基于單片機(jī)的機(jī)動(dòng)車(chē)牌信息采集器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究

摘 要：文章設(shè)計(jì)一種基于單片機(jī)的便攜式的車(chē)牌信息采集器。該車(chē)牌信息采集器基于AT89C52單片機(jī)，將車(chē)牌號(hào)和時(shí)間通過(guò)USB通訊技術(shù)，直接以TXT格式保存到外插U盤(pán)或SD卡中，便于數(shù)據(jù)的傳輸和進(jìn)一步處理，最后將設(shè)計(jì)的機(jī)動(dòng)車(chē)牌信息采集器運(yùn)用于實(shí)際的交通調(diào)查中，檢驗(yàn)了設(shè)備的可靠性和實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：交通調(diào)查；車(chē)牌；單片機(jī)；信息采集器

交通流調(diào)查是一種用客觀的手段，測(cè)定道路交通流以及與其有關(guān)現(xiàn)象的片段，并進(jìn)行分析，從而了解掌握交通流的規(guī)律。交通流調(diào)查是交通學(xué)科中的一個(gè)重要組成部分，交通工程的發(fā)展在一定程度上依據(jù)交通調(diào)查工作的開(kāi)展和數(shù)據(jù)資料的積累與利用。在各類(lèi)交通流調(diào)查中，均會(huì)涉及對(duì)于在行機(jī)動(dòng)車(chē)牌照的記錄和數(shù)據(jù)分析，如車(chē)速、延誤、密度、流量等，只要掌握了運(yùn)行車(chē)牌信息，即可對(duì)于交叉口、線路乃至區(qū)域的交通狀況進(jìn)行描述和分析。

現(xiàn)有車(chē)牌記錄采集分為人工紙質(zhì)采集和自動(dòng)采集兩種，人工紙質(zhì)采集勞動(dòng)強(qiáng)度大、錯(cuò)誤率高；自動(dòng)采集需要預(yù)埋線圈或者進(jìn)行牌照視頻識(shí)別，造價(jià)昂貴且適應(yīng)性差，因此行業(yè)內(nèi)急需一種便攜簡(jiǎn)易、機(jī)動(dòng)靈活且采集效率高的牌照信息采集方法以滿足多種交通調(diào)查需求，以期降低交通調(diào)查的成本、提高交通調(diào)查數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

文章擬開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)一種運(yùn)用車(chē)牌照法對(duì)城市道路機(jī)動(dòng)車(chē)牌信息進(jìn)行采集的裝置，通過(guò)軟硬件設(shè)計(jì)及交互，使其能夠快速便攜的采集通過(guò)道路斷面的機(jī)動(dòng)車(chē)牌信息，并將車(chē)牌信息與通過(guò)斷面時(shí)間進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)采集信息調(diào)查和處理的方案和并且進(jìn)行案例實(shí)證。

一、整體技術(shù)方案設(shè)計(jì)

在進(jìn)行充分調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，文章擬設(shè)計(jì)一種基于單片機(jī)的機(jī)動(dòng)車(chē)牌信息采集器，完成該采集器的軟硬件的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)充分考慮用戶操作的便捷性的前提下，能夠利用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。

（1）應(yīng)用外掛時(shí)鐘及交互實(shí)現(xiàn)時(shí)間信息自動(dòng)記錄。

（2）應(yīng)用LED液晶操作界面，實(shí)現(xiàn)友好的人機(jī)對(duì)話。

（3）應(yīng)用USB傳輸技術(shù)完成車(chē)牌及時(shí)間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和導(dǎo)出。

（4）運(yùn)用Proteus軟件進(jìn)行硬件模塊電路的設(shè)計(jì)和仿真調(diào)試功能。

（5）運(yùn)用C語(yǔ)言進(jìn)行內(nèi)嵌程序編寫(xiě)，便于移植與升級(jí)。

二、采集器硬件設(shè)計(jì)

（一）硬件設(shè)計(jì)需求分析

本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)為硬件基礎(chǔ)設(shè)計(jì)機(jī)動(dòng)車(chē)牌信息采集器，通過(guò)4×4數(shù)字鍵盤(pán)來(lái)對(duì)車(chē)牌號(hào)的后四位進(jìn)行輸入，采用LED液晶顯示屏顯示；采用外掛時(shí)鐘對(duì)于車(chē)牌號(hào)輸入的時(shí)間（即對(duì)應(yīng)唯一性的車(chē)輛的通過(guò)時(shí)間）進(jìn)行標(biāo)定；設(shè)置U盤(pán)插口對(duì)于輸入的車(chē)牌號(hào)和時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)生成TXT文件且存儲(chǔ)。采集器硬件設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮其便攜性和低成本要求。

