基于E95-DTU的车辆超速监控系统设计①
时间：2023-05-30 14:35:17 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
王士举， 陈育德， 徐建东， 蒋 野
(佳木斯大学信息电子学院,黑龙江 佳木斯 154007)
科技的发展，车辆这种提高效率节省人力的工具应运而生，但是随着人们生活水平的提高，买车变成了不单单是为了提高效率节省人力的工具，更是变成一个人生活好坏的象征。这导致了私家车的恶性增多，严重的造成了交通拥堵问题，甚至还有的人为了寻求刺激而去飙车。在车辆普及性的增多和不按照交通规则行驶的情况下，交通事故的发生概率也随之增大，这所带来的种种不便与危害，违背了当初设计车辆能为我们所带来便捷的初衷。
为了解决以上问题，我们用单片机和LTE无线通信模块设计一个车辆监控系统。车辆监控系统包括车辆的探测、计数和测速等。将车辆监控系统安装在公路上，可以测出每个路段车辆的高峰与低峰时期，以便安排合理的通行方案，还可测出路过车辆的行驶速度，判断是否按照交通规则行驶。
设计的系统中选用PIC16F877芯片和STC89C52芯片两种控制器芯片，应用LTE无线通信模块将这两种芯片联系起来，使得整个系统看起来清晰明了，又不失联系。该系统以红外传感器为车辆探测器，PIC16F877芯片主要负责现场车辆的计数、测速以及信息传输等功能，而中央控制室的STC89C52芯片负责信息的接收，判断车辆是否超速，如果超速控制开启警报装置，并将所接收的信息显示在LCD显示模块上。总的来说，这个系统就是围绕着PIC16F877芯片和STC89C52芯片这两个芯片和所需要的模块展开的设计，其系统组成框图如图1所示。
当有车经过被检测区域，红外探测器发射的红外光线被车辆所阻挡时，先通过红外解调器进行解调、选通、滤波等操作，以及发送到电压比较器进行信息整理，将信号发送到单片机PIC16F877上，PIC16F877内的CCP模块会捕捉到信号变化，测出车辆经过检测区域时的信息，并控制红绿灯来表示车辆经过情况，最后PIC16F877通过由RS485连接的LTE(无线)通信模块，将测得的车辆信息发送到中央控制室。当中央控制器单片机STC89C52通过由RS485所连接的无线接收装置接收到信息时，将接收到的信息显示到LCD液晶显示器上，并与事先设定好的速度值作出比较判断车辆是否超速，如果超速将触发警报装置。
系统硬件设计电路图如图2所示。该设计主要包括车辆探测部分电路图和中央控制部分电路图，工作原理如下。
2.1 车辆探测部分工作原理
以D80NK红外传感器J1,J2作为车辆探测器分别连接在PIC16F877单片机的16和17引脚，这种红外传感器属于NPN型的光电开关，输出状态是0/1，当被遮挡时会向PIC16F877单片机输出低电平0[1]，然后由该单片机的CCP模块通过捕捉到的电平变化产生中断并计算出车辆经过检测区域时的信息。同时该单片机控制21和22引脚连接的红绿色发光二极管，当红外传感器J1被遮挡时亮绿灯代表车辆进入、当红外传感器J2被遮挡时亮红灯代表车辆离开；
11和32引脚接电源为单片机供电；
24,25,26引脚分别连接LTE无线通信模块接口的2和3,4,1引脚，将测得的信息由LTE无线通信模块发送到中央控制室。
2.2 CCP模块测速原理
应用PIC16F877单片机来测量车辆速度需要应用到CCP模块的捕捉模式。捕捉到某一事件发生的时间，也就是车辆经过被检测区域的时间。在单片机中所谓的事件就是电平的变化，即车辆经过被检测的区域遮挡红外探测器会触发低电平，当输入引脚的信号发生跳变时，TMR1定时器的16位计数值就会立刻被CCP模块的捕捉功能记录下来[2]。车辆经过红外探测器J1,J2时，红外探测器J1,J2分别产生电平跳变，这样就能通过红外探测器J1,J2之间的距离Δs跟输入引脚16(RC1)和17(RC2)电平跳变的时间差Δt算出车辆经过被测区域的速度值v。
2.3 中央控制部分工作原理
在中央控制室选择STC89C52单片机作为主控芯片。设计中STC89C52单片机根据LTE无线通信模块接收到的信息，控制LCD显示模块和报警装置。LTE无线通信模块接口1,4,2和3引脚分别送到STC89C52单片机的10,11,12引脚，用来接收由车辆探测端发送来的信息；
STC89C52单片机的9引脚连接复位电路，可以将单片机恢复初始状态；
32-39引脚分别连接LCD显示模块的14-7引脚，1-3引脚分别连接LCD显示模块的4-6引脚，控制LCD模块显示由LTE无线发送装置发来的信息(车辆经过检测区域的个数和经过检测区域时的速度)；
23引脚与报警装置相连，当超过所设置的速度阈值时发出警报。
2.4 LTE无线通信模块
在设计中，用E95-DTU(4G01-485)做LTE无线通信模块，它是一种采用CAT1标准的4G模块。可以应用在一对一、一对多、多对多的各种场景，由于采用云技术，相互之间的透传可以不受距离的限制，利用移动通信网可以轻松实现几千公里的数据传输。我们采用两块E95-DTU分别连接在车辆探测部分和中央控制部分，这样就实现了现场探测和远程的控制与记录。E95-DTU云数传平台提供了RS485接口，RS485的总线的A接口与设备的A接口相连接，B接口与设备的B接口相连接。支持1024字节单包长度设定，可以满足大多数据的传输需求，拥有抗干扰能力强、网络覆盖广等优点。云数传电台工作在LTE-TDD模式：B34/B38/B39/B40/B41频段，支持移动、联通、电信运营商网络，能提供4G网络覆盖下实时、可靠的数据传输。
如果说硬件设计是实验的体现，那么软件设计就是实验的灵魂，它在我们看不见摸不着的地方发挥着重要作用。在对系统主控芯片和各个模块之间的研究后，还要构思一下系统软件设计的整体流程[3]。首先以主控芯片为核心，设定一下各个模块的功能，再一步步仔细操作，让其表面看着没有什么关系，实则通过软件程序将各个模块的接口统一，并连接成一个完整的操作系统，其具体流程图如图3所示。
在车辆监控系统的设计中主要使用了传感器技术、单片机技术、无线通信技术、C语言编程等，实现了车辆的探测、计数、测速和报警等功能。既可以放到道路上监控车辆的行驶速度，保证驾驶安全，还能测出路段上车辆的高峰期，方便合理地安排交通警察前去疏通管理，避免交通拥堵；
还可以安装在学校、小区和私人场所等控制车辆的进出，省去了门卫的工作又保证了安全性。该系统有很大的研发价值，它较传统的感应线圈探测更加的简单、精准和实用。当然也会有一些不足的地方需要改进，比如在系统稳定方面、红外传感器抗干扰方面和远程控制方面都要进一步优化加强。
