交通事故现场防入侵设备设计

摘要：为了提高交通事故现场防护水平和预防二次事故，利用C8051F020单片机以及MMA7260，MicroMag2等传感器设计了一种设备，对车辆入侵进行检测，迅速有效地判断车辆是否侵入防护现场，根据检测结果实现报警。
关键词：C8051F020；MMA7260；MicroMag2；交通事故现场；防入侵

0 引言
    近年来，我国因交通事故现场防护技术手段缺乏、防护系统性差而引发的二次交通事故年均超过200起，死亡人数年均超过100人。
    2003—2007年，在交通管理执法过程中因交通事故牺牲了数十名民警，2008年又有多名民警牺牲。高速公路上因为车辆行驶速度快，一旦发生二次事故，伤亡大，经济损失严重。发生二次事故常常和现场警戒有关。
    目前，高速公路交通事故发生后，通常先到达的是勤务中队或者路政人员，他们先布置锥筒等警戒设施，在气候恶劣或者光照不理想的情况下，锥筒容易被忽视，被过往车辆碰撞偏离了它应在的位置，导致现场警戒出现漏洞，是二次事故发生的隐患。为了有效诱导驾驶人安全顺利通过警戒区域，研制一种智能交通事故现场防护设备显得尤为迫切。
    智能交通事故现场防护设备需要能对来向车辆进行导向，当设备位置发生位移时能判断是不是因为车辆碰撞影响，当车辆对设备碰撞时，能快速发出信号。因此，通过磁传感器检测车辆、加速度传感器检测设备的位移，再经由单片机对传感器信号进行分析处理。

1 MMA7260加速度传感器
    MMA7260是飞思卡尔公司采用MEMS工艺设计生产的低价格、低功耗、单芯片集成三轴加速度传感器，它采用2．2～3．6 V单电源供电，工作电流小于500μA。该传感器融合了信号调理、单极低通滤波器和温度补偿技术，提供4种加速度测量量程，分别为：±6g，±4g，±2g和±1．5g，±1．5g量程分辨率为800 mV／g，以模拟电压信号形式输出，体积仅为6 mm×6 mm×1．45 mm QFN封装。
    MMA7260主要特性如下：具有x，y，z三轴向感应功能；可选的加速度范围；低电流消耗：500μA，休眠模式3μA；快速启动时间1 ms。
    MMA7260结构框图如图1所示。

    车辆对设备有碰撞时，设备必将发生位移，此时，设备x轴、y轴、z轴必将有一轴的加速度发生急剧变化，通过检测变化来判断设备是否发生了快速的位移，进一步判断设备是否被车辆碰撞。

2 MicroMag2磁传感模块
    MicroMag2是美国PNI公司设计的一个双轴磁传感器模块，通过集成PNI公司在磁感检测方面的专利技术和测量电路技术，获得了良好的技术性能，同时，在温度漂移和噪声抑制上也有良好的效果。MicroMag2拥有SPI接口，通过这个接口，给开发提供了极大的便利。主要的优点有使用3 V的操作电压，低功耗，表面封装技术，主要特征如下：
    低功耗：DC 3 V时电流小于500μA；小尺寸：14 mm×11 mm×2．8 mm；测量范围：正负11 Guass；灵敏度：0．000 15 Guass；采样率：2 000次／s；使用小板便于开发。MicroMag2引脚如图2所示。

    地球磁场在一个较大的区域内(大约几千米)是保持恒定的，大约为0．5×10-4～0．6×10-4T。而车辆，可以当作一个双极性磁铁组成的模型。当环境中没有车辆存在时，磁传感器将检测地磁场作为背景磁场，当有车辆接近时，地磁场的磁力线会发生偏转，磁传感器通过检测这种差异来判断车辆是否经过。

3 C8051F020模块
    C8051F020原理框图如图3所示。C8051F020是一款集成了高度精密的模拟数据转换器和一个高吞吐量CIP-51微控制器内核单片复合信号系统的微控制器，具有64个数字I／O引脚。C8051F020含8路12位逐次逼近型ADC，可编程转换速率，在100 KSPS的最大采样速率时刻提供12位精度，并且可以选用外部引脚VREF的输出电压为电压基准0。可通过多通道选择器配置为单端输入或差分输入，并且内部可编程增益放大器PGA用于将输入的信号放大，提高A／D的转换精度。可编程增益为：0．5，1，2，4，8或16。2个全双工UART、256 B内部RAM、128 B特殊功能寄存器(SFR)地址空间。51内核采用流水线结构，与标准的8051结构相比，指令执行速度有很大的提高。70％指令的执行时间为1或2个系统时钟周期，只有4条指令的执行时间大于4个系统时钟周期。CIP-51工作在最大系统时钟频率25 MHz时，峰值速度达到25 MIPS。每个I／O引脚都可以被配置为推挽或漏极开路输出，这为低功耗应用提供了进一步节电的能力。

    8路12位A／D转换中，每路12位的转换精度都是其自身的±1LSB(最低位)。12位逐次逼近寄存器型(SAR)ADC只有1个，通过配置模拟多路开关AMUX与各输入端之间进行通道切换。ADC0端口的每一对均可用编程设置成单端输入或差分输入。ADC结果数据字格式为：0 V一0000，VREF～0FFF或FFF0。

4 系统结构
    系统结构框图如图4所示。系统由五大部分及辅助电路组成，包括加速度模块、磁传感模块、CPU处理模块、无线通信模块、声光报警模块、辅助电路。加速度模块检测车辆是否被碰撞，磁传感模块检测碰撞瞬间附近是否有车辆，无线通信用于与相关工作人员通信。MMA7260与C8051F020通过单端输入的方式进行A／D采样。MicroMag2通过SPI接口与C8051F020相连。

    车辆碰擦判断程序流程如图5所示。

    对应单端输入，ADC结果数据字格式为：0 V-0000，VREF—0FFF或FFF0。其中，加速度传感器的信号采集部分程序如下：
   
   

5 结语
    本设计针对现有交通事故现场安全防护存在的隐患提出了有效的解决方法，能够有效抑制二次事故的发生。但是，其防护范围仅仅是布设现场的一个一个的点，这些防护点是孤立的存在，下一步需要对车辆在点与点之间穿越提出解决措施。