課程設(shè)計(論文)-基于環(huán)形感應(yīng)線圈的車輛檢測器設(shè)計

1、<p><b>　　1任務(wù)要求</b></p><p><b>　　1.1任務(wù)要求</b></p><p>　　本課程設(shè)計的主要任務(wù)是設(shè)計基于環(huán)形感應(yīng)線圈的車輛檢測器，要求運用PROTEL電路設(shè)計與制版工具對環(huán)形感應(yīng)線圈車輛檢測器進(jìn)行硬件電路設(shè)計 </p><p>　　1、熟悉環(huán)形線圈車輛檢測器的工作原理； &l

2、t;/p><p>　　2、了解環(huán)形線感應(yīng)線圈的原理和輸出信號的特點； </p><p>　　3、設(shè)計出可將環(huán)形線感應(yīng)線圈的電感變化信號轉(zhuǎn)換為頻率變化信號的振蕩電路；</p><p>　　4、設(shè)計出放大、濾波和整形處理電路</p><p><b>　　1.2原理介紹</b></p><p>　　檢測器的

3、工作原理：環(huán)形感應(yīng)線圈車輛檢測器又稱為地感，多為埋設(shè)式檢測系統(tǒng)一種基于電磁感應(yīng)原理車輛檢測器, 它的傳感器是一個埋在路面下, 通有一定工作電流的環(huán)形線圈。當(dāng)車輛通過環(huán)形地埋線圈或停在環(huán)形地埋線圈上時, 車輛自身鐵質(zhì)切割磁通線, 引起線圈回路電感量的變化, 檢測器通過檢測該電感量就可以檢測出車輛的存在, 檢測這個電感變化量一般來說有兩種方式: 一種是利用相位鎖存器和相位比較器, 對相位的變化進(jìn)行檢測; 另一種方式則是利用由環(huán)形地埋線圈構(gòu)成

4、回路的耦合電路對其振蕩頻率進(jìn)行檢測。本設(shè)計采用了后一種檢測方式。感應(yīng)式環(huán)形線圈行駛車輛檢測器具有性能穩(wěn)定、性價比高、工程應(yīng)用方便、免維護(hù)、技術(shù)不復(fù)雜等特點, 目前在工程上應(yīng)用很廣。</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　智能交通系統(tǒng)利用尖端的電子信息技術(shù)，構(gòu)成人員、車輛和公路三位一體的</p><p>　　新型公路交通系

5、統(tǒng)。它將先進(jìn)的計算機(jī)處理技術(shù)、信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通信傳輸技術(shù)、</p><p>　　自動控制技術(shù)、人工智能及電子技術(shù)等有效地綜合運用于交通運輸管理體系中，</p><p>　　建立一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的準(zhǔn)時、準(zhǔn)確、高效的交通運輸管理體系。</p><p>　　本文著重研究了智能交通系統(tǒng)中的道路交通檢測系統(tǒng)，設(shè)計了基于環(huán)形線圈</p><p&

6、gt;　　的車輛檢測器。采用雙環(huán)形線圈檢測技術(shù)，對車輛通過線圈時檢測電路所產(chǎn)生的</p><p>　　振蕩頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從而完成車流量監(jiān)測。本文介紹了一種基于單片機(jī)的環(huán)</p><p>　　形線圈車輛檢測器系統(tǒng)，并分析了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。該系統(tǒng)的硬件主體以</p><p>　　C8051 為控制核心。實現(xiàn)了路面動態(tài)交通數(shù)據(jù)的采集，采集到的數(shù)據(jù)實時反映了車輛的通過

7、或存在狀況。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作容易，能較精確地檢測出車輛的存在，可應(yīng)用于交通檢測和道路監(jiān)控領(lǐng)域。最后給出了該檢測器詳細(xì)的軟硬件設(shè)計方案。</p><p>　　關(guān)鍵詞：智能交通系統(tǒng)；環(huán)形線圈；交通流檢測；C8051 </p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Intelligent Transportation

