單元設(shè)計(jì)：車輛檢測(cè)模塊：方案一：地感線圈環(huán)形線圈車輛檢測(cè)器是傳統(tǒng)的交通檢測(cè)器，其工作原理為在道路上埋設(shè)感應(yīng)線圈，感應(yīng)線圈與車輛檢測(cè)器連接。當(dāng)車輛經(jīng)過線圈時(shí)，由于線圈電感量的變化，車輛的通過狀態(tài)變化將被檢測(cè)到，同時(shí)將狀態(tài)信號(hào)傳輸給車輛檢測(cè)器，由其進(jìn)行采集和計(jì)算。如圖1為地感線圈平面開鑿圖。圖1地感線圈平面開鑿圖優(yōu)點(diǎn)：環(huán)形線圈車輛檢測(cè)器相對(duì)于其他檢測(cè)器具有低成本、高可靠性、高檢測(cè)精度、全天候工作的優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用最廣泛的車輛檢測(cè)器。缺點(diǎn)：1、按照環(huán)形線圈施工要求，檢測(cè)線圈在初次安裝時(shí)要切割路面，植入環(huán)形檢測(cè)線圈。封路施工不可避免會(huì)造成交通阻塞，對(duì)于城市主干道交通產(chǎn)生影響。2、埋植線圈的切縫容易使路面受損，縮短路面及檢測(cè)線圈的使用壽命。實(shí)際使用中尤其對(duì)瀝青路面的損壞更為嚴(yán)重，導(dǎo)致檢測(cè)線圈的損毀率居高不下，使用和維護(hù)成本上升，影響系統(tǒng)的可用性。3、檢測(cè)線圈容易受到路面下沉、裂縫、冰凍等環(huán)境影響，產(chǎn)生誤報(bào)。4、受自身測(cè)量原理限制，當(dāng)車流擁堵、車輛間距較小時(shí)，其測(cè)量精度大幅度下降，不適于城市交叉路口交通流檢測(cè)。5、環(huán)形線圈車輛檢測(cè)器一經(jīng)設(shè)置即固定不變，在道路通行狀況改變時(shí)調(diào)整困難。方案二：微波車輛檢測(cè)器微波車輛檢測(cè)器是以微波對(duì)車輛發(fā)射電磁波產(chǎn)生感應(yīng)原理為基礎(chǔ)。4以RTMS微波為例，其工作方式為：懸掛于路側(cè)，在扇形區(qū)域內(nèi)發(fā)射連續(xù)的低功率調(diào)制微波，并在路面上留下一條長(zhǎng)長(zhǎng)的投影°RTMS以2米為一“層”，將投影分割成32層。用戶可將檢測(cè)區(qū)域定義為一層或者多層。RTMS根據(jù)被檢測(cè)車輛返回的回波，測(cè)算出目標(biāo)車輛的交通信息，并通過RS232定期向控制中心傳送該交通信息。如圖2為信號(hào)檢測(cè)、轉(zhuǎn)換模塊。VOUTVOUT圖2信號(hào)檢測(cè)、轉(zhuǎn)換模塊優(yōu)點(diǎn)：RTMS的測(cè)量方式在車型單一、車流穩(wěn)定、車速分布均勻的高速公路上檢測(cè)準(zhǔn)確度較高，且不受天氣影響。缺點(diǎn)：1、在車流擁堵、車型分布不均勻，尤其是大型車較多的路段，由于遮擋影響，檢測(cè)精度會(huì)急劇下降；2、微波車輛檢測(cè)器不能檢測(cè)停止車輛，因此不適合安裝在交通擁堵的城市道路或路口；3、微波車輛檢測(cè)器要求距離最近車道有一定間距，否則會(huì)有盲區(qū)。方案三：視頻車輛檢測(cè)器視頻檢測(cè)器由圖像采集、圖像預(yù)處理、圖像分析（提取目標(biāo)車輛）三部分組成。主要是通過視頻攝像機(jī)作為前端傳感器，通過在攝像機(jī)采集視頻圖像上設(shè)置檢測(cè)區(qū)域，當(dāng)車輛進(jìn)入虛擬檢測(cè)區(qū)時(shí)使圖像背景灰度值發(fā)生變化，經(jīng)過處理器處理，判斷出車輛的存在，并以此檢測(cè)車輛的流量和速度等交通參數(shù)。優(yōu)點(diǎn)：視頻檢測(cè)器具有采集信息量大，準(zhǔn)確，直觀可靠、安裝調(diào)試維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，可根據(jù)需要靈活設(shè)置檢測(cè)區(qū)域，還可提供現(xiàn)場(chǎng)視頻圖像，便于管理隨著視頻交通檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，檢測(cè)算法的不斷完善，目前成熟的視頻檢測(cè)產(chǎn)品都具有夜間（低照度情況下）檢測(cè)算法、燈光反光影響的抑制算法、樹及車輛陰影抑制算法、惡劣天氣（雨、雪、霧等）檢測(cè)算法及攝像機(jī)晃動(dòng)抑制等先進(jìn)的算法。保證了視頻車輛檢測(cè)器全天候可靠準(zhǔn)確運(yùn)行，成為目前取代環(huán)形線圈檢測(cè)器的一種重要替代產(chǎn)品。缺點(diǎn)：1、視頻檢測(cè)器基于攝像機(jī)采集視頻作為處理內(nèi)容，視頻畫面的質(zhì)量對(duì)檢測(cè)結(jié)果具有較大影響，比較突出的影響因素有：惡劣天氣（雨、雪、霧）、燈光、樹及車輛動(dòng)態(tài)陰影。方案四：紅外檢測(cè)器紅外線屬于一種電磁射線，其特性等同于無線電或X射線。人眼可見的光波是380nm-780nm，發(fā)射波長(zhǎng)為780nm-1mm的長(zhǎng)射線稱為紅外線，這里銷售的紅外線光電開關(guān)優(yōu)先使用的是接近可見光波長(zhǎng)的近紅外線。