交通事故现场防入侵设备设计

摘要：为了提高交通事故现场防护水平和预防二次事故，利用C8051F020单片机以及MMA7260，MicroMag2等传感器设计了一种设备，对车辆入侵进行检测，迅速有效地判断车辆是否侵入防护现场，根据检测结果实现报警。
关键词：C8051F020；MMA7260；MicroMag2；交通事故现场；防入侵

0 引言
近年来，我国因交通事故现场防护技术手段缺乏、防护系统性差而引发的二次交通事故年均超过200起，死亡人数年均超过100人。
2003—2007年，在交通管理执法过程中因交通事故牺牲了数十名民警，2008年又有多名民警牺牲。高速公路上因为车辆行驶速度快，一旦发生二次事故，伤亡大，经济损失严重。发生二次事故常常和现场警戒有关。
目前，高速公路交通事故发生后，通常先到达的是勤务中队或者路政人员，他们先布置锥筒等警戒设施，在气候恶劣或者光照不理想的情况下，锥筒容易被忽视，被过往车辆碰撞偏离了它应在的位置，导致现场警戒出现漏洞，是二次事故发生的隐患。为了有效诱导驾驶人安全顺利通过警戒区域，研制一种智能交通事故现场防护设备显得尤为迫切。
智能交通事故现场防护设备需要能对来向车辆进行导向，当设备位置发生位移时能判断是不是因为车辆碰撞影响，当车辆对设备碰撞时，能快速发出信号。因此，通过磁传感器检测车辆、加速度传感器检测设备的位移，再经由单片机对传感器信号进行分析处理。

1 MMA7260加速度传感器
MMA7260是飞思卡尔公司采用MEMS工艺设计生产的低价格、低功耗、单芯片集成三轴加速度传感器，它采用2．2～3．6 V单电源供电，工作电流小于500μA。该传感器融合了信号调理、单极低通滤波器和温度补偿技术，提供4种加速度测量量程，分别为：±6g，±4g，±2g和±1．5g，±1．5g量程分辨率为800 mV／g，以模拟电压信号形式输出，体积仅为6 mm×6 mm×1．45 mm QFN封装。
MMA7260主要特性如下：具有x，y，z三轴向感应功能；可选的加速度范围；低电流消耗：500μA，休眠模式3μA；快速启动时间1 ms。
MMA7260结构框图如图1所示。

车辆对设备有碰撞时，设备必将发生位移，此时，设备x轴、y轴、z轴必将有一轴的加速度发生急剧变化，通过检测变化来判断设备是否发生了快速的位移，进一步判断设备是否被车辆碰撞。

2 MicroMag2磁传感模块
MicroMag2是美国PNI公司设计的一个双轴磁传感器模块，通过集成PNI公司在磁感检测方面的专利技术和测量电路技术，获得了良好的技术性能，同时，在温度漂移和噪声抑制上也有良好的效果。MicroMag2拥有SPI接口，通过这个接口，给开发提供了极大的便利。主要的优点有使用3 V的操作电压，低功耗，表面封装技术，主要特征如下：
低功耗：DC 3 V时电流小于500μA；小尺寸：14 mm×11 mm×2．8 mm；测量范围：正负11 Guass；灵敏度：0．000 15 Guass；采样率：2 000次／s；使用小板便于开发。MicroMag2引脚如图2所示。

地球磁场在一个较大的区域内(大约几千米)是保持恒定的，大约为0．5×10-4～0．6×10-4T。而车辆，可以当作一个双极性磁铁组成的模型。当环境中没有车辆存在时，磁传感器将检测地磁场作为背景磁场，当有车辆接近时，地磁场的磁力线会发生偏转，磁传感器通过检测这种差异来判断车辆是否经过。

3 C8051F020模块
C8051F020原理框图如图3所示。C8051F020是一款集成了高度精密的模拟数据转换器和一个高吞吐量CIP-51微控制器内核单片复合信号系统的微控制器，具有64个数字I／O引脚。C8051F020含8路12位逐次逼近型ADC，可编程转换速率，在100 KSPS的最大采样速率时刻提供12位精度，并且可以选用外部引脚VREF的输出电压为电压基准0。可通过多通道选择器配置为单端输入或差分输入，并且内部可编程增益放大器PGA用于将输入的信号放大，提高A／D的转换精度。可编程增益为：0．5，1，2，4，8或16。2个全双工UART、256 B内部RAM、128 B特殊功能寄存器(SFR)地址空间。51内核采用流水线结构，与标准的8051结构相比，指令执行速度有很大的提高。70％指令的执行时间为1或2个系统时钟周期，只有4条指令的执行时间大于4个系统时钟周期。CIP-51工作在最大系统时钟频率25 MHz时，峰值速度达到25 MIPS。每个I／O引脚都可以被配置为推挽或漏极开路输出，这为低功耗应用提供了进一步节电的能力。

8路12位A／D转换中，每路12位的转换精度都是其自身的±1LSB(最低位)。12位逐次逼近寄存器型(SAR)ADC只有1个，通过配置模拟多路开关AMUX与各输入端之间进行通道切换。ADC0端口