【正文】 敏度會(huì)逐年衰減。 波頻車輛檢測(cè)裝置 1，紅外檢測(cè)器是具有良好應(yīng)用前景的懸掛式或道路側(cè)式交通檢測(cè)器。該檢測(cè)器一 般采用反射式檢測(cè)技術(shù)。反射式檢測(cè)器探頭由一個(gè)紅外發(fā)光管和一個(gè)紅外接收管組成。其工作原理是由調(diào)制脈沖發(fā)生器產(chǎn)生調(diào)制脈沖，經(jīng)紅外解調(diào)器解調(diào)，再通過(guò)選通、放大、整流和濾波后觸發(fā)驅(qū)動(dòng)器輸出一個(gè)檢測(cè)信號(hào)。這種檢測(cè)器具有快速準(zhǔn)確、輪廓清晰的檢測(cè)能力。其缺點(diǎn)是易受氣候條件及大氣中的粉塵或懸浮顆粒影響。 2，超聲波檢測(cè)器是一種在高速公路上應(yīng)用較多的檢測(cè)器，它是利用反射回波原理制成的。超聲波檢測(cè)器由探頭和控制機(jī)構(gòu)成，其探頭具有發(fā)射和接受雙重功能，被設(shè)置于道路的正上方或斜上方。超聲波檢測(cè)器的工作原理是：由超聲波發(fā)生器（探頭）發(fā) 射一束超程從凱：智能小區(qū)車輛統(tǒng)計(jì)技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 30 聲波，再接受從車輛或地面的反射波，根據(jù)反射波返回時(shí)間的差別來(lái)判斷有無(wú)車輛通過(guò)。由于探頭與地面的距離是一定的，所以探頭發(fā)出超聲波并接受反射波的時(shí)間也是固定的。當(dāng)有車輛通過(guò)時(shí)，由于車輛本身的高度使探頭接收到反射波的時(shí)間縮短，就表明有車輛通過(guò)或存在。超聲波檢測(cè)器采用懸掛式安裝，其優(yōu)點(diǎn)首先是不需要破壞路面，也不受路面變形的影響；其次是使用壽命長(zhǎng)、可移動(dòng)、假設(shè)方便。不足之處是其檢測(cè)范圍呈錐形，受車型、車高變化的影響，檢測(cè)精度較差。特別是車流嚴(yán)重?fù)頂D的情況下；另外檢測(cè)精度易受環(huán)境的影響，尤其是大風(fēng)、暴雨等的影響 ；探頭下方通過(guò)的人或物也會(huì)產(chǎn)生反射波，做成誤檢。 基于計(jì)算機(jī)圖像分析技術(shù)的車輛檢測(cè)裝置 視頻攝像機(jī)最早的應(yīng)用主要在于道路的監(jiān)視，然而目前隨著微處理器的價(jià)格不斷降低，性能不斷提高，人們開始采用計(jì)算機(jī)圖像處理和模式識(shí)別技術(shù)對(duì)連續(xù)的交通流圖像進(jìn)行處理，從而達(dá)到檢測(cè)交通流的目的。視頻圖像處理可通過(guò)地面上的一臺(tái)攝像機(jī)代替多個(gè)電感環(huán)，并且可以提供更低的維護(hù)費(fèi)用。 本文的工作 本文基于較成熟的車輛檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了分析對(duì)比，并經(jīng)過(guò)深入閱讀前人有關(guān) ITS 的研究，選取波頻汽車檢測(cè)器中的紅外傳感技術(shù)進(jìn)行分析論證，對(duì) 熱釋電式紅外傳感器和反射式紅外傳感器進(jìn)行對(duì)比，并設(shè)計(jì)了一個(gè)基于熱釋電紅傳感器的車輛計(jì)數(shù)系統(tǒng)，其中包括完整的硬件電路設(shè)計(jì)，包含探測(cè)端、處理器、顯示端，和完整的軟件設(shè)計(jì)及相關(guān)代碼。本文的內(nèi)容安排如下：前言部分對(duì)車輛檢測(cè)技術(shù)做了概述，正文部分主要進(jìn)行系統(tǒng)存在問(wèn)題的分析和軟硬件設(shè)計(jì)方法的論證，以及對(duì)所使用的基本器件和軟件開發(fā)平臺(tái)做了相應(yīng)的介紹，最后在結(jié)論部分對(duì)系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)做了總結(jié)并對(duì)相關(guān)研究做了展望。 第 2 章 分析 探測(cè)器問(wèn)題分析 紅外傳感器在檢測(cè)領(lǐng)域已經(jīng)被大量充分地應(yīng)用，同樣如前文所說(shuō)，在車輛技術(shù)系統(tǒng)中也有著及其重要的應(yīng)用。容易理解，傳感器的原理是將外界的信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào)供人們利用個(gè)，而紅外傳感器則是將外界的紅外信號(hào)通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)化為電信號(hào)加以利用。而根據(jù)紅外線的來(lái)源又可以分為主動(dòng)式紅外傳感器和被動(dòng)式紅外傳感器，主動(dòng)式紅外傳感器應(yīng)用的最多的原理是利用紅外線的反射來(lái)傳遞信息，往往有一個(gè)紅外發(fā)射端和一個(gè)紅外接收端，利用被測(cè)物體對(duì)紅外線的阻斷和反射，來(lái)進(jìn)行有效的信息采集；被動(dòng)式紅外傳感器則是利遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 用物質(zhì)自身的紅外信號(hào)來(lái)進(jìn)行信息采集，我們知道任何溫度超過(guò)絕對(duì)零度的物體都會(huì)輻射紅外線，所以在現(xiàn)實(shí)生活中可以見到的物體自身都 為一個(gè)紅外輻射源，那么利用物質(zhì)自身輻射的紅外線的強(qiáng)弱變化就可以進(jìn)行有效的信息采集。 