隨著道路交通建設的加快，高速公路網絡遍布。為了治理超速，國家制定了嚴格的法律法規(guī)，但是超速現象還是屢禁不止。據分析，全國近幾年發(fā)生的重特大交通事故，有70％與超速有關，并且超速行駛違章隨著道路交通條件的改善而不斷增多。2006年德國西門子宣布開發(fā)出了道路限速標志識別裝置。該裝置利用攝像頭識別前方的限速標志；當行駛速度比限制速度快時，就會發(fā)出警告，或與巡航控制系統(tǒng)連動，自動限制行駛速度。使用這種裝置原則上可以達到限速的目的，但這種裝置在識別限速標志時常因外界環(huán)境變化而受到影響。在陰雨天，限速標志位置不同的情況下裝置就無法準確識別。筆者按其工作原理，針對其不足，設計出一種新型的基于無線數據采集的汽車電子限速系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于無線單片機，可實現語音提示超速和切斷汽車油路的功能。

1 系統(tǒng)設計

　　整個系統(tǒng)根據功能可分為數據發(fā)射機部分和車載接收機部分。數據發(fā)射機可接收設定數據、存儲數據并不斷將數據發(fā)射出去。車載接收機實現接收數據、存儲數據、計算車速、判斷超速、語音報警、控制油路限速，如圖1。


　　系統(tǒng)工作流程如下：數據發(fā)射機不斷廣播限速數據。當汽車經過發(fā)射機信號覆蓋范圍時，車載接收機接收并存儲限速值。車載接收機的中央處理器計算與比較當前車速。如果超速則語音報警，則超速30s后車載接收機發(fā)出控制信號切斷供油。汽車切斷供油后車速會降低，當低于限速值時車載接收機發(fā)出控制信號恢復供油。這樣，汽車最多超速30s就會減速到正常速度。

2 數據發(fā)射機

　　數據發(fā)射機硬件主要由中央處理單元、無線發(fā)射單元、存儲單元、顯示單元和控制單元組成。硬件系統(tǒng)如圖2，軟件流程如圖3。




　　其中，中央處理單元采用C8051單片機。C8051單片機加電后，程序發(fā)出存儲器數據讀取操作。存儲芯片采用AT24C01。它具有1kB存儲空間，采用E2PROM總線結構與C8051單片機的P1.0腳和P1.1腳連接。限速值經過適當運算，為所有車型分別產生一個4B的數據包，其格式為：

　　
　　(1)起始位用FF表明數據包的開始；
　　(2)車型及校驗碼位用高4位表示限制車型，低4位表示限速數值位的校驗值；
　　(3)限速數值位表示限定的具體數值；
　　(4)結束位用00表明數據包的結束。

　　各車型的數據包通過程序循環(huán)用無線發(fā)射單元連續(xù)地發(fā)射出去。無線發(fā)射單元采用NRF905專用射頻芯片。該芯片發(fā)射頻率可以為433/868/915MHz，最高速率為20kb/s，通信距離可達300m～800m。C8051單片機提供的數據包經由C8051的串口提供給NRF905以915MHz發(fā)射。

　　顯示單元顯示限速值和限速車型。顯示單元使用4個8段數碼管顯示：1個表示車型，3個表示限速值。顯示數據通過C8051的P0口提供。C8051的P2口作為數碼管的控制口，為了省電，數碼管只有在按下鍵盤時才點亮；當30s內不再操作鍵盤時數碼管熄滅。

　　程序在循環(huán)時不斷檢測C8051的P1.2～P1.4腳電平。C8051的P1.2～P1.4腳表示鍵盤控制單元使用3個按鍵，分別為車型選擇鍵、數值增加鍵和數值減少鍵。當檢測到其中一腳電平為低時表示相應的按鍵按下，程序根據鍵值執(zhí)行相應的代碼。鑒于目前的國情，車型可規(guī)定為小型車、中型車、大型車和其他車型；根據車型和路況而設定不同的限速標準。當操作修改鍵修改限速值時，程序需要將新限速值重新寫入存儲芯片中。根據各車型排列順序，T24C01芯片從地址00FF依次存放對應車型的限速數值，每個數值占用1B空間。