光電開關(guān)（光電傳感器）是光電接近開關(guān)的簡(jiǎn)稱，它是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測(cè)物體有無的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測(cè)。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè)。安防系統(tǒng)中常見的光電開關(guān)煙霧報(bào)警器，工業(yè)中經(jīng)常用它來記數(shù)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)次數(shù)。對(duì)射型光電開關(guān)：由發(fā)射器和接收器組成，結(jié)構(gòu)上是兩者相互分離的，在光束被中斷的情況下會(huì)產(chǎn)生一個(gè)開關(guān)信號(hào)變化。特征：辨別不透明的反光物體；有效距離大，因?yàn)楣馐缭礁袘?yīng)距離的時(shí)間僅一次；不易受干擾，可以可靠合適的使用在野外或者有灰塵的環(huán)境中；裝置

的消耗高，兩個(gè)單元都必須敷設(shè)電纜。漫反射型光電開關(guān)：是當(dāng)開關(guān)發(fā)射光束時(shí)，目標(biāo)產(chǎn)生漫反射，發(fā)射器和接收器構(gòu)成單個(gè)的標(biāo)準(zhǔn)部件，當(dāng)電開關(guān)有足夠的組合光返回接收器時(shí)，開關(guān)狀態(tài)發(fā)生變化。特征：有效作用距離是由目標(biāo)的反射能力決定，由目標(biāo)表面性質(zhì)和和顏色決定；較小的裝配開支，當(dāng)開關(guān)由單個(gè)元件組成時(shí)，通常是可以達(dá)到粗定位；采用背景抑制功能調(diào)節(jié)測(cè)量距離；對(duì)目標(biāo)上的灰塵敏感和對(duì)目標(biāo)變化了的反射性能敏感。1、 反射式：反射板反射光電開關(guān)（繼電器常開常閉接點(diǎn)輸出）檢測(cè)距離：最大值4米被檢測(cè)物最小直徑：5毫米指向角度：小于5度工作電壓：最大10?30V直流，標(biāo)準(zhǔn)12?24V工作電流：無檢測(cè)物體5毫安，有檢測(cè)物體遮擋12V時(shí)30毫安；24V時(shí)50毫安（有物體遮擋時(shí)內(nèi)部繼電器吸合）輸出方式：繼電器常開轉(zhuǎn)常閉接點(diǎn)觸點(diǎn)容量：3A/250V溫度范圍：一25?70度探測(cè)靈敏度：可以電位器調(diào)節(jié)接法：產(chǎn)品正面有紅色LED指示，沒有遮擋物體時(shí)處于熄滅狀態(tài)，有遮擋物體時(shí)立即點(diǎn)亮，非常直觀，引線長(zhǎng)度為100毫米，其中棕色線是正24V，藍(lán)線是電源地線，灰線是繼電器觸點(diǎn)的公共端，白線是繼電器觸點(diǎn)的常閉，黑線是繼電器觸點(diǎn)的常開觸點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：反射板反射式光電開關(guān)集發(fā)射和接收一體化，使用和安裝非常方便，精心設(shè)計(jì)的光路經(jīng)過透鏡聚焦配合特制的反射板反射，可以達(dá)到4米的檢測(cè)距離，在很多場(chǎng)合可以替代紅外對(duì)射，并且采用繼電器輸出。優(yōu)點(diǎn)：1）、在紅外線反射型傳感器的前方或側(cè)面不應(yīng)有大面積的阻擋物或反射物，以免影響其正常工作。2）、外界的各種顏色因?qū)t外線的反射效率不同，表現(xiàn)出的檢測(cè)距離也不一樣。如我們站在紅外線反射型傳感器的前方，身著淺色（白、灰、黃）和身著深色（黑、藍(lán)、紫）時(shí)會(huì)造成檢測(cè)距離的不同，此屬正?，F(xiàn)象。3）、紅外線反射型傳感器的檢測(cè)距離于工作電壓有關(guān)，電壓越高距離越遠(yuǎn)。2、 對(duì)射式：紅外對(duì)射式的光譜和內(nèi)部原理。如圖1mm78Dnm1mm78Dnm5米對(duì)射型光電開關(guān)（繼電器常開常閉接點(diǎn)輸出）檢測(cè)距離：5米被檢測(cè)物：直徑14.8mm以上的不透明體指向角度：5度發(fā)射端工作電壓：10?30V直流接收端工作電壓：10?30V直流發(fā)射端工作電流：12V時(shí)4毫安24V時(shí)8毫安接收端工作電流：有遮擋內(nèi)部繼電器吸合：12V時(shí)18毫安24V時(shí)32毫安20毫安無遮擋：12V時(shí)1.5毫安24V時(shí)6毫安輸出方式：繼電器常開轉(zhuǎn)常閉接點(diǎn)觸點(diǎn)容量：3A/250V溫度范圍：一25?70度20米紅外對(duì)射型光電開關(guān)（繼電器驅(qū)動(dòng)輸出）這是一種可以適合室外工作的紅外對(duì)射開關(guān)，具備一定的防水和抗環(huán)境光線干擾的性能，檢測(cè)距離為20米，直流12?24V供電，比較安全，輸出是繼電器常開轉(zhuǎn)常閉觸點(diǎn)，靈活方便。