（二）技術(shù)方案設(shè)計(jì)

采集器技術(shù)方案如圖1所示，其中主要包括如下硬件及技術(shù)指標(biāo)。

（1）主界面顯示器采用LED12864液晶顯示屏，多行顯示，可支持漢字的液晶屏，通過(guò)內(nèi)存的修改來(lái)顯示文字。

（2）4×4鍵盤(pán)完成車(chē)牌號(hào)后四位的錄入：4×4電路構(gòu)成16個(gè)輸入點(diǎn)的鍵盤(pán)，通過(guò)逐層掃描來(lái)完成按下數(shù)字的記錄。

（3）自動(dòng)將車(chē)牌號(hào)輸入到U盤(pán)：應(yīng)用CH376S芯片完成USB2.0接口協(xié)議對(duì)U盤(pán)的扇區(qū)進(jìn)行讀寫(xiě)，如在逐層扇區(qū)掃描后沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，TXT文本文件，則建立新的文本文件，來(lái)進(jìn)行車(chē)牌號(hào)的寫(xiě)入。

（4）U盤(pán)可以完成車(chē)牌號(hào)的長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)：半導(dǎo)體的技術(shù)，完成數(shù)據(jù)的長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)。

（5）外掛時(shí)鐘DS1302記錄時(shí)間：通過(guò)12M的晶振，來(lái)記錄輸入的時(shí)間。

（三）功能模塊設(shè)計(jì)

采集器主要采用了AT89C52單片機(jī)、LED12864顯示屏、CH376S傳輸儲(chǔ)存芯片、DS1302時(shí)鐘芯片四個(gè)功能模塊，采集器模塊功能如圖2所示。

三、軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試

軟件部分采用C語(yǔ)言編寫(xiě)，便于移植與升級(jí)，最終可在PC上完成對(duì)于采集數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析，形成交通流特征參數(shù)，對(duì)調(diào)查對(duì)象的交通流特征進(jìn)行描述和評(píng)價(jià)。在軟件編程中采用C語(yǔ)言編程，便于移植與升級(jí)。運(yùn)用Keil_uvsion編程軟件進(jìn)行，并通過(guò)串口寫(xiě)入AT89C52單片機(jī)中。程序編寫(xiě)應(yīng)當(dāng)注意如下要點(diǎn)。

（1）采集記錄實(shí)時(shí)車(chē)輛牌號(hào)后四位作為某唯一性車(chē)輛的身份信息；

（2）采集記錄車(chē)輛通過(guò)的時(shí)間點(diǎn)（精確到秒）；

鑒于篇幅問(wèn)題，程序代碼部分不再贅述。

四、采集器的應(yīng)用實(shí)踐

（一）調(diào)查方案設(shè)計(jì)

在調(diào)查路段的起終點(diǎn)設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，每人手持一臺(tái)“機(jī)動(dòng)車(chē)牌號(hào)信息采集器”（后稱(chēng)采集器）。觀測(cè)人員首先應(yīng)做好準(zhǔn)備工作，包括檢查U盤(pán)是否插好、LED顯示屏是否正常、數(shù)字鍵盤(pán)是否正常、兩臺(tái)采集器的預(yù)設(shè)時(shí)間是否一致等。

完成上述工作后，即可記錄通過(guò)觀測(cè)點(diǎn)的車(chē)輛類(lèi)型、牌照號(hào)碼（后四位數(shù)字）、各輛車(chē)的到達(dá)時(shí)間。測(cè)完后，取下U盤(pán)，在電腦上將兩個(gè)U盤(pán)內(nèi)的TXT文件拷貝即可進(jìn)行后續(xù)處理分析。

關(guān)于調(diào)查人員及工具的配備：起終點(diǎn)斷面各配2名觀測(cè)員，1名觀測(cè)車(chē)型、牌照號(hào)碼及經(jīng)過(guò)本斷面的時(shí)間，另1名記錄。觀測(cè)時(shí)只需配備“便攜式機(jī)動(dòng)車(chē)牌號(hào)信息采集器”即可。起終點(diǎn)的各控制點(diǎn)斷面配1名觀測(cè)員，抽樣記錄到達(dá)控制點(diǎn)斷面的車(chē)輛牌照號(hào)碼和各輛車(chē)的到達(dá)時(shí)間（時(shí)/分/秒）。觀測(cè)人員要保證“采集器”的使用達(dá)到同步，期望獲得較多的有效數(shù)據(jù)，以保證調(diào)查精度。

