分析基于ARM 的红外光汽车速度管理系统

近来汽车市场出现了一种叫“电子狗”的反雷达测速装置，这种装置在接近雷达测速区时，能够提前捕捉到雷达测速的信息并发出报警，使违章车辆逃脱处罚，事故隐患非常严重。本文分析的以红外光传感器、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工作，能够有效地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、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。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。

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 的外部存储器数据线D0 至D7， DB8 至DB15 接VDD，实现与LPC2294 的8 位数据总线连接；其硬件配置由两片高速CMOS 静态存储器IS61C1024对S1D13503 的VD0 至VD15 来完成。四线电阻式触摸屏可检测到触摸信号并通过触摸屏控制器FM7843 将模拟信号转换为位置坐标数据，传递给LPC2294 进行处理。

3 系统软件设计

3.1 uclinux 系统移植

虽然当前 uclinux 已经支持无MMU 的ARM 体系结构，但由于具体使用的ARM 处理器芯片存储系统不同、片内的外设不同、中断系统也不同，因此需添加或修改LPC2294 芯片相关的具体代码。

3.2 设备驱动程序设计

由于uclinux 2.4.x内核为非抢占式，进程时间片为10ms，本身实时性并不高。设备信息结构体用来描述该设备的open、release、read等操作方法：其中，在系统和应用程序首次使用此定时器时，首先执行timer1_open（struct inode *inode， struct file *filp） 方法调用request_irq（IRQ_timer1， timer1_irq_handle， SA_INTERRUPT， “my” DEVICE_NAME， NULL）函数进行中断响应函数注册，配置定时器T1IR、T1PR、T1TC、T1TCR等寄存器完成定时器初始化，使用中断开关函数local_irq_save（）和local_irq_restore（）来控制临界区；最终由uclinux系统接收硬件中断并调用中断服务程序；当系统和应用程序不再使用该定时器时调用timer1_release（struct inode *inode， struct