性能參數(shù)：外形尺寸：76*49*30mm紅外頻率：1.92KHz紅外波長(zhǎng)：940nm對(duì)射距離：有效距離20米，最大距離30米對(duì)射夾角：小于正負(fù)10度工作溫度：-20°C?70°C發(fā)射電流：12V時(shí)26毫安，24V時(shí)35毫安接收電流：27毫安最大負(fù)載：繼電器可以控制30V以下電流小于1A的負(fù)載安裝步驟：接收器的上有三個(gè)紅色的LED指示燈，LED1是電源指示，接通電源就點(diǎn)亮，LED2和LED3是動(dòng)作指示，沒有遮擋物體時(shí)LED2熄滅，當(dāng)有遮擋物體時(shí)LED2點(diǎn)亮，同時(shí)繼電器切換動(dòng)作，繼電器可以通過輸出模式切換跳線帽來切換常開還是常閉模式，默認(rèn)發(fā)貨是常開模式，繼電器吸合后通過接線柱輸出一個(gè)閉合信號(hào)，可以用于觸發(fā)報(bào)警器等設(shè)備。LED3是信號(hào)強(qiáng)弱指示燈，LED3點(diǎn)亮表示調(diào)試正常。安裝高度應(yīng)該離地面大于20厘米，盡量避免陽光直射的位置，發(fā)射和接收器之間距離最好大于2米，并且要垂直放置，接線柱必須位于下方，防水橡膠密封圈必須安裝否則失去防水性能，發(fā)射和接收必須處于同一水平線正對(duì)安裝，當(dāng)靈敏度不夠時(shí)可以嘗試取下發(fā)射和接收的蘑菇形聚光透鏡改善性能。優(yōu)點(diǎn)：1、 由于在接收電路中加入了AGC控制電路，使得接收靈敏度大大加強(qiáng)。2、 本產(chǎn)品外殼采用工程塑料，并加入特殊配方，使得外殼更堅(jiān)硬，在強(qiáng)烈陽光下曝曬都不退色，抗老化。3、 本產(chǎn)品在電路設(shè)計(jì)中加入抗干擾功能，使得本產(chǎn)品在陽光直射和大雨、大霧環(huán)境下的影響較少.缺點(diǎn)：紅外發(fā)射器的工作電壓為12?24伏直流電壓，電壓超過26伏會(huì)損壞紅外發(fā)射器，推薦工作電壓為12伏直流。當(dāng)發(fā)射器接通工作電壓后，發(fā)射板上的紅色LED就會(huì)點(diǎn)亮。紅外發(fā)射器的發(fā)射距離和它的工作電壓密切相關(guān)，在12伏直流電壓下，對(duì)射距離約為10米左右，在24伏直流工作電壓時(shí)對(duì)射距離為20米。當(dāng)在大雨、大霧等情況下，距離會(huì)減少30%左右。220V交流50米紅外對(duì)射型光電開關(guān)（繼電器常開/常閉觸點(diǎn)輸出）檢測(cè)距離：50米被檢測(cè)物最小直徑：5毫米指向角度：5度工作電壓：220V交流輸出驅(qū)動(dòng)電流：3安溫度范圍：一25?70度優(yōu)點(diǎn)：這是國內(nèi)同規(guī)格中對(duì)射距離最遠(yuǎn)的產(chǎn)品，標(biāo)稱距離為50米，實(shí)際距離可以達(dá)到70米，采用大透鏡優(yōu)化光路設(shè)計(jì)，發(fā)射和接收端直接使用220V交流電供電，輸出為繼電器觸點(diǎn)，一組常開轉(zhuǎn)常閉觸點(diǎn)，帶接線柱，產(chǎn)品上有工作指示燈。長(zhǎng)距離紅外反射檢測(cè)傳感器紅外線反射型傳感器實(shí)際上是一種一體化的紅外線發(fā)射、接收器件，它內(nèi)部包含紅外線發(fā)射、接收及信號(hào)放大與處理電路，能夠以非接觸的形式檢測(cè)出前方一定范圍內(nèi)的人體或物體，并轉(zhuǎn)換成高電平信號(hào)輸出。由于紅外線反射型傳感器內(nèi)部采用了低功耗器件和抗干擾電路，所以工作穩(wěn)定可靠，性能優(yōu)良，可廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)報(bào)警和自動(dòng)控制等裝置中。如：光電計(jì)數(shù)器，接近式照明開關(guān)，自動(dòng)干手器，自控水龍頭，感應(yīng)門鈴，倒車告警電路。紅外線反射型傳感器的外形和引線見上圖，外殼的側(cè)面設(shè)有狀態(tài)指示燈和靈敏度調(diào)節(jié)孔，一只紅色的發(fā)光管用來作為狀態(tài)指示，沒有檢測(cè)到反射物體時(shí)熄滅，有反射物時(shí)點(diǎn)亮發(fā)光。靈敏度調(diào)節(jié)孔用來調(diào)節(jié)反射檢測(cè)距離，順時(shí)針調(diào)距離增大，逆時(shí)針調(diào)距離減小。紅外線反射型傳感器通過一條1.5米的雙芯屏蔽線做為輸出引線，其中紅色線為電源正極，藍(lán)色線為輸出端，黃色接電源負(fù)極。藍(lán)色線靜態(tài)時(shí)為低電平，有反射物時(shí)輸出高電平，最大輸出電流大于3mA。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，如需加長(zhǎng)引出線，可選用相同材質(zhì)的雙芯屏蔽線即可。紅外線反射型傳感器的電參數(shù)：工作電壓5?12V，極限電壓15V，工作電流5?20mA，最大30mA，對(duì)應(yīng)檢測(cè)距離為0?100cm。圖3反射式傳感器的輸出內(nèi)部電路圖紅外線反射型傳感器的輸出端內(nèi)部電路見上圖3，由于考慮器件的通用性和輸出保護(hù)措施，加入了限流保護(hù)電路，當(dāng)外接負(fù)載超過額定值時(shí)啟動(dòng)保護(hù)，自動(dòng)減小輸出電流，以保護(hù)組件和外部負(fù)載的安全。當(dāng)紅外線反射型傳感器接通電源后，即從模塊內(nèi)部的紅外線反射管向前方發(fā)射38KHZ的調(diào)制紅外線，一旦有物體或人體進(jìn)入有效范圍內(nèi)時(shí)，紅外線就會(huì)有一部分被反射回來，被與發(fā)射管同排安裝的光敏接收管收到并轉(zhuǎn)換成同頻率的電信號(hào)后，由模塊內(nèi)部電路進(jìn)行放大，解調(diào)，整形，比較處理后，在輸出端給出高電平信號(hào)。