基于ARM 的红外光汽车速度管理系统研究

引 言

　　车辆在公路上应以与路况相符的速度行驶，太快了易出事故， 太慢了将成为后续车辆的绊脚石。但是，常有个别司机不按规定的速度行驶而违章，导致事故频生。交管部门为了取证纠违， 目前多采用雷达测速系统（利用多普勒效应）对违章车辆进行测速取证，予以处罚。可近期市场上出现了一种叫做"电子狗"的反雷达测速装置，此装置在接近雷达测速区时，能提前捕捉到雷达测速的信息而报警，使违章车辆逃脱处罚，事故隐患犹存。因此，研究一套既能准确测定汽车速度， 又不会被"电子狗"所发现的可靠测速、管理系统就尤为必要。

　　本文研究的以红外光传感器、ARM 为核心部件的新型测速系统测速时不会被"电子狗"所发现，不仅能识别汽车速度V 的大小，还能测出其速度超过上限速度（Vmax）的量值（+△V）或低于下限速度（Vmin）的量值（-△V）等信息，据该信息酌情驱动取证系统（打印、照相）工作，能有效提高交通管制的力度。

　　1 系统工作原理

　　系统由调制式红外光传感器［1］、飞利浦公司的LPC2294 ARM 嵌入式处理器，带触摸屏的彩色液晶显示器以及报警摄像等系统构成，如图1 所示。图1 中M、N 两点是路旁一侧护栏上的两点，分别安装着可发射38KHz 的红外发光管，一直向外发射调制式红外光。调制式红外光被另一侧护栏上相应的两点M’、N’处安放的光电接收器接收，共同组成一个光控测速区。当有车辆通过光控测速区时，M 点发出的光线首先被阻断，第一个光电探测器M-M’将光信号转换为电信号送入信号调理电路，经过放大、整形，送至ARM 处理器。ARM接到此触发信号，打开内部计数器开始计数，时间t 的值相应不断增加。当汽车达到N 点时，第二个光电探测器N-N’将光信号转换为电信号经信号调理电路送至ARM 处理器使计数器停止计数，t 的值就确定了。由M、N 两点间的距离L 除以t 便得到速度V。如果计算得到的V 值在设定的安全速度范围之内，显示屏则显示当前安全速度值，摄像、报警电路就不工作；如果V 值超出设定范围之外，则计算速度偏移量△V =Vmax-V，同时显示该车辆超速行驶，并让摄像、报警电路启动工作。同理，若车辆以V《Vmin 的低速状态通过光控测速区时，照相及报警系统亦启动工作，显示屏显示超速信息，提示此时车辆处于超低速行驶状态。

2 系统硬件设计

　　2.1 光电发射接收系统

　　光电发射接收系统原理如图2 所示。振荡器产生频率为38KHz 的信号， 驱动红外发光管发光。光电接收器则接收红外发光管射出的光脉冲，接收到的光脉冲信号经调节电位器连接到检测器的输入端［2］。将接收到的调制式光脉冲信号送入放大器进行放大，经阈值检测后变成与同步振荡器同步输出的逻辑电平脉冲，再通过脉冲同步解调，得到与车辆运动状态相关的光电信号，并经缓冲输出。


2.2 信号接收与定时器工作

　　如图3 所示，在没有车辆经过光控测速区时，M’、N’两点一直能接收到38KHz 的调制红外光，均输出高电平，暂稳态电路均处在稳态。门G 的输出为逻辑1，UL 始终为高电平。当有车辆通过光控测速区时，M 点发出的光线首先被阻断，UM 由高电平先变为低电平，暂稳态电路1 被触发而进入暂稳态，如图4 中的t1 时刻之后所示。此时，UM’为低电平，G 门触发，输出UL 为低电平。ARM 系统的CAP1.0 捕获到UL 由高电平变低电平，发生下降沿捕获，自动装载T1TC 的值传输到捕获寄存器T1CR，并产生中断，进入中断服务子程序，读取T1CR 的值而保存。随后，当汽车达到N 点时--即在t2 时刻，暂稳态电路2 被触发，UN’变为高电平，经过非门变为低电平UN’’。此时G 门输出由低电平变为高电平，ARM 的CAP1.0 捕获到UL由低电平变高电平，发生上升沿捕获，自动装载T1TC 的值到捕获寄存器T1CR，并产生中断，进入中断服务子程序。计算两次捕获寄存器T1CR 的差值N 及计数器的工作频率f，得到车辆通过两测试点M 点和N 点的时间差t2-t1。

　　2.3 ARM 核心板及触摸显示系统

系统核心板采用DEVICEARM2200 工控板， 其内嵌飞利浦公司的LPC2294ARM7TDMI-S 嵌入式处理器，最高频率60MHz，并带有8M PSRAM 存储器和16M NANDFlash，性能完全满足高速车速测量系统的要求。由于其较小的封装、极低的功耗，可使用电池供电，因此十分适合于野外无外接电源的情况下工作。电路连接如图 5 所示：显示屏选用320×240 彩色液晶屏，将液晶控制器S1D13503 的AB0 至AB16 与LPC2294 的地址总线A1 至A17 相连，以16 位总线方式操作；S1D13503的数据总线DB0 至DB7 接LPC2294 的外部