环形线圈车辆检测器的改进设计（精选3篇）
环形线圈车辆检测器的改进设计 篇1
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
孔德强， 曲仕茹， KONG De-qiang， QU Shi-ru西北工业大学,自动化学院,陕西,西安,710072工业仪表与自动化装置
INDUSTRIAL INSTRUMENTATION & AUTOMATION(4)3次
参考文献(3条)
1.童诗白;华成英 模拟电子技术基础
2.林凌;韩晓斌 微型感应线圈车辆传感器[期刊论文]-传感技术学报 (04)3.刘智勇 智能交通控制理论及其应用
引证文献(3条)
1.折志伟.贾辉然.姜文东.高娜 基于车辆通过频率的智能交通控制器研究[期刊论文]-河北工业科技 (3)2.王先美 交通灯控制系统的设计[期刊论文]-科技传播 2010(23)
3.程静.孙文生 基于锁相环技术的高灵敏车辆探测[期刊论文]-国外电子元器件 (12)
本文链接：d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_gyybyzdhzz200704018.aspx
环形线圈车辆检测器的改进设计 篇2
关键词：交通检测,环形线圈,耦合振荡电路,锁相环,软件设计
0 引言
随着经济的发展,城市机动车数量的剧增,交通拥堵越来越成为城市发展的瓶颈,在这样的背景下,智能交通被认为是解决这一难题的最佳途径。在智能交通系统中,交通流量、交通密度等交通参数的实时数据是该系统的关键环节,这些实时数据的精确与否在很大程度上决定了智能交通系统的实施效果。在国内,各种交通检测设备已经大量地应用于工程实践中,取得了一定的检测效果,但也存在一些不足。例如,超声波检测器容易受到外界环境因素的影响,检测精度不高;红外检测器无法解决各种热源和工作环境的影响,抗噪声能力弱;视频检测器对区域背景质量的依赖程度很高,影响其检测效果,且数据运算量大,成本高。在众多的车辆检测器中,基于环形线圈的车辆检测器因具备检测精度高、环境适应能力强、使用成本低等特点而得到了广泛的推广。随着电子技术的发展,基于环形线圈的车辆检测器也在不断地改进。本文提出了一种基于环形线圈的车辆检测系统方案,利用集成锁相环电路和埋设在道路上的环形线圈构成LC振荡电路,大大提高了车辆检测的精度。通过对车辆经过时振荡频率的变化来判断车辆的存在,最终将信号送入单片机来完成车辆的计数。
1 系统工作原理
环形线圈工作原理如图一所示。线圈由专用电缆绕几匝及其馈线构成,它通过一个变压器接到被恒流源支持的调谐回路。有源环形线圈构成LC调谐回路的电感部分,并在线圈左右产生电磁场。当含有铁金属的车体进入线圈磁场范围时,车辆铁构件内产生自成闭合回路的感应电涡流,而此涡流又产生与原有磁场方向相反的新磁场,导致线圈的总电感变小,引起调谐频率偏离原有的数值,由此检测车辆的通过与否。在通常情况下,一般是利用频差计算法来测量频率的变化量。但是,当在系统繁忙或外部环境干扰较大而引起振荡频率变化时,会出现漏计数和多计数的问题,影响了检测数据的精确性。锁相环技术能很好地解决这一技术难题。它可以实现当没有车辆经过环形线圈时保持调谐回路的振荡频率不变,当有车辆经过时跟踪振荡频率,同时将频率的变化量转化为电压的变化量。
锁相环是一种闭环跟踪系统,其输出信号的频率跟踪输入信号的频率。当输出信号频率与输入信号频率相等时,输出电压与输入电压保持固定的相位差值,故称为锁相环。锁相环的原理框图如图二所示,它由鉴幅器(PD)、环路滤波器(LF)和压控振荡器三部分组成。
基于锁相环频率锁定的性质,当车辆通过环形线圈时,检测器的振荡频率发生变化,利用锁相环将振荡频率锁定在标准频率上,同时将频率变化量转变为电压变化量,用于鉴别是否有车辆通过。利用锁相环设计的车辆检测器具有车辆灵敏度高、抗干扰能力强等优点,即使在交通最繁忙时间,也能保证检测无误。
2 车辆检测系统整体设计
2.1 系统设计方案
系统整体设计如图三所示。环形线圈通过馈线与隔离变压器相连,隔离变压器另一端并联一个电容构成LC谐振电路。该谐振电路的谐振频率可以通过式(1)来计算:
