摘 要：本文介紹了一種結(jié)合了無(wú)線數(shù)傳、單片機(jī)控制以及手持?jǐn)?shù)據(jù)終端應(yīng)用等多項(xiàng)技術(shù)的非接觸式車(chē)輛信息管理系統(tǒng)。并對(duì)該系統(tǒng)的應(yīng)用背景，硬件電路構(gòu)成以及相關(guān)軟件的設(shè)計(jì)思想進(jìn)行了詳細(xì)分析。
關(guān)鍵詞：自動(dòng)車(chē)輛識(shí)別技術(shù); 無(wú)線數(shù)傳; 單片機(jī); 手持?jǐn)?shù)據(jù)終端; 無(wú)線通信協(xié)議

引言
近幾年,隨著無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸以及微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展, 自動(dòng)車(chē)輛識(shí)別技術(shù)(簡(jiǎn)稱(chēng)AVI)得到飛速發(fā)展。本文所介紹的“非接觸式無(wú)線車(chē)輛信息管理系統(tǒng)”實(shí)現(xiàn)了執(zhí)法者與待檢車(chē)輛之間的“零接觸”，提高了執(zhí)法安全性和效率。系統(tǒng)借鑒了了已有的各種AVI系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，尤其在系統(tǒng)總造價(jià)、操作便利性等方面具有其自身的特點(diǎn)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)在途車(chē)輛信息的“零接觸、不停車(chē)”檢查，有效提高車(chē)輛稽查速度與準(zhǔn)確度等具有重要的意義。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介
本系統(tǒng)主要由前端與后端兩部分組成。其中前端系統(tǒng)由主站(手持?jǐn)?shù)據(jù)采集終端)與從站(車(chē)載臺(tái))組成，結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。完成對(duì)車(chē)輛數(shù)據(jù)的不停車(chē)采集，并將所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的整理、暫存，然后性傳輸?shù)胶蠖俗鲞M(jìn)一步處理。后端系統(tǒng)主要完成數(shù)據(jù)建庫(kù)與管理機(jī)能，對(duì)由前端系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、建檔，并建立起相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)，以備使用。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)難點(diǎn)解析
首先，為了完成“零接觸”的數(shù)據(jù)采集方式，前端采用了無(wú)線鏈路作為數(shù)據(jù)傳輸通道，但這會(huì)帶來(lái)電磁干擾的問(wèn)題。本設(shè)計(jì)通過(guò)采用具有優(yōu)良抗誤碼性能的RF傳輸模塊作為無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)，為數(shù)據(jù)信息的無(wú)誤傳輸提供了堅(jiān)實(shí)的硬件基礎(chǔ)。同時(shí)通過(guò)編寫(xiě)基于“通信時(shí)長(zhǎng)嚴(yán)格受限的半雙工無(wú)線通信協(xié)議算法”的通信進(jìn)程控制軟件，并精心設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)流在無(wú)線信道中傳輸?shù)膸袷?，從而從軟件方面也減少了干擾。此外，本設(shè)計(jì)還在碼流中運(yùn)用了多種冗余糾錯(cuò)措施，在接收端對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行糾錯(cuò)運(yùn)算，使得系統(tǒng)抗干擾性能達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的要求。
其次，在測(cè)試信號(hào)有效覆蓋范圍內(nèi)，很可能出現(xiàn)多臺(tái)車(chē)輛爭(zhēng)搶信道造成同頻干擾的現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)，將導(dǎo)致系統(tǒng)完全無(wú)法工作。目前，常見(jiàn)的同頻干擾消除技術(shù)有：直接序列擴(kuò)頻、跳變頻率、跳變時(shí)間、寬帶線性調(diào)頻等，且均有成品電路可供使用。但是，如果采用專(zhuān)用集成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)消除同頻干擾，將使系統(tǒng)成本劇增。本設(shè)計(jì)運(yùn)用單片機(jī)靈活的位控能力，通過(guò)編寫(xiě)基于跳頻技術(shù)的通信協(xié)議，并配合多工作頻點(diǎn)RF模塊的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)區(qū)域內(nèi)同時(shí)出現(xiàn)的多臺(tái)車(chē)輛的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。
再次，考慮到系統(tǒng)主要在戶(hù)外環(huán)境下使用，在實(shí)際的設(shè)計(jì)當(dāng)中，通過(guò)選用適當(dāng)?shù)淖酉到y(tǒng)，并通過(guò)對(duì)系統(tǒng)功能的優(yōu)化，將主站端的無(wú)線收發(fā)、單片機(jī)控制、信碼編碼與檢錯(cuò)、糾錯(cuò)等幾大功能集成到了一臺(tái)掌上終端中，使得系統(tǒng)具有良好的便攜性和操控性。
，整個(gè)系統(tǒng)借鑒了無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)中的主、從站數(shù)據(jù)傳輸模式，以主站(手持?jǐn)?shù)據(jù)采集終端)為中心、隨機(jī)加入的從站(車(chē)載臺(tái))圍繞其形成星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。為了能夠高速、低差錯(cuò)的實(shí)現(xiàn)車(chē)輛數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸，前端系統(tǒng)的無(wú)線收發(fā)模塊具備較高的通信速率以及較大的通信傳輸距離，允許車(chē)輛以高速(≤60km/h)通過(guò)數(shù)據(jù)采集區(qū)域。如圖2所示：設(shè)有效通信范圍半徑為r，車(chē)輛從進(jìn)入到駛出有效通信范圍的距離d，Θ為有效通信范圍的車(chē)輛進(jìn)入點(diǎn)與移出點(diǎn)對(duì)應(yīng)半徑的夾角，每輛車(chē)待傳數(shù)據(jù)量為B字節(jié)，系統(tǒng)無(wú)線傳輸速率為b字節(jié)/秒，車(chē)輛保持勻速v通過(guò)，則上述各變量之間存在約束關(guān)系：
v×B/b=d=2×r×sin(Θ/2)
此外，系統(tǒng)手持部分采用3V工作電壓，且具有較小的功耗，可以采用電池組電源連續(xù)工作6小時(shí)以上的時(shí)間，提高了系統(tǒng)野外使用的便利性。