主動(dòng)式紅外傳感器 主動(dòng)式紅外傳感器的基本原理是，如果接收端接收到紅外線，則接收端的光敏元件導(dǎo)通，那么就有兩種基本控制思路：一種是正常情況下接收端接收得到紅外線，被測(cè)物體的出現(xiàn)阻斷了紅外線的接受，使得光敏元件導(dǎo)通停止，從而發(fā)出控制信號(hào)；另一種是正常情況下接收端不接受紅外線，當(dāng)被測(cè)物體出現(xiàn)時(shí)對(duì)紅外線進(jìn)行了反射，接收端接收得到反射信號(hào)，光敏元件導(dǎo)通從而發(fā)出控制信號(hào)。本質(zhì)上這是利用光控制電，而具體到本文所討論的車輛計(jì)數(shù)系統(tǒng) ，其紅外光的發(fā)射與接收受到環(huán)境的干擾是相當(dāng)大的，譬如需要考慮紅外線傳輸過(guò)程中可能受到的其他光源的干擾，又譬如需考慮當(dāng)紅外線被阻斷或反射時(shí)，如何準(zhǔn)確判斷是否是車輛引起的，要解決這些問(wèn)題接必須加大系統(tǒng)的復(fù)雜程度和設(shè)計(jì)成本，而當(dāng)系統(tǒng)的復(fù)雜度越高，則可靠性變得越低。 被動(dòng)式紅外傳感器 被動(dòng)式紅外傳感器的基本原理是，當(dāng)背景溫度不變時(shí)，紅外傳感器不產(chǎn)生電信號(hào)，而當(dāng)背景溫度發(fā)生驟變時(shí)，在紅外傳感器的晶體上產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)。本文趨向于被動(dòng)式紅外傳感器解決車輛計(jì)數(shù)系統(tǒng)中信號(hào)采集的問(wèn)題。對(duì)應(yīng)于主動(dòng)式紅外傳感器，被動(dòng)式 紅外傳感器是由溫度的變化來(lái)產(chǎn)生電，同樣兩個(gè)方面的問(wèn)題，一個(gè)是如何有效抗干擾，本文采用的熱釋電紅外傳感器受到的干擾主要是熱噪聲，而這些噪聲都是比較容易分析和處理的；第二個(gè)是如何分辨是否式車輛引起的變化，不同的物體輻射的紅外線頻率不同，而在一定速率范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)的車輛所輻射出的紅外線的頻率都聚集在一個(gè)相對(duì)集中的頻率范圍內(nèi)，是比較好把握的。而且基于被動(dòng)式紅外傳感器的特點(diǎn)，可靠性較高，設(shè)計(jì)成本卻比較低。 菲涅爾 (Fresnel)透鏡 現(xiàn)在考慮另一個(gè)問(wèn)題，在車流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，要求檢測(cè)裝置的探測(cè)范圍是一個(gè)條狀范圍 ，而熱釋電紅外傳感器本身的角度無(wú)法滿足此要求。為了提高探測(cè)器的探測(cè)靈敏度和限定探測(cè)范圍，因此在傳感器的前面加裝一個(gè)菲涅爾透鏡。菲涅爾鏡片是紅外線探頭的“眼鏡”，它就象人的眼鏡一樣，配用得當(dāng)與否直接影響到使用的功效，配用不當(dāng)產(chǎn)生誤動(dòng)作和漏動(dòng)作，致使用戶或者開發(fā)者對(duì)其失去信心。配用得當(dāng)充分發(fā)揮被測(cè)物感應(yīng)的作用，使其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。菲涅爾鏡片是根據(jù)法國(guó)光物理學(xué)家 FRESNEL 發(fā)明的原理采用電鍍模具工藝和 PE（聚乙烯）材料壓制而成。鏡片（ 厚）表面刻錄了一圈圈由小到大，程從凱：智能小區(qū)車輛統(tǒng)計(jì)技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 32 向外由淺至深的同心圓，從剖面看似鋸齒 。圓環(huán)線多而密感應(yīng)角度大，焦距遠(yuǎn)；圓環(huán)線刻錄的深感應(yīng)距離遠(yuǎn)，焦距近。紅外光線越是靠進(jìn)同心環(huán)光線越集中而且越強(qiáng)。同一行的數(shù)個(gè)同心環(huán)組成一個(gè)垂直感應(yīng)區(qū)，同心環(huán)之間組成一個(gè)水平感應(yīng)段。垂直感應(yīng)區(qū)越多垂直感應(yīng)角度越大；鏡片越長(zhǎng)感應(yīng)段越多水平感應(yīng)角度就越大。區(qū)段數(shù)量多被感應(yīng)被測(cè)物移動(dòng)幅度就小，區(qū)段數(shù)量少被感應(yīng)被測(cè)物移動(dòng)幅度就要大。不同區(qū)的同心圓之間相互交錯(cuò)，減少區(qū)段之間的盲區(qū)。區(qū)與區(qū)之間，段與段之間，區(qū)段之間形成盲區(qū)。由于鏡片受到紅外探頭視場(chǎng)角度的制約，垂直和水平感應(yīng)角度有限，鏡片面積也有限。