超声计数模块 - 基于超声计数的智能交通灯控制系统

2．2．3、超声计数模块选择

本系统选择HC-SR04超声波测距模块来实现超声测距，该模块时序图如图5所示。模块回响电平的脉宽（高电平的时间）即测距渡越时间，测出脉宽并利用式（1）就能够实现对障碍物距离的测量。脉宽与距离之间存在线性关系，检测脉宽的改变，就能够实现对车辆的计数。

图5     HC-SR04超声波测距模块时序图

2．3、检测模块与MSP430的信号交互

由图5HC-SR04超声波测距模块时序图可知，HC-SR04与MSP430之间存在信号的交互：1个为超声模块触发信号，由MSP430输出到HC-SR04;另1个为回响电平，由HC-SR04输出到MSP430。实验测得的触发信号如图6所示，回响信号如图7所示（障碍物在2．1m处）。

图6触发信号

图7回响信号

由理论分析可知触发信号频率不能太高，否则会引起信号的混叠，导致误判;频率也不能太低，否则不能够实现对车辆的实时检测，故本系统选择触发频率为10Hz。

利用MSP430中TImerA、TImerB的捕获功能可以实现对回响脉冲的精确计时，进而通过内部程序算法实现对车辆的计数［7-8］。为了节省MSP430内部的定时器资源，将超声模块组1四个路口的回响信号分时［9］的输入到MSP430中。检测模块电路图如图8所示。

图8  检测模块电路图

2．4、误差分析

2．4．1、测距误差

本系统是以室温（15℃）时的声速（340m/s）计算距离的，而实际环境中的声速是随机量，有如下计算公式：

v=331．3+0．606c（2）

c为摄氏气温。根据式（2）知：

声速误差

Δv=（c－15）&TImes;0．606

有测距误差

ΔD=TΔv（3）

测距误差会引起车辆的误判，最终导致系统错误的分配时间。

为了消除此误差，系统不以某个固定的脉宽（对应某个固定的距离）为车辆判据，而以脉宽的显著变化为车辆的判据，由于温度相对测距时间是一个慢变量，在一辆车通过的时间内（1s）认为不变，此种处理方式可消除声速误差。

2．4．2、车辆的混道行驶误差

另一个会引起误差的因素是车辆的混道行驶。一种情况是右转的车辆通过模块2下方，使计数增加;一种情况是左转或者右转的车辆通过右转车道进入模块2和模块1之间的范围，使计数减少。但因其发生的概率很小，两种情况有互补作用，且少量的计数不准确不会对车辆的通车时间的设定产生很大的影响，因此可以忽略不计。

综上所述，系统的误差在允许范围内，不会对系统的功能产生很大的影响，系统可以达到智能调控交通灯的目的。