式(1)中:L—环形线圈与馈线的总电感量;C—并联的电容;f—谐振频率。谐振电路的振荡信号接入到集成锁相环电路,经过锁相环电路处理后产生与谐振电路振荡频率相等的方波信号,该信号频率通过单片机计数。得到振荡信号频率后,比较没有车辆经过时的频率便可判断是否有车辆经过。在实际应用中,谐振电路的振荡频率一般限制在20kHz~100kHz之间,环形线圈本身电感量约为150μH,加馈线后约为200μH~250μH。隔离变压器初级线圈和次级线圈匝数比为1:1,它使初级线圈端的电感如实地反映到次级。
2.2 模块设计
2.2.1 单片机
单片机采用ATMEL89C51,它是一种带4K字节可编程可擦除只读存储器的高效微控制器。该单片机资源丰富,具有128B的内部RAM,4个可编程I/O输入输出口,两个16位定时器/计数器,5个中断源和实现对器件串行在线编程的ISP可编程串行通道。P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8个TTL门电流。P1、P2、P3口是内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,可输入输出4个TTL门电流。
2.2.2 耦合振荡电路
耦合振荡电路如图四所示。这是一个电容反馈式振荡电路,其振荡频率在300kHz左右,两个反接的4.3V稳压管使正弦振荡信号限制在-5V到+5V范围之内,耦合变压器原副边匝数比为1:1。
2.2.3 锁相环电路设计
通过检测锁相环判定是否有车辆经过。当车辆移动到埋入地下的线圈上时,传感电路的输出频率发生变化,PLL失锁,通过检测该失锁信号即可得知是否有车越道。因为该探测电路是以相对频率变化而不是绝对频率变化来判断是否有车辆经过,因此具有自我调节能力,不会因为周围的电磁环境改变而失效。
在该设计中,PLL用于跟踪传感电路输出信号的频率变化,产生本振信号u1(t),具体要求是:
(1)在us(t)的频率变化范围(f0~fmax)内,PLL锁定即PLL的中心频率应设定在f0与fmax的之间,且PLL的“捕捉范围”应大于或至少等于us(t)的频率变化范围,保证了当频率发生变化时,PLL始终能够达到锁定状态。
(2)PLL建立的锁定时间不能太长或太短。建立的锁定时间太短,PLL很快锁定,不能看到差频信号;建立的锁定时间太长,PLL很难从失锁状态恢复到锁定状态,使得反映速度变慢。因此要选择适当的积分参数R和C,选择适当的锁定时间。
该设计选用了集成锁相环CD4046来实现,图五为其连接电路。根据CD4046的工作原理,其中心频率是由引脚6、7之间的C1及引脚11的接地电阻R1决定的。因此要选择适当的R1、C1,使得PLL的中心频率达到要求。为了增加PLL中心频率的可调性,在R1上串联一只可变电阻R2。PLL对输入频率的宽度无要求,引脚12悬空。
按照图五所示,调节可变电阻R3,使得引脚9的电压U9=Ucc/2=4.5 V,此时引脚4的输出频率即为PLL的中心频率。选取C1=1 000 pF,R1=5.1 kΩ,R2=10 kΩ,此时中心频率f0=23.7 kHz,刚好满足系统要求。
3 程序设计
脉冲个数基本保持不变,当机动车辆经过环形地埋线圈所在位置时,由于耦合电路振荡频率的增大,使得单片机在单位时间段测得的脉冲个数也相应增加。但是机动车自身铁质是不均匀的,所以当它经过环形地埋线圈时单片机在单位时间段测得的脉冲个数又是变化的,为此我们在软件设计中采用阀值比较法。设地埋线圈所在位置无机动车时单位时间段单片机测得的脉冲个数为N,当机动车辆经过地埋线圈所在位置时单位时间段单片机测得的脉冲个数为NK,脉冲增量NE为NK与N的差值,即NE=NK-N。脉冲增量的经验阀值TH预先设定在EEPROM中,当NE≥TH时认为有车,NE
在非正常情况下,比如地埋线圈线断路,此时相当于耦合变压器空载,振荡频率远远小于地埋线圈线正常连接时的耦合电路振荡频率,因此仍然可以用阀值比较法来判断地埋线圈线是否正常连接。程序流程图如图六所示:
4 结束语
本文设计了一种简单实用的交通流检测装置。在硬件结构上,使用锁相环频率检测电路来检测车辆经过环形线圈时的频率变化;软件设计上,通过实际检测的数据来设定频率增量阈值,大大提高了车辆检测的精度。同时,该检测装置在此基础上进一步改进,可实现对车辆进行测速和车型分类,应用于交通检测和监控场合中,为交通管理与控制提供可靠的决策依据。
参考文献
[1]孙国栋,姜永林,梁起.智能环形线圈车辆检测器的设计与实现[J].微计算机信息,2003,19(9):54-57.