紅外線反射型傳感器的檢測(cè)距離與工作電壓密切相關(guān)。工作電壓越高，紅外線反射功率越強(qiáng)，檢測(cè)距離就越遠(yuǎn)；反之，電壓低，檢測(cè)距離就相對(duì)較近，還有檢測(cè)距離和被檢測(cè)物體的大小和反射紅外線能力密切相關(guān)！一般來說，顏色淡的物體反射紅外線的能力強(qiáng)些，最大檢測(cè)距離也會(huì)遠(yuǎn)一些。由于紅外線反射型傳感器使用了調(diào)制技術(shù)和采用進(jìn)口帶補(bǔ)償?shù)目垢蓴_器件，在一定程度上解決了抗干擾的問題，如白天、黑夜的靈敏度基本保持一致，這是其它產(chǎn)品所無法比擬的，但由于未加入密碼電路，故在離頻閃的日光燈較近距離時(shí)（2米以內(nèi)），紅外線反射型傳感器會(huì)有同步的輸出，使用時(shí)請(qǐng)注意回避正對(duì)日光燈（不包括用電子變壓器啟動(dòng)的日光燈）。通過以上幾個(gè)方案并結(jié)合實(shí)際高架路燈的外部環(huán)境得出，方案一中，地感線圈在交叉路口的實(shí)現(xiàn)存在很大的問題，可移動(dòng)性非常差，不易維修，對(duì)路面質(zhì)量要求非常高，且埋設(shè)地的路面易于損壞。方案二中，微波車輛檢測(cè)要與車道有一定距離，否則會(huì)有盲區(qū)，這就會(huì)擴(kuò)大高架的占有空間，這是得不償失的。方案三中，視頻車輛檢測(cè)在此處發(fā)揮的功能不太大，其主要是對(duì)車輛的監(jiān)控并且識(shí)別車輛，一般用于小區(qū)、車庫以及一些重要的場(chǎng)所。方案四中，采用的是220V交流電驅(qū)動(dòng)的，簡(jiǎn)化電路。而且這種類型的對(duì)射距離比較寬，符合高架單車道的要求。不采用反射型主要是因?yàn)楦呒艿耐鈧?cè)一般會(huì)安裝護(hù)墻，這樣會(huì)影響到反射式的工作精度和準(zhǔn)確度。綜上所述，我們采用的是方案四中220V交流50米紅外對(duì)射型光電開關(guān)。附表一、常用車輛檢測(cè)器的比較信號(hào)處理模塊：方案一：?jiǎn)芜\(yùn)放由普通低溫漂運(yùn)算放大器所構(gòu)成的信號(hào)放大電路。普通低溫漂運(yùn)算放大器構(gòu)成前級(jí)放大電路會(huì)引入大量噪聲。由于信號(hào)轉(zhuǎn)換器需要很高的精度，所以幾毫伏的干擾信號(hào)就會(huì)直接影響最后的測(cè)量精度。方案二：差動(dòng)放大由高精度低漂移運(yùn)算放大器構(gòu)成差動(dòng)放大器所構(gòu)成的信號(hào)放大電路。差動(dòng)放大器具有高輸入阻抗，增益高的特點(diǎn)，可以利用普通運(yùn)放（如OP07）做成一個(gè)差動(dòng)放大器，如圖3所示：電阻R1、R2和電容C1、C2、C3、C4用于濾除前級(jí)的噪聲，C1、C2為普通小電容，可以濾除高頻干擾，C3、C4為大的電解電容，主要用于濾除低頻噪聲。輸入級(jí)加入射隨放大器，增大了輸入阻抗，中間級(jí)為差動(dòng)放大電路，滑動(dòng)變阻器R6可以調(diào)節(jié)輸出零點(diǎn)，最后一級(jí)可以用于微調(diào)放大倍數(shù)，使輸出滿足滿量程要求。輸出級(jí)為反向放大器，所以輸出電阻不是很大，比較符合應(yīng)用要求。

圖3差動(dòng)放大電路方案三：光耦隔離光電耦合器（簡(jiǎn)稱光耦）是開關(guān)電源電路中常用的器件。光電耦合器分為兩種：一種為非線性光耦，另一種為線性光耦。非線性光耦的電流傳輸特性曲線是非線性的，這類光耦適合于弄開關(guān)信號(hào)的傳輸，不適合于傳輸模擬量。線性光耦的電流傳輸手特性曲線接進(jìn)直線，并且小信號(hào)時(shí)性能較好，能以線性特性進(jìn)行隔離控制。開關(guān)電源中常用的光耦是線性光耦。如果使用非線性光耦，有可能使振蕩波形變壞，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)寄生振蕩，使數(shù)千赫的振蕩頻率被數(shù)十到數(shù)百赫的低頻振蕩依次為號(hào)調(diào)制。由此產(chǎn)生的后果是對(duì)彩電，彩顯，VCD，DCD等等，將在圖像畫面上產(chǎn)生干擾。同時(shí)電源帶負(fù)載能力下降。在彩電，顯示器等開關(guān)電源維修中如果光耦損壞，一定要用線性光耦代換。常用的4腳線性光耦有PC817A----C。PC111TLP521等常用的六腳線性光耦有：TLP632TLP532PC614PC714PS2031等。以下是目前市場(chǎng)上常見的高速光藕型號(hào)：100Kbit/S:Title6N138、6N139、PS8703Title1Mbit/S:6N135、6N136、CNW135、6N135、6N136、CNW135、CNW136、PS8601、PS8602、PS8701、PS9613、PS9713、CNW4502、HCPL-2503、HCPL-4502、HCPL-2530（雙路）、HCPL-2531（雙路）10Mbit/S:6N137、PS9614、PS9714、PS9611、PS9715、HCPL-2601、HCPL-2611、HCPL-263（雙路）、HCPL-2631（雙路）光耦合器的增益被稱為晶體管輸出器件的電流傳輸比（CTR），其定義是光電晶體管集電極電流與LED正向電流的比率（ICE/IF）。