基于ARM的车辆检测系统控制单元设计

由于交通需求的不断增加，有越来越多的环形感应线圈检测器用于交通检测。这些埋设在道路表面下的线圈可以检测到车辆通过时的电磁变化进而精确地算出交通流量。交通流量是交通统计和交通规划的基本数据，通过这些检测结果可以用来计算占用率(表征交通密度)，在使用双线圈模式时还可以提供速度、车辆行驶方向、车型分类等数据，这些数据对于交通管理和统计是极为重要的。通常高速公路车辆检测系统由多通道环形检测单元LD4和控制单元CCU组成，本文采用PHILIPS公司最新推出的ARM7内核微处理器LPC2114设计实现了车辆检测系统控制单元部分，并且和5个LD4环形检测器一起构成10通道高速公路车辆检测系统，其原理框图如图1所示。



　图1 车辆检测系统原理框图



图2 控制板系统原理框图



　图3 LPC2114和电子硬盘连线示意图图



　图4 主程序流程图


总体方案设计

本文设计的控制板系统原理框图如图2所示，以LPC2114为核心控制单元，该芯片是一种支持实时仿真和跟踪的16/32位基于ARM7TDMI-S 内核的CPU。内部集成了4路10 位A/D转换器，两个32位定时器、一个实时时钟和看门狗，多个串行接口，包括两个工业标准的UART、高速和两个SPI总线接口，外部多达46个与TTL电平兼容的通用I/O口，非常适用于作为主控单元。CPLD EPM7128作为微处理器的扩展输入/输出，通过光电耦合和LD4标准定义总线相连，该标准定义的总线基于RS-485总线通信协议。LD4和控制板通过标准总线进行数据交换，控制板每隔10秒扫描并发送一次请求数据的命令，相应LD4通道返回请求数据或者无效信息，ARM处理器对获得的各通道数据进行相应的统计运算处理。每隔用户设定的间隔时间就将统计数据存储于静态RAM，供中心站定时获取，同时，以分钟为单位将统计的数据备份至Flash电子硬盘中。中心站可以通过请求备份数据命令获取相应时间段的数据，并存入数据库。中心站和控制板采用RS-232串口方式通信，利用调制解调器实现远程数据传输。为了解决大容量存储问题，系统使用了三星公司提供的K9F2808来作为电子硬盘，16MB的容量能够存储11天备份数据，并且该电子硬盘能够灵活升级。

LPC2114与电子硬盘的接口实现

为了防止传输及中心站故障等问题而导致数据丢失，系统要求对一段时间内的数据进行备份，因此在系统设计的过程中需要考虑大容量存储问题。

设定本系统每分钟需要备份一次统计数据，根据环形检测器LD4的数据格式，一次数据量为1026B，若采用静态RAM作为存储单元，需要多片大容量RAM级联使用，价格昂贵，且存储容量扩展困难。若使用动态RAM作为存储单元，缺点在于控制困难，需要动态RAM控制器辅助操作。Flash作为存储器使用简单，容量大，尽管使用寿命有限，考虑到系统每1分钟存储1026B，就16MB容量而言，11天左右写满一次，那么一个月擦写约3次，以此计算，一年擦写约36次，而Flash寿命一般为擦写10万余次，所以本系统完全可以采用Flash作为电子硬盘用在车辆检测系统中。另外，Flash还具有掉电非易失特性，更适合应用于本系统。

为了便于存储容量的升级扩展，本系统选用K9F2808作为存储器。K9F2808为48脚表面封装器件，芯片内部有(16M+512K)×8 bit的存储空间，可组成32768行，528列，其中后备的16列的列地址编码为513"527，可进行528字节为一页的读、写和32页为一块的擦除操作。此外，K9F2808的特点还在于其命令、地址和数据信息均通过8条I/O总线传输，接口标准统一，易于存储容量升级。

图3为LPC2114和Flash电子硬盘之间的连线示意图，由于LPC2114没有外部总线，所以对Flash操作只能采用I/O操作方式。K9F2808各种操作具有共同特点，即在I/O端口首先发送操作命令字到命令寄存器，其后的连续3个周期发送需要操作单元的地址，顺序为：A0"A7，A9"A16，A17"A23，其中A8由命令字确定。

下面以页编程操作为例，给出K9F2808的ARM驱动程序(基于ADS1.2开发环境)，而页读以及块擦除等方法与页编程类似，只是读是由#RE信号来锁存数据，而擦除时只须送两个周期的地址。

row_add为页号，需要左移9位得到行地址。erase_flash( )——擦除Flash函数
write_command( )——写命令函数
write_address( )——写地址函数
write_data( )——写数据函数
read_data( )——读数据函数
void flash_store(uint32 row_add, uint8 *buffer )
{uint16 i;
uint32 statue,address;
//变量定义
IO0DIR |= 0x00ff0000;
//设定IO方向
if((row_add== 0)|| ((row_add%32)==0))
{address = row_add LPC2114的UART1通信。MAX3485是3.3V供电的半双工收发芯片，将差分RS-485总线信号转换成ARM核能够接受的串口信号。为了实现和PC机通信，系统采用3.3V工作电压的MAX3232作为RS-232电平转换芯片。