定时器T0停止计时，读此时定时器T0值。当1#接收探头接收不到回波信号时刻，二次捕获定时器T2值，存入内存单元计。程序中设置了对外界干扰信号的识别，只有接收信号超过10次才认为是有效信号，这有效的抑制了外界环境的干扰，使系统不会误动作。启动1#发射，启动T2定时启动1#发射捕捉T2值，清T2，启 动T0；启动1#发射，启动T2NT2停止记时，存T2值P1.有信号？够10次？P1.1有信号？NN返回YYYNY查P1.1有信号？开始图4.2 数据采集流程图4.3识别显示子程序流程图如图4.3所示。识别及显示子程序主要完成对车型的识别,然后把收费金额显示出来。通过比较车辆长度和高度对车型自动识别显示。开始取高度值大于16dm显示20元取长度值显示15元取长度值显示5元大于12m大于35 dm大于8m大于20dm大于4m大于8m大于12m显示10元YYYYNNYYNYYNYNNNN 图4.3 识别显示子程序流程图5、结束语本系统利用超声波技术的定向性好、能量集中、在传输过程中衰减较小,反射能力较强，在介质中传播的距离较远等优点，实现对过往车辆的长度，高度以及速度参数的采集和处理，由单片机设置软件算法，对过往车辆的车型进行自动识别及显示。克服了以往的红外测距，地感线圈测距，图象采集处理系统的缺点，是目前比较经济实用的一种方案，本系统有较高的商用价值。参考文献：1苏铁力. 传感器及其接口技术. 北京：中国石化出版社，2001.6：2202972梅丽凤. 单片机原理及接口技术. 北京：清华大学出版社，2004.2：103403何立民.单片机应用系统设计. 北京：北京航空航天大学出版社 ，1990.6：801094赵柯 . 高准确率超声波测距仪的研制 . 传感器技术 . 2003，（2）：9-125刘凤然 .基于单片机的超声波测距技术. 信号与处理 . 2001，（5）：19-21通讯地址：抚顺市顺城区双阳路2号电液设计所（113126） 辽宁抚挖重工机械股份有限公司 刘志勇 Email:L Tel 录1 2-1主机电路图 2-2 分机电路图袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