光電晶體管集電極電流與VCE有關(guān)，即集電極和發(fā)SizeDate:File:Number3-Jan-2012E:\文件判設(shè)計(jì)射極之間的電壓。圖4檢測(cè)模塊的后級(jí)處理電路圖由于我們是用光耦來隔離紅外主動(dòng)對(duì)射與單片機(jī)之間的干擾，我們需要的是類似于開關(guān)形式的。所以我們選擇線性光耦。又根據(jù)后面選用單片機(jī)復(fù)位后所有的I/O都是高電平。所以，為了簡(jiǎn)化電路的復(fù)雜性，我們采用經(jīng)濟(jì)適用的8腳、型號(hào)為6N136的高速光電耦合器，從上面資料可以看出，其速度可以達(dá)到1Mbit/S，符合要求。如上圖4為檢測(cè)模塊的后級(jí)處理電路圖。方案四：MC4093后級(jí)處理模塊由四個(gè)2輸入端施密特觸發(fā)器電路組成。每個(gè)電路均為在兩輸入端具有斯密特觸發(fā)功能的2輸入與非門。每個(gè)門在信號(hào)的上升和下降沿的不同點(diǎn)開、關(guān)。上升電壓(VP)T和下降電壓(VN)之差定義為滯后電壓(△▼T)。1我們主要用它來穩(wěn)定檢測(cè)端接收到信號(hào)、消除干擾，能更加精確的體現(xiàn)前級(jí)的信號(hào)。 4

圖6Title從上面幾個(gè)處理模塊我們可以看出，方案一、方案二都是利用集成運(yùn)放對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，還要經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器才能與單片機(jī)進(jìn)行級(jí)聯(lián)，這對(duì)于脈沖式信號(hào)無異于是一個(gè)弊端。對(duì)于方案四來說，MC4093在處理紅外對(duì)檢測(cè)中的反射式、利用光耦隔離無異于是最好的選擇，電路及簡(jiǎn)單又實(shí)用，并且符合我們?cè)O(shè)計(jì)方案的需要。所以，我們選擇的是方案三。Title單片機(jī)模塊：Size NumBSize NumBDate: 4-JanFile: E:\^5市場(chǎng)貨源系統(tǒng)設(shè)計(jì)者只能在市場(chǎng)上能夠提供的單片機(jī)中選擇，特別是作為產(chǎn)品大批量生產(chǎn)的應(yīng)用系統(tǒng)，所選的單片機(jī)型號(hào)必須有穩(wěn)定、充足的貨源。單片機(jī)性能應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的功能要求和各種單片機(jī)的性能，選擇最容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)的型號(hào)，而且能達(dá)到較高的性能價(jià)格比。單片機(jī)性能包括片內(nèi)硬件資源、運(yùn)行速度、可靠性、指令系統(tǒng)功能、體積和封裝形式等方面。影響性能價(jià)格比的因素除單片機(jī)的性能價(jià)格外，還包括硬件和軟件設(shè)計(jì)的容易程度、相應(yīng)的工作量大小，以及開發(fā)工具的性能價(jià)格比。研制周期在研制任務(wù)重、時(shí)間緊的情況下，還要考慮所選的單片機(jī)型號(hào)是否熟悉，是否能馬上著手進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。與研制周期有關(guān)的另一個(gè)重要因素是開發(fā)工具，性能優(yōu)良的開發(fā)工具能加快系統(tǒng)地研制進(jìn)程。方案一：由AT89S52構(gòu)成的單片機(jī)模塊如圖7所示為AT89S52單片機(jī)的最小系統(tǒng)，由時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、電源電路及單片機(jī)構(gòu)成。單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來提供單片機(jī)片內(nèi)各種操作的時(shí)間基準(zhǔn)，復(fù)位操作則使單片機(jī)的片內(nèi)電路初始化，使單片機(jī)從一種確定的初態(tài)開始運(yùn)行。AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有4K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)+5C130.01uP10十pi1￥P12瑚P13—P14-5-+5C130.01uP10十pi1￥P12瑚P13—P14-5-P15-6-P16十P17-8-C.03()P -XTZIU3C-12.000MX2+5V-^1R1410K14U5P10P00P11P01P12P02P13P03P14P04P15P05P16P06P17P07INT1P20INT0P21P22T1P23T0P24P25EA/VPP26P27X1X2RESETRXDTXDRDALE/PWRPSENAT89S52C120.1u3^P003^P013^P023^P033^P043^P053^P063^P07 10 11 300―29^^P20^^P21^^P22■2^P23■2^P24?2^P2.5^^P26■2^P27RXDTXD圖7AT89S52單片機(jī)的最小系統(tǒng)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在線系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。