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[3]翁小熊.高速公路机电系统[M].北京:人民交通出版社,2000.
[4]潘永雄.新编单片机原理及应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,2003.
环形线圈车辆检测器的改进设计 篇3
关键词：机动车检测系统 检测技术 检测现状 对策
1 机动车辆检测系统设计问题
伴随着我国市场经济的高速发展，科学技术也在不断进步，产品日益更新促进消费者更容易形成先进的消费观念。随着人民生活水平的不断提高，曾经属于高档消费品的汽车已经走入千家万户，全国范围内的机动车保有量一直处于不断上升的状态。从《道路交通安全法》开始实施以来，机动车检测的工作逐渐呈现出社会化和市场化的趋势，国企改革的浪潮兴起之后，检测站必然要面临着转制的命运。于此同时，民间资本也开始不断投入这块市场，检测站犹如雨后春笋般兴起，投资者投资检测站的目的，无非是追求最大化的利益。为了满足投资者的这种心理和需求，众多小型的检测设备及控制系统的生产商开始陆续在市场商品大潮中涌出水面。初步看去，无论是从投资者的角度还是生产商的角度，检测市场呈现给人们的无不是一种欣欣向荣的景象，如果深入地对这种现象进行分析，就会发现其中的问题所在，这种繁荣只不过是“泡沫”之下的一种假繁荣。首先，从整体的角度来看，机动车的保有量的确在数目上增多了，但是对于与发达地区相比的欠发达地区来说，机动车并没有增长，增长的部分全部集中于发达地区；而经济发达地区也只是分阶段的、持续、稳健的增长，但是检测站完全没有考虑的地区的接受能力和经济影响等因素，不分地区差别盲目增加，甚至是一个小县城都会出现数家检测站。因为客源很少，所以不得不处于半停业的状态。有的检测站为了争夺更多的市场，抢占更多的客源，不惜动用恶性的竞争手段；还有的检测站想要获得更大的利润和更多的客源，擅自减少检测项目，往往是将其中需要时间较长的项目进行撤销，例如前照灯检测、车速表检测；甚至极少数的一部分检测站直接利用电脑完成检测单的修改，使所有受检车辆都可以通过检测，这样一来，检测站也就失去了原有的作用，无形当中埋下了大量的安全隐患。小型的生产商抓住了商机，它们生产的检测设备及控制系统价格比较合理，在市场上具有更大的诱惑力，为什么同样的设备与品牌生产商相比具有如此之大的差距呢？专业人士对其分析得出这样的结论：小型生产商所生产的商品两年之内一般是不会出现什么问题，一旦产品过了保修期，这样、那样的设备问题就会接踵而来。这些生产商通常都是小型生产规模，员工多的有几十个人，少的甚至只有几个人，遇见设备需要维修的情况，他们会趁机索取高昂的维修费用或者是拒绝提供维修服务，甚至有的连厂址都找不到。投资者在采购检测设备时，不要仅仅考虑价格因素，更要从长远的眼光进行思考，免得日后受到经济损失。
近些年中，机动车安全技术逐渐制度化和规划化，待检车辆数量不断增加，我国大部分的大中城市已经形成了车辆检测线，许多经济发展较快的大城市为了满足车辆检测的需要，不断新增具有一定规模的汽车检测线，并且呈现出极为客观的发展态势，如此看来，我国机动车的检测系统已经呈现出一定的规模。
初次检验：初次检验指的是机动车申领牌证时进行的第一次安全检验，检验最主要的目的就是对车身进行丈量，包括车厢的面积、拦板的高度以及车辆的轮距，驾驶座位的程度、轴距等等，此外就是机件的检验，包括发动机的底盘、变速机传动、制动、电系、车身等等。三是对车辆的载货量和载客量进行核定。