鏡片從外觀分類為：長(zhǎng)形、方形、圓形，從功能分類為：?jiǎn)螀^(qū)多段、雙區(qū)多段、多區(qū)多段。 處理器的選擇 處理器選擇 Atmel 公司的 AT89C51 單片機(jī)。 51 單片機(jī)是指 Intel 的 MCS51 系列以及和其具有兼容內(nèi)核的單片機(jī)。 MCS51 系列單片機(jī)是最早、最基本的單片機(jī)，功能也最簡(jiǎn)單。 Intel 公司生產(chǎn)的 MCS51 系列單片機(jī)包括 803 805 803 805 8752 等?，F(xiàn)在集成電路的飛速發(fā)展，各大芯片廠商提供了很多與其兼容的單片機(jī)。比如 Atmel 公司的AT89C 系列、 AT89S 系列， Silicon Laboratories 公司的 C8051F 系列，還有 Philips 公司的8XC552 系列等。浙西單片機(jī)采用兼容的 MCS51 的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，只是對(duì)其功能和內(nèi)部資源等方面進(jìn)行了不同程度的擴(kuò)展。本文依據(jù)簡(jiǎn)單、低成本的原則，選擇 Atmel 公司的AT89C51 單片機(jī)作為處理單元。 顯示器的選擇 顯示器選擇 1602LCD 顯示屏。 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一種專門用來(lái)顯示字幕、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個(gè) 5 7 或者 5 11 等點(diǎn)陣字符組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有 間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱?，所以他不能顯示圖形。 1602LCD 有這樣的特性： +5V 電壓，對(duì)比度可調(diào)，內(nèi)含復(fù)位電路，提供各種控制命令，如清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能，有 80 字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 DDRAM，內(nèi)建有 160 個(gè) 57 點(diǎn)陣的字符發(fā)生器 CGROM， 8 個(gè)可由用戶自定義的 5 7 的字符發(fā)生器 CGRAM。 第 3 章 實(shí)現(xiàn) 基于本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的是通過(guò)對(duì)現(xiàn)實(shí)生活中的信號(hào)進(jìn)行采集處理之后反饋出有效的可以直接識(shí)別的信息，故采用了如下的設(shè)計(jì)思路： 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 整體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為硬件部分和 軟件部分兩塊，硬件部分包含探頭、信號(hào)處理模塊、中央處理器、顯示模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、通信端口；軟件部分為供中央處理器進(jìn)行處理的一套相應(yīng)與運(yùn)算規(guī)則。我們知道，當(dāng)物體的表面溫度高于絕對(duì)零度時(shí)會(huì)輻射紅外線，而當(dāng)車輛經(jīng)過(guò)時(shí)，其車體表面溫度高于背景（路面）溫度，即會(huì)引起熱釋電紅外傳感器上的電荷值的變化，從而產(chǎn)生信號(hào)。然而不僅限于車輛，任何活動(dòng)物體經(jīng)過(guò)紅外傳感器的視場(chǎng)時(shí)均可視為一個(gè)有效的紅外輻射源，故采用菲涅爾透鏡對(duì)視場(chǎng)進(jìn)行處理，使不同的紅外輻射源經(jīng)過(guò)時(shí)產(chǎn)生不同頻率的脈沖信號(hào)，供系統(tǒng)識(shí)別是否為車輛從而能夠進(jìn)行有效地計(jì)數(shù)。 當(dāng)前端探頭采集到原始的信號(hào)后，這個(gè)信號(hào)是十分微弱而且不規(guī)整的，無(wú)法直接供中央處理器進(jìn)行計(jì)數(shù)，故原始信號(hào)必須經(jīng)過(guò)前置放大電路的處理，形成整齊的脈沖信號(hào)，所以在探頭后設(shè)置了前端放大電路作為信號(hào)處理模塊。經(jīng)前端放大電路處理后的信號(hào)為一段整齊的脈沖波形，這時(shí)中央處理器就可以對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)處理，不同的輻射源形成的脈沖數(shù)不同，不同的車輛形成的脈沖數(shù)也不同，故在軟件的處理過(guò)程中應(yīng)該設(shè)置一個(gè)基準(zhǔn)范圍，對(duì)范圍內(nèi)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。