而且，它還具有一個(gè)看門狗（WDT）定時(shí)/計(jì)數(shù)器，如果程序沒有正常工作，就會(huì)強(qiáng)制整個(gè)系統(tǒng)復(fù)位，還可以在程序陷入死循環(huán)的時(shí)候，讓單片機(jī)復(fù)位而不用整個(gè)系統(tǒng)斷電，從而保護(hù)你的硬件電路。AT89S52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。方案二：由MSP430構(gòu)成的單片機(jī)如圖8所示為MSP430單片機(jī)的最小系統(tǒng)

Tuo￥xP5.5 49_P56 50P57 5TXT2OUT 52XT2IN 53TDO/TDI 54TDI/TDCLK 55TMS 56TCK 57RET 58P60 59P67 60P62 6TJ~~62GND 63■Ta? 64U321436587BOOTSTP1.0P2.2VCCTARGETVCCTOOLU2Tuo￥xP5.5 49_P56 50P57 5TXT2OUT 52XT2IN 53TDO/TDI 54TDI/TDCLK 55TMS 56TCK 57RET 58P60 59P67 60P62 6TJ~~62GND 63■Ta? 64U321436587BOOTSTP1.0P2.2VCCTARGETVCCTOOLU2SIP32 14 36 58 710 912 11TDO/TDITDI/TDCLKTMSTCKGNDRstJTAKBBBBBBLKMOP5.5/SMCLK(L MP5.6/ACLKP5.7/TBOUTHXT2OUTXT2INTDO/TDITDI/TDCLKTMStck"RST/MMIP6.0/A0P6.1/A1P6.2/A2AVssDVssAVccU1P3.4/UTXD0「TP1PPPBP4PPPPPKLA334+P6/F*上—|—C9100uU4AMS1117VinVoutP3.3/UCLK0/SCLP3.2/SOMI0P3.1/SIMO0/SDAP3.0/SET0P2.7/TA0P2.6/ADC12CLK/DMAE0P2.5/RoscP2.4/CA1/TA2P2.3/CA0/TA1P2.2/CAOUT/TA0P2.1/TAINCLKP2.0/ACLKP1.7/TA2P1.6/TA1P1.5/TA0Nk±bERVI32768C412p_LJ_+~C10T?10u」32P3.431P3.330P3.229P3.128P3.027P2.726P2.625P2.524P2.423P2.322P2.221P2.120P2.019P1.718P1.6P1.5+3VGND圖8MSP430單片機(jī)最小系統(tǒng)處理能力強(qiáng)MSP430系列單片機(jī)是一個(gè)16位的單片機(jī)，采用了精簡(jiǎn)指令集（RISC）結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式（7種源操作數(shù)尋址、4種目的操作數(shù)尋址）、簡(jiǎn)潔的27條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算；還有高效的查表處理指令。這些特點(diǎn)保證了可編制出高效率的源程序。運(yùn)算速度快MSP430系列單片機(jī)能在25MHz晶體的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)40ns的指令周期。16位的數(shù)據(jù)寬度、40ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能實(shí)現(xiàn)乘加運(yùn)算）相配合，能實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的某些算法（如FFT等）。超低功耗MSP430單片機(jī)之所以有超低的功耗，是因?yàn)槠湓诮档托酒碾娫措妷汉挽`活而可控的運(yùn)行時(shí)鐘方面都有其獨(dú)到之處。首先，MSP430系列單片機(jī)的電源電壓采用的是1.8-3.6V電壓。因而可使其在1MHz的時(shí)鐘條件下運(yùn)行時(shí)，芯片的電流最低會(huì)在165|iA左右，RAM保持模式下的最低功耗只有0.1gAo其次，獨(dú)特的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在MSP430系列中有兩個(gè)不同的時(shí)鐘系統(tǒng)：基本時(shí)鐘系統(tǒng)、鎖頻環(huán)（FLL和FLL+）時(shí)鐘系統(tǒng)和DCO數(shù)字振蕩器時(shí)鐘系統(tǒng)?？梢灾皇褂靡粋€(gè)晶體振蕩器（32768Hz），也可以使用兩個(gè)晶體振蕩器。由系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)產(chǎn)生CPU和各功能所需的時(shí)鐘。并且這些時(shí)鐘可以在指令的控制下，打開和關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)總體功耗的控制。