高速公路測速管理系統(tǒng)設計研究
論文導讀：高速公路交管部門為了取證糾違，目前多采用固定式或流動式雷達測速系統(tǒng)對違章車輛進行測速、取證。對于固定式測速點則利用GPS定位實現提前報警，從而使違章車輛逃避交通管制，導致大量現有高速公路測速系統(tǒng)對裝備此類設備的車輛束手無策。針對電子狗的工作原理，本文設計了以對射式調制紅外光幕為核心的新型測速系統(tǒng)，針對測速現場的隱蔽性與安全性要求，系統(tǒng)設計了2.4G短距離無線通信模塊配合上位機管理軟件實現測速數據及控制命令的無線傳輸，使得高速公路執(zhí)法人員能夠在架設好測速裝置后能夠快速脫離現場測速點，并通過計算機實現遠程測速以及管理。測速模塊通過內部定時器測量兩次信號的時間間隔，并根據時間間隔和測速區(qū)寬度L（由兩對傳感器之間的安設距離決定）計算車速，并根據預設值決定是否進行拍照，同時，通過無線收發(fā)模塊將數據傳送至遠程接收模塊，由遠程接收模塊通過RS-232串口將數據傳送給管理計算機。
關鍵詞：紅外光幕，測速，高速公路，無線
引 言
高速公路交管部門為了取證糾違，目前多采用固定式或流動式雷達測速系統(tǒng)對違章車輛進行測速、取證。但部分車輛為逃避交通管制，裝備了帶有“電子狗”等反雷達測速裝置的GPS導航設備。此類車載裝置隱蔽性強、不易查處；能夠在接近雷達測速區(qū)時提前捕捉到雷達信號而報警；對于固定式測速點則利用GPS定位實現提前報警，從而使違章車輛逃避交通管制，導致大量現有高速公路測速系統(tǒng)對裝備此類設備的車輛束手無策。
針對電子狗的工作原理，本文設計了以對射式調制紅外光幕為核心的新型測速系統(tǒng)，針對測速現場的隱蔽性與安全性要求，系統(tǒng)設計了2.4G短距離無線通信模塊配合上位機管理軟件實現測速數據及控制命令的無線傳輸，使得高速公路執(zhí)法人員能夠在架設好測速裝置后能夠快速脫離現場測速點，并通過計算機實現遠程測速以及管理。
1系統(tǒng)工作原理
兩對光幕架設在高速公路兩側構成測速區(qū)。當有車輛通過測速區(qū)時，前后兩對光幕先后被遮擋并發(fā)送信號給測速模塊進行處理。測速模塊通過內部定時器測量兩次信號的時間間隔，并根據時間間隔和測速區(qū)寬度L（由兩對傳感器之間的安設距離決定）計算車速，并根據預設值決定是否進行拍照，同時，通過無線收發(fā)模塊將數據傳送至遠程接收模塊，由遠程接收模塊通過RS-232串口將數據傳送給管理計算機。如圖1所示。
圖1 硬件系統(tǒng)工作原理圖
2測速系統(tǒng)硬件設計
系統(tǒng)硬件設計主要包括現場測速模塊、無線收發(fā)模塊、遠程接收模塊。測速模塊的中央處理單元選用宏晶科技的STC89C52RC，兩個傳感器的信號輸入端分別接在STC89C52RC的第1號引腳T2（P1.0）和第15號引腳T1（P3.5），利用定時器T1和T2作為擴展外部中斷源接收來自兩組光幕的外部中斷信號。P1口通過2.54mm雙列直插插座和無線模塊NRF24L01相連，通過模擬SPI時序實現對NRF24L01的控制與通訊。如圖2所示。
圖2 測速模塊電路原理圖
3 測速系統(tǒng)軟件設計
軟件設計主要包括下位機的測速程序設計、測速模塊主程序設計、遠程無線接收模塊主程序設計以及上位機軟件設計幾部分。上位機軟件采用VB程序編寫；下位機程序則由C語言實現。
3.1 測速程序模塊設計
當車輛通過測速區(qū)的第一道光幕時，STC89C52RC的T1腳（P3.5）作為擴展外部中斷源檢測到低電平信號，產生中斷，程序跳轉至T1中斷服務子程序。T1中斷服務子程序首先打開定時器T0開始計時，然后打開定時器T2的外部中斷使能，等待車輛通過測速區(qū)的第二道光幕時捕獲傳感器被遮擋而輸出的低電平信號，觸發(fā)T2外部中斷。定時器T0在計數過程中，每溢出一次，則自動進入定時器T0中斷服務子程序，累加溢出次數。當車輛通過測速區(qū)的第二個傳感器觸發(fā)T2外部中斷進入T2中斷服務子程序時，停止定時器T0的計數，通過定時器T0的計數值以及溢出次數，配合晶振頻率計算出車輛通過測速區(qū)的時間，并由時間和測速區(qū)兩傳感器的距離，得到車速值。論文參考。測速模塊主程序流程圖如圖3所示。