系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)方案
為了提高系統(tǒng)應(yīng)用的靈活性，使其在具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)流檢、糾錯(cuò)計(jì)算能力的同時(shí)，具有較低的系統(tǒng)成本，本系統(tǒng)采用了單片微處理器W78LE52作為運(yùn)算與控制。該單片機(jī)完全兼容MCS-51指令系統(tǒng)。除了通用的MCS-51片上資源以外，還內(nèi)置看門(mén)狗、以及8KB基于閃存技術(shù)的片上程序存儲(chǔ)空間。此外，還具有2.4~6V的寬工作電壓范圍，十分適于本系統(tǒng)的低壓、低耗的應(yīng)用要求。
在主站端，本系統(tǒng)采用了手持?jǐn)?shù)據(jù)終端(又稱(chēng)為“抄表微機(jī)”)作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集處理中心，以增強(qiáng)系統(tǒng)便攜性，適應(yīng)數(shù)據(jù)采集地點(diǎn)頻繁變更的需求。
手持?jǐn)?shù)據(jù)終端通過(guò)串口控制由單片機(jī)與RF模塊構(gòu)成的無(wú)線通信模塊，完成對(duì)車(chē)載臺(tái)數(shù)據(jù)的采集，采集到的數(shù)據(jù)將被暫存到“抄表微機(jī)”的內(nèi)存當(dāng)中。同時(shí)，以數(shù)據(jù)表格項(xiàng)的形式在終端屏幕上實(shí)時(shí)顯示出來(lái)，以便檢查人員查看。當(dāng)單臺(tái)車(chē)輛數(shù)據(jù)不超過(guò)1K字節(jié)時(shí)，“抄表微機(jī)”內(nèi)置的8M Flash存儲(chǔ)空間可以存儲(chǔ)超過(guò)7000輛車(chē)輛的數(shù)據(jù)，完全可以滿(mǎn)足一個(gè)工作日數(shù)據(jù)采集工作量的存儲(chǔ)要求。當(dāng)天的數(shù)據(jù)采集工作結(jié)束后，操作員可以將儲(chǔ)存于 “抄表微機(jī)”中的數(shù)據(jù)性上傳到后端數(shù)據(jù)機(jī)中，同時(shí)清空 “抄表微機(jī)”內(nèi)存空間，以備次日使用。

系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的控制軟件包括前端與后端兩大部分。
后端軟件被安裝于后臺(tái)主控計(jì)算機(jī)內(nèi)，它提供對(duì)車(chē)輛信息的數(shù)據(jù)共享功能，可以將各地區(qū)的車(chē)輛檢查數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總處理，以實(shí)現(xiàn)全市、全省甚至更大范圍內(nèi)的車(chē)輛信息資源共享。
前端軟件內(nèi)嵌于前端硬件電路中，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)采集電路動(dòng)作的控制，并對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理。它由內(nèi)置于單片機(jī)的通信控制模塊以及位于“抄表微機(jī)”內(nèi)的信息處理模塊組成，可實(shí)現(xiàn)無(wú)線信道占用協(xié)議、數(shù)據(jù)傳輸前后的打包與解包運(yùn)算、數(shù)據(jù)糾錯(cuò)處理等功能(即信源、信道編解碼)。針對(duì)無(wú)線信道受環(huán)境影響巨大，系統(tǒng)內(nèi)易產(chǎn)生同頻干擾的特點(diǎn)，本系統(tǒng)參照無(wú)線局域網(wǎng)CSMA/CA(載波監(jiān)聽(tīng)多點(diǎn)接入/沖突避免)技術(shù)的機(jī)理，設(shè)計(jì)了專(zhuān)用的無(wú)線通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的高效、可靠工作。
主、從端的程序流程圖分別如圖3、4所示。
為了使得系統(tǒng)具有更強(qiáng)的抗干擾能力，除了上面已經(jīng)提到的各種糾、檢錯(cuò)編碼措施以外，本系統(tǒng)還針對(duì)車(chē)輛行進(jìn)間，火花塞等部件工作時(shí)產(chǎn)生的電磁脈沖干擾容易造成突發(fā)性誤碼的現(xiàn)象，對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀進(jìn)行了交織編碼、冗余容錯(cuò)等處理，使得系統(tǒng)的抗誤碼性能得到進(jìn)一步改善，完全可以滿(mǎn)足較為惡劣的外部工作環(huán)境。
結(jié)語(yǔ)
非接觸式車(chē)輛信息管理系統(tǒng)線結(jié)合了無(wú)線數(shù)傳、單片機(jī)控制以及手持?jǐn)?shù)據(jù)采集終端應(yīng)用等多項(xiàng)技術(shù)，具有便攜、高效、高可靠、低能耗等特點(diǎn)。與國(guó)外同類(lèi)型產(chǎn)品相比較，在系統(tǒng)造價(jià)等方面具有很大的優(yōu)勢(shì)?！?/P>

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5  W78LE52 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/W78LE52_705457.html.
6  MCS-51 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/MCS-51_477840.html.