由于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)開啟的功能模塊不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有著顯著的不同。在系統(tǒng)中共有一種活動(dòng)模式（AM）和五種低功耗模式（LPM0?LPM4）。在實(shí)時(shí)時(shí)鐘模式下，可達(dá)2.5gA，在RAM保持模式下，最低可達(dá)0.1gA。片內(nèi)資源豐富MSP430系列單片機(jī)的各系列都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。它們分別是看門狗（WDT）、模擬比較器A、定時(shí)器A0(Timer_A0)、定時(shí)器A1(Timer_A1)、定時(shí)器B0(Timer_B0)、UART、SPI、I2C、硬件乘法器、液晶驅(qū)動(dòng)器、10位/12位ADC、16位S-AADC、DMA、I/O端口、基本定時(shí)器(BasicTimer)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)和USB控制器等若干外圍模塊的不同組合。其中，看門狗可以使程序失控時(shí)迅速復(fù)位；模擬比較器進(jìn)行模擬電壓的比較，配合定時(shí)器，可設(shè)計(jì)出A/D轉(zhuǎn)換器；16位定時(shí)器(Timer_A和Timer_B)具有捕獲/比較功能，大量的捕獲/比較寄存器，可用于事件計(jì)數(shù)、時(shí)序發(fā)生、PWM等；有的器件更具有可實(shí)現(xiàn)異步、同步及多址訪問串行通信接口可方便的實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信等應(yīng)用;具有較多的I/O端口，P0、P1、P2端口能夠接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入；10/12位硬件A/D轉(zhuǎn)換器有較高的轉(zhuǎn)換速率，最高可達(dá)200kbps，能夠滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用；能直接驅(qū)動(dòng)液晶多達(dá)160段；實(shí)現(xiàn)兩路的12位D/A轉(zhuǎn)換；硬件I2C串行總線接口實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器串行擴(kuò)展；以及為了增加數(shù)據(jù)傳輸速度，而采用的DMA模塊。MSP430系列單片機(jī)的這些片內(nèi)外設(shè)為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。另外，MSP430系列單片機(jī)的中斷源較多，并且可以任意嵌套，使用時(shí)靈活方便。當(dāng)系統(tǒng)處于省電的低功耗狀態(tài)時(shí)，中斷喚醒只需5四。方便高效的開發(fā)環(huán)境MSP430系列有OPT型、FLASH型和ROM型三種類型的器件，這些器件的開發(fā)手段不同。對(duì)于OPT型和ROM型的器件是使用仿真器開發(fā)成功之后燒寫或掩膜芯片；對(duì)于FLASH型則有十分方便的開發(fā)調(diào)試環(huán)境，因?yàn)槠骷瑑?nèi)有JTAG調(diào)試接口，還有可電擦寫的FLASH存儲(chǔ)器，因此采用先下載程序到FLASH內(nèi)，再在器件內(nèi)通過軟件控制程序的運(yùn)行，由JTAG接口讀取片內(nèi)信息供設(shè)計(jì)者調(diào)試使用的方法進(jìn)行開發(fā)。這種方式只需要一臺(tái)PC機(jī)和一個(gè)JTAG調(diào)試器，而不需要仿真器和編程器。開發(fā)語言有匯編語言和C語 -1=1。通過以上兩種方案的比較論證，方案二功耗低、性能高、價(jià)格低及功能齊全。但是，MSP430的功能太過于強(qiáng)大且存儲(chǔ)空間等的各方面都超出了我們的應(yīng)用范圍。而AT89S52雖然功能不是那么強(qiáng)大，但是其功能也非常健全。在我們應(yīng)用范圍和性價(jià)比上是非常適合本課題。所以在設(shè)計(jì)中采用AT89S52型單片機(jī)，其功耗低、高性能且具有高密度非易失性存儲(chǔ)器，可以滿足本系統(tǒng)模塊的應(yīng)用要求。照明模塊：方案一：LED燈模塊LED是一種具有高電壓控制電路、光控電路、時(shí)間控制電路和溫度控制電路的高效節(jié)能LED路燈。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、重量輕、安全性能好、節(jié)能效果好、無污染、免維護(hù)和壽命長(zhǎng)等特征，適用于新建道路照明和舊道路照明燈具節(jié)能改造。它原先是由簡(jiǎn)單的二極管構(gòu)成，后來逐漸加入其他元素和材料才有了各種顏色的LED燈。這些都還不足以讓其在市場(chǎng)上占有很大的份額。而白光LED的開發(fā)是照明產(chǎn)業(yè)的一大里程碑。LED路燈原理1、概述50年前人們已經(jīng)了解半導(dǎo)體材料可產(chǎn)生光線的基本知識(shí)，第一個(gè)商用二極管產(chǎn)生于1960年。