將計(jì)數(shù)的結(jié)果儲(chǔ)存到存儲(chǔ)芯片中，同時(shí)顯示在液晶屏上。理想的系統(tǒng)中應(yīng)該設(shè)置上位機(jī)通信端口，供上位機(jī)直接調(diào)用 系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)。 探頭。車輛原始信號(hào)的采集是由紅外傳感器來(lái)完成的，設(shè)計(jì)初期考慮過(guò)兩種不同的紅外傳感器檢測(cè)方式，一種是熱釋電紅外傳感器，熱釋電紅外傳感器是一種被動(dòng)接收式紅外傳感器。熱釋電效應(yīng)同壓電效應(yīng)類似，是指由于溫度的變化而引起晶體表面電荷的現(xiàn)象。熱釋電傳感器是對(duì)溫度敏感的傳感器。在傳感器監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)溫度有Δ T 的變化時(shí)，熱釋電效應(yīng)會(huì)在兩個(gè)電極上產(chǎn)生電荷Δ Q，即在兩電極之間產(chǎn)生一個(gè)微弱的電壓Δ V。由于它的輸出阻抗極高，在傳感器中有一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行阻抗變換。熱釋電效應(yīng)所產(chǎn)生的電荷Δ Q 會(huì)被空氣中的離子所結(jié)合而消 失，即當(dāng)環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時(shí)，Δ T＝ 0，則傳感器無(wú)輸出。當(dāng)把傳感器對(duì)準(zhǔn)所監(jiān)測(cè)車道，有車輛進(jìn)入監(jiān)測(cè)區(qū)時(shí)，因車體表面溫度與環(huán)境溫度的差別，產(chǎn)生Δ T，此時(shí)就會(huì)有溫度變化產(chǎn)生所對(duì)應(yīng)的信號(hào)輸出。另一種是紅外反射式光電傳感器，發(fā)射端發(fā)射的紅外信號(hào)經(jīng)被測(cè)物體阻斷反射，被接收端的光敏元件接收，形成光電效應(yīng)，就會(huì)有對(duì)應(yīng)的信號(hào)輸出。傳感器選擇的是雙靈敏元熱釋電紅外傳感器 RE200B， RE200B 采用熱釋電材料極化隨溫度變化的特性探測(cè)紅外輻射，并配合雙靈敏元互補(bǔ)方法抑制溫度變化產(chǎn)生的干擾，可以有效提高傳感器工作的穩(wěn)定性。 2，信號(hào)處 理模塊 [5][9]根據(jù)熱釋電紅外傳感器的輸出信號(hào)特性，前置放大電路信號(hào)處理要從多種噪聲干擾中提取有用的微弱信號(hào)，因此前置放大電路應(yīng)該具有低噪聲、高增益、低頻特性好、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。因此通常應(yīng)包括帶通濾波電路、兩級(jí)高增益放大電路、比較電路三個(gè)部分。 程從凱：智能小區(qū)車輛統(tǒng)計(jì)技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 34 附錄 B 外文文獻(xiàn) Application of Infrared Sensor in Vehicle Counting System Chapter 1 Introduction Background topics In recent years, with the rapid development of the national economy as well as the rapid increase in the number of motor vehicles, the world39。s major cities increasingly severe traffic problems, China is no exception, even worse, traffic congestion, traffic accidents occur frequently. How different cities to establish effective traffic management system to ensure as much as possible to maintain the road unobstructed, to achieve the maximization of traffic, making travel more convenient for the public, researchers have bee areas of concern. The previous human management for today many vehicles, heavy traffic, this situation has been unable to do effective management, and an urgent need to be able to monitor traffic conditions for timely detection to establish efficient intelligent traffic management system. Intelligent