定期检验：定期检验的方式最常用的一种方式就是逐车检验。逐车检验主要是为了能够清楚地掌握车辆的技术状况。无论是采取逐车检验还是其他的检验方式，依据的标准都是《机动车运行安全技术条件》，检查的过程要认真进行记录，同时还要确保车辆状况良好。我国机动车的检验通常采取年检的方式，个别情况下也会进行季检。
我国现有的机动车的检测系统当中，由于数量急剧增加的原因，所以呈现出良萎不齐的局面，需要不断加强管理，提升检测系统的整体性能。例如当检测过程中出现异常情况，如滚筒反力式制动检验台上出现车轮抱死与滚筒间打滑，此时倘若制动力显示为不合格，应当以后进行处理以免发生误判，检验人员的业务水平需要借助检测系统才能得以显示，所以检测系统就决定了检测的结果是否可靠。想要避免此类的问题出现，对于任何一个检测系统来说，最重要的是具有过硬的技术，这样无论是哪个检测员进行检测，结果都是正确无误的。这样就会避免合格的车辆被误判成不合格，同样也不会把具有安全隐患的不合格机动车放出去，成为马路上潜伏的“杀手”。
伴随着我国机动车保有量的不断增加，机动车辆的安全隐患和环境污染也已经成为亟待解决的两个问题，我国现阶段在汽车检测技术和管理制度方面都存在着诸多的问题和弊端，机动车检测应该向着信息化、智能化和网络化的方向不断发展，从而提高汽车检测的准确性和可靠性。
2 机动车辆检测系统设计的对策
机动车辆检测系统具有实时检测、实时监控、管理、传输、打印设备，统计和系统管理等功能的机动车全自动的检测线，不同的检测线只需根据实际情况增加或者减少系统的输入接口就能与之配套。
计算机技术现在已经深入到人们的生活当中，它的身影出现在各个领域。在汽车检测过程中如果引入计算机技术，不仅仅能够节省大量的时间，提高汽车检测的工作效率，同时又使得汽车检测具有的可靠性大大提高。机动车辆检测系统主要的检测对象就是机动车安全、尾气排放两个方面，它由三个部分组成，第一个部分是机动车检测设备、第二个部分是机动车自动检测系统、最后一个部分则是检测场网络。机动车辆检测系统不仅检测结果准确可靠，同时还可以利用网络进行对信息的搜集与整理。通过对车辆的检车，不仅仅可以得到比原来人工检测更加可靠的结果，最主要的是避免了原来人工进行检测出现的误判现象。该系统无论是在提高车辆的安全行驶方面，还是控制车辆的尾气污染和噪音污染方面，都起到了很重要的作用，与当今倡导的环保低碳理念互相吻合。此前，我国车辆排放管理一直没有形成统一的标准，一直沿用的是“老车老标准，新车新标准”的政策。如果是没有进行信息化管理的管理检测系统，很可能由于人为的原因导致出现徇私舞弊的现象，实行网络化管理可以有效避免此种现象的产生，体现出车辆监管的公正性，获得更为显著的社会效益。伴随着汽车行业的不断发展，汽车保有量日益激增，怎样才能保证车辆的安全、降低能源消耗、避免车辆对环境造成污染，成为全社会不断研究、寻求解决的一个重大问题。对于改善以上问题，提高车辆检测水平与设备质量是十分必要的。所以说，对机动车检测网络系统进行不断推广是一项艰巨的任务，同时也是十分具有市场前景的一个项目。当前，计算机网络应用于机动车的检测还存在着许多不合理的地方，在今后要逐渐化解此类问题，使网络技术更好地为车辆检测所服务。
参考文献：
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[2]朱程辉，罗国军.汽车安全检测线计算机自动控制系统[J].电子技术，1997（08）.
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[4]张晓红，邵淑华.基于PLC和组态软件的汽车安全性能检测系统[J].计量与测试技术，2009（06）.