LED是英文lightemittingdiode(發(fā)光二極管)的縮寫，它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個(gè)有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用，所以LED的抗震性能好。發(fā)光二極管的核心部分是由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體組成的晶片，在p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過渡層，稱為p-n結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)(即兩端加上正向電壓)，電流從LED陽極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。2、 原理：首創(chuàng)散熱器與燈殼一體化設(shè)計(jì)，LED直接與外殼緊密相接，通過外殼散熱翼與空氣對(duì)流散熱，充分保證了LED路燈50000小時(shí)的使用壽命。按照每天工作12個(gè)小時(shí)計(jì)算，其壽命也在10年以上，維護(hù)費(fèi)用極低；燈殼采用鋁合金壓鑄成型，可以有效的散熱和防水、防塵。燈具表面進(jìn)行了耐紫外線抗腐蝕處理，整體燈具達(dá)到IP65標(biāo)準(zhǔn)；采用二次配光設(shè)計(jì)，針對(duì)性地將LED發(fā)出的光控制在需要范圍內(nèi)，提高了燈具出光效果的均勻性和光能的利用率，更能凸顯LED路燈節(jié)能優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)的鈉燈相比，可節(jié)電60%以上。3、 特點(diǎn)：無不良眩光、無頻閃。消除了普通路燈不良眩光所引起的刺眼、視覺疲勞與視線干擾，提高駕駛的安全性;啟動(dòng)無延時(shí)，通電即達(dá)正常亮度，無須等待，消除了傳統(tǒng)路燈長(zhǎng)時(shí)間的啟動(dòng)過程；綠色環(huán)保無污染：不含鉛、汞等污染元素，對(duì)環(huán)境沒有任何污染；與太陽能結(jié)合是絕好搭檔，充分發(fā)揮LED直流低壓工作與節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，太陽能電池板與LED光源相結(jié)合，為客戶實(shí)現(xiàn)最佳性價(jià)比和高可靠性。4、 適用場(chǎng)所：城市道路、人行道、廣場(chǎng)、學(xué)校、公園、庭院、居住區(qū)、高架，廠區(qū)以及其他需要室外照明的場(chǎng)所。其他1、高壓鈉燈與模組LED功率：一般來說，75W的LED模組就可以代替250W的高壓鈉燈，而150W的LED模組就可以代替400W的高壓鈉燈。從這里就可以看出，若實(shí)行全面的LED模組代替高壓鈉燈，那么每年會(huì)為國家節(jié)省電能達(dá)上億元。其他方面諸如配光性能、散熱性能、電氣性能、使用壽命等等。選型：選型條件：由于在前面，已經(jīng)論證了150W的LED模組可以代替400W的高壓鈉燈。串聯(lián)的LED數(shù)應(yīng)當(dāng)少于10個(gè)，這是因?yàn)樽鳛長(zhǎng)ED燈具，有一個(gè)安規(guī)上的要求。根據(jù)歐盟IEC61347-2-13(5/2006)標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)采用直流或交流供電的LED模塊要求在LED燈具中的電壓不得超過最大安全特低電壓(SELV)，也就是其工作輸出電壓W25Vrms(35.3Vdc),所以串聯(lián)的LED總數(shù)不得超過10個(gè)。而作為路燈，為了修理更換方便通常采用LED模塊，每一個(gè)模塊通常設(shè)計(jì)成長(zhǎng)方形，恒流模塊也設(shè)計(jì)在其中。建議每個(gè)模塊的功率小于30W。這樣，在100W左右的路燈采用3-4個(gè)LED模塊，而150WLED路燈，則采用5-6個(gè)LED模塊。再大功率則可以用7-8個(gè)模塊。選型結(jié)果：根據(jù)前面的條件可以看出，我們選用的是3W的LED，將每十個(gè)LED分為一組，共需要五組來組成一個(gè)150W的路燈(如果是較窄的高架，我們可以用3組共75W的路燈代替250W的高壓鈉燈)。所以，我們最終選用的是3W、十個(gè)為一組、共五組的LED模組來實(shí)現(xiàn)單個(gè)高架路燈的照明。LED驅(qū)動(dòng)源模塊：恒流模塊的性能和特點(diǎn)普通的穩(wěn)壓電源是在負(fù)載變化時(shí)，輸出電壓不變。而恒流模塊是一種在輸入電壓變化時(shí)保持輸出電流恒定的一種電源。在使用前，必須了解它的各種特點(diǎn)。電流的設(shè)定：一般恒流模塊的輸出電流都可以在很大的范圍內(nèi)根據(jù)用戶的要求來調(diào)節(jié)，只要簡(jiǎn)單地改變一下輸出電流設(shè)定電阻就可以了。類型：恒流模塊有升壓型、降壓型和升降壓型三種。選擇哪一種完全是由所要求的輸入電壓和輸出電壓之間的關(guān)系而決定的。但是如果從得到最大效率的觀點(diǎn)出發(fā)，那么就應(yīng)該選擇降壓型。降壓型就是輸入的電壓