在正式測(cè)速前，用1/2000或比例更大的地形圖，確定觀測(cè)路段的起點(diǎn)和終點(diǎn)，一般將交叉口進(jìn)口引道停車(chē)線作為出口控制點(diǎn)斷面，交叉口進(jìn)口控制點(diǎn)斷面應(yīng)參照進(jìn)口引道最大排隊(duì)長(zhǎng)度來(lái)確定。

（二）應(yīng)用實(shí)證

為使觀測(cè)數(shù)據(jù)盡可能地接近路段行程車(chē)速，且能夠分析護(hù)欄位置與車(chē)速分布的關(guān)系，選取銀川市道路進(jìn)行車(chē)速調(diào)查，觀測(cè)路段的基礎(chǔ)信息如表1所示。選取地點(diǎn)符合如下條件：路面和交通設(shè)施條件相似；各路段車(chē)種比例構(gòu)成相似；機(jī)動(dòng)車(chē)行駛受非機(jī)動(dòng)車(chē)和行人的干擾較??；觀測(cè)路段無(wú)進(jìn)出交通，不受交叉口排隊(duì)影響，周邊沒(méi)有交通異常事件發(fā)生。

為了解道路交通現(xiàn)狀或制定道路交通改善方案而進(jìn)行行程車(chē)速觀測(cè)，應(yīng)選擇交通量比較集中的白天12h觀測(cè)，可選上午7時(shí)至下午7時(shí)。當(dāng)車(chē)輛以車(chē)隊(duì)形式行駛的時(shí)候，其車(chē)速受到車(chē)隊(duì)首車(chē)運(yùn)行速度的影響。因此，為測(cè)得調(diào)查路段自由流車(chē)速，應(yīng)選擇非高峰、非擁擠時(shí)段調(diào)查，而且選擇晴好天氣進(jìn)行。本次調(diào)查選擇時(shí)間為上午9：00～11：00。

本例中運(yùn)用采集器定義的初始時(shí)間為10點(diǎn)，依次記錄機(jī)動(dòng)車(chē)車(chē)牌后四位，記錄完一組數(shù)據(jù)后，關(guān)閉電源，將U盤(pán)插入電腦得到的TXT格式的部分原始數(shù)據(jù)如圖3。

通過(guò)統(tǒng)計(jì)前后對(duì)應(yīng)兩個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)比對(duì)，利用簡(jiǎn)單的EXCEL表格進(jìn)行運(yùn)算，即可完成如下工作。

（1）某個(gè)道路斷面或者某兩道路斷面間的車(chē)輛身份信息與通過(guò)時(shí)間點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可獲取車(chē)輛的行程時(shí)間；

（2）若設(shè)定兩道路斷面間的距離，即可獲得行程車(chē)速、行車(chē)延誤等交通流參數(shù)和指標(biāo)。

以上采集和處理分析后的數(shù)據(jù)可以為本地的城市道路路段自由車(chē)速調(diào)查、交叉口出口車(chē)道寬度和路段車(chē)道寬度的設(shè)置提供依據(jù)，并為城市交通管理措施的制訂提供理論支持。

五、結(jié)語(yǔ)

文章設(shè)計(jì)了一種運(yùn)用車(chē)牌照法對(duì)城市道路機(jī)動(dòng)車(chē)牌信息進(jìn)行采集工作的裝置，該采集器可以完成對(duì)道路斷面通過(guò)機(jī)動(dòng)車(chē)輛的通過(guò)時(shí)間與車(chē)牌信息的對(duì)應(yīng)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了采集信息調(diào)查和處理的方案和并且進(jìn)行了案例實(shí)證。上述研究結(jié)果可以為城市道路機(jī)動(dòng)車(chē)流指標(biāo)和參數(shù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)和分析提供調(diào)查工具和方法體系，為道路建設(shè)、規(guī)劃、管理、運(yùn)行評(píng)價(jià)提供實(shí)踐支持，也可為交通工程學(xué)研究和交通管理措施的制定提供理論依據(jù)。

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作者簡(jiǎn)介：唐博（1982.01- ），碩士，寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，講師，研究方向：交通運(yùn)輸與汽車(chē)工程。