3 車載接收機

　　車載接收機硬件主要由無線單片機單元、語音電路單元、存儲單元、速度采集單元和油路控制單元組成，如圖4。


　　為了簡化設計，車載無線單片機采用Chipcon公司的CC1110無線單片機系統(tǒng)。CC1110具有低功耗、低成本、高可靠性的優(yōu)勢，具備無線收發(fā)功能并且內置8051MCU。其工作頻率為315/433/868/915MHz，最高速傳輸速率為500kb/s，工作電壓1.8V～3.6V，接收靈敏度-110dB。存儲單元和發(fā)射機的存儲單元工作原理相同。它的數據線和控制線連接到單片機CC1110的P0.0和P0.1腳。當程序開始時，需要初始化工作環(huán)境，包括讀取部分參數值和啟動一些中斷程序；程序初始化完成后進入一個循環(huán)流程。在這個循環(huán)中，無線單片機不斷執(zhí)行檢測新數據操作和執(zhí)行超速處理操作。軟件流程如圖5所示。

　　CC1110的P2.4～P2.7腳外接撥碼開關，根據撥碼數值定義車型。在檢測新數據操作過程中，程序根據車型定義分析數據，將符合要求的新數據保存到存儲芯片中，數據占用存儲芯片地址00FF一個字節(jié)空間。

　　CC1110單片機的P2.0腳和P2.1腳分別控制觸發(fā)報警電路和油路控制電路。在執(zhí)行超速處理操作過程中，當車速大于限速值時，P2.0腳輸出高電平觸發(fā)語音電路發(fā)出報警提示。程序設計了30s超速延時，主要用于汽車短時超車，超車后恢復正常行使速度，語音提示消失。當語音提示30s后仍然超速，P2.1腳輸出低電平到油路控制繼電器。油路控制繼電器控制汽車噴油嘴供電電路開關：單片機的P2.1腳輸出高電平控制油路控制繼電器接通，汽車噴油嘴供電電路可以保持正常供電；P2.1腳輸出低電平控制油路控制繼電器斷開，切斷汽車噴油嘴供電電路工作，從而達到限速的目的。

　　汽車型號多種多樣，采用的速度傳感器主要有磁電式車速成傳感器、霍爾式車速傳感器和光電式車速傳感器。磁電式車速成傳感器產生類似正弦波的波形；霍爾式車速傳感器和光電式車速傳感器產生近似方波的波形。根據速度傳感器產生波的頻率，可計算當前車速。但無論哪種波形都不能直接應用于無線單片機上，需要速度采集電路轉換成方波波形。速度采集電路由信號放大電路和信號比較電路組成。整理好的信號送達CC1110的P1.0腳進行處理。CC1110的P1.0腳作為外部中斷口輸入；程序運行時，以下跳沿觸發(fā)外部中斷；中斷程序累加中斷次數T。CC1110單片機在啟動時開啟外部中斷口P1.0和Timer1計數器；當Tmer1計數溢出產生時間中斷時，中斷程序計算當前的車速V。其計算公式為：

　　V=T×A×0.0036/S(km/h)

　　其中S表示Timer1計數周期，其單位為s。A為系數，指速度傳感器觸發(fā)一次表示的距離，單位為ms。
因為速度傳感器及車型的不同，S需要做相應調整。因此接收機CPUCC1110的P2.2腳設計一個跳線，實現設定參數S的功能。程序設定P2.2腳高電平程序正常計算車速V，低電平則程序反算參數S，并將計算結果保存到存儲芯片中。參數S占用存儲器地址01FF～02FF。程序在Timer1中斷程序中計算車速時，首先檢測P2.2腳電平。在汽車車速以5公里/小時勻速行使時，人工短接跳線2s后取下跳線就可以完成系數設定操作。此功能的設計方便了參數的調整，增強了車載接收機的通用性。

　　汽車電子限速系統(tǒng)是利用無線技術和單片機控制技術結合汽車的電路結構設計出的電子限速設備。對于現有的汽車廠商，車載機的改進只需增加無線接收部分和語音報警部分電路，對現有行車電腦軟件稍加修改就可以完成限速功能的改進。如果交管部門推廣應用該裝置，則可以從根本上解決汽車超速問題，極大地減少惡性交通事故。汽車電子限速系統(tǒng)還可以擴展出許多功能，如在汽車追逃、汽車防盜、違章信息傳達、交通限制廣播等方面。