圖3測速程序流程圖
3.2 遠程無線接收模塊程序設計
無線接收模塊上電后，首先進行串口初始化和無線收發(fā)模塊NRF24L01初始化配置，然后調用nRF24L01數據接收函數nRF24L01_RxPacket( )接收數據。如果接收到新的數據，則打開串口發(fā)送程序和計算機建立串口通信并傳輸數據；否則跳過串口發(fā)送執(zhí)行顯示和鍵盤掃描子程序。程序流程圖如圖4所示。
圖4 遠程無線接收程序流程圖
3.3上位機管理系統(tǒng)軟件設計
高速公路車速管理系統(tǒng)運行在使用RS-232線纜與遠程無線接收模塊相連接的計算機上，通過串口接收遠程的車速信息。管理系統(tǒng)使用VB開發(fā)，人機界面包含主界面框架、參數設置、實時監(jiān)測、歷史記錄查詢等幾個窗體，實現車速的實時顯示、報警、記錄等功能。論文參考。
3.3.1主界面框架
主界面框架主要包含下拉菜單、一系列選擇按鈕以及不可見的MSComm控件。界面如圖5所示：
圖5主界面框架
其中MSComm控件用來實現計算機的串口通信控制。論文參考。進行串行通信程序的設計有兩種方式，一是直接調用Windows API，另一種方式是使用通信組件。在操作系統(tǒng)方面，Windows使用通信驅動程序Comm.drv,以便于應用程序能夠使用標準的Windows API函數來傳遞和接收數據。串行外圍設備的制造商則提供硬件驅動程序，以便讓其硬件能與Windows連接。使用MSComm控件進行串行通信，實際上就是通過通信組件MSComm間接的調用Windows API函數，API函數將被Comm.drv解釋并傳送給外圍設備驅動程序。因此，使用MSComm所提供的屬性和事件，可以方便的驅動API函數的接口完成工作。
3.3.2 系統(tǒng)參數設置
通過打開軟件后，首先需要進行系統(tǒng)參數設定。系統(tǒng)參數設定界面使用兩個COMBOL控件，分別實現串口號的選擇和波特率的選擇；使用兩個文本框加UPDOWN控件，實現車速報警設定；以及一個用來輸入操作員代號的文本框和一個開始通信的按鈕。
串口號用來選擇所連接主機的串口，默認值設為COM1；波特率默認值設定為和無線接收模塊相匹配的4800；最高速度設定和最低速度設定可通過鍵盤輸入目標數值，也可鼠標點擊文本框右側的上下箭頭對數值進行調整；操作員名稱可使用漢語名稱或操作員代號。各項參數設定完畢，點擊開始通信按鈕，以操作員代號和時間的組合為文件名，創(chuàng)建并打開記錄文件（記錄文件格式自左向右設置四列，分別為日期、時間、車速以及報警情況）；建立計算機與無線接收模塊的串口異步通信。如果點擊右上角的“X”關閉按鈕，關閉此界面，不改變原始參數設定，不創(chuàng)建記錄文件，不進行通信連接。
3.3.3實時車速監(jiān)測與報警顯示
實時車速監(jiān)測界面主要由實時車速顯示和報警指示兩部分組成，實時車速顯示由遠程測速模塊發(fā)送的數據驅動即時更新，報警指示根據超高速和超低速報警設定進行判斷，當車速在正常范圍內時，顯示車速正常；當車速高于超速報警設定值時，顯示“超速報警”字樣，并伴隨聲音報警提示；當車速低于超低速報警設定值時，顯示“超低速報警”字樣，同時伴有聲音報警提示。
3.3.4歷史記錄查詢
歷史記錄界面主要由窗體左側的DriverListBox控件、DirListBox控件和FileListBox控件以及窗體右側的大文本框組成。DriverListBox控件用來選定歷史記錄文件所在盤符，默認設置在C盤根目錄下。DirListBox控件用來選定歷史記錄文件所在目錄。FileListBox控件顯示該選定目錄下的所有有效文件。右側的大文本框顯示選定記錄文件的內容。
4 結束語
采用對射式調制式紅外光幕作為測速方案的高速公路測速管理系統(tǒng)，通過2.4G短距離無線通信功能，測速人員能夠遠離測速現場，保障了高速公路測速現場的隱蔽性與安全性。經多家用戶使用表明，該系統(tǒng)在使用過程中具有測速范圍大、精度高、安裝調試簡便、工作性能穩(wěn)定等特點，經濟效益和社會效益顯著。
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