8、Systems is a new highway traffic system，which is the trinity of personnel，vehicles and road，using sophisticated electronic information technology ． ITS is a kind of systems combined with the advanced com

9、puter technology，information technology Data-communication technique，auto control art，artificial intelligence and electronic technology， etc．It has been applied in traffic transportation management system，helps to esta

10、blish a wide-extent，whole-directi</p><p>　　Key Words：intelligent transportation。n system(ITS)；1oop；traffic flow </p><p>　　detection；C8051. </p><p><b>　　目錄</b></p>

11、<p>　　1.總體方案選擇與設(shè)計-----------------------------------------------6</p><p>　　1.1 背景----------------------------------------------------------6</p><p>　　1.1.1 輛檢測系統(tǒng)概述-------------------------

12、--------------------6</p><p>　　1.1.2 傳統(tǒng)車輛檢測系統(tǒng)的不足-------------------------------------8</p><p>　　1.1.3 我國車輛檢測系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r---------------------------------9</p><p>　　1.1.4 研究的意義-----------

13、-------------------------------------10</p><p>　　1.2 總體方案設(shè)計-------------------------------------------------11</p><p>　　2 元電路的設(shè)計----------------------------------------------------12</p>

14、<p>　　2.1 應(yīng)線圈的工作原理及輸出信號的特點--------------------------13</p><p>　　2.2 振蕩電路的設(shè)計--------------------------------------------13</p><p>　　2.3 放大電路的設(shè)計--------------------------------------------16&

15、lt;/p><p>　　2.3.1壓跟隨器的設(shè)計-----------------------------------------16</p><p>　　2.3.2放大電路設(shè)計-------------------------------------------17</p><p>　　2.4 濾波電路的設(shè)計------------------------------

16、--------------18</p><p>　　2.5 整形電路的設(shè)計--------------------------------------------20</p><p>　　2.6 檢測電路的設(shè)計--------------------------------------------23</p><p>　　2.7顯示電路設(shè)計------------

17、-----------------------------------24</p><p>　　2.8復(fù)位電路設(shè)計-----------------------------------------------24</p><p>　　3．檢測器的使用---------------------------------------------------25</p><p&

18、gt;　　3 1車輛檢測器的埋地方法----------------------------------------25</p><p>　　3.2線圈的檢測方法----------------------------------------------27</p><p>　　4 總體電路原理圖-----------------------------------------------

19、---29</p><p>　　4.1 元器件清單-------------------------------------------------29</p><p>　　4.2 總體電路的設(shè)計--------------------------------------------30</p><p>　　5.感應(yīng)線圈交通流檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計------------

20、----------------------31</p><p>　　5.1 設(shè)計時需要注意的幾點--------------------------------------31</p><p>　　5.2 程序流程圖------------------------------------------------33</p><p>　　6.研究展望--------

21、------------------------------------------------34</p><p>　　7.心得體會--------------------------------------------------------36</p><p>　　8.參考文獻(xiàn)------------------------------------------------------

22、--39</p><p>　　9 附總體電路原理圖------------------------------------------------42</p><p>　　1.總體方案選擇與設(shè)計</p><p><b>　　1.1 背景</b></p><p>　　1.1.1車輛檢測系統(tǒng)概述</p><

23、;p>　　隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展，城市化的迅速推進(jìn)，帶來了機(jī)動車數(shù)量的迅速增長，造成城市道路交通的需求嚴(yán)重不平衡，因此智能交通成為當(dāng)前緩解交通擁擠的重要手段。自適應(yīng)交通信號控制系統(tǒng)是智能交通控制系統(tǒng)的核心，能夠根據(jù)實際車流量的狀況，在線實時地自動調(diào)整信號控制參數(shù)以適應(yīng)交通流的變化。 </p><p>　　隨著世界城市化的進(jìn)展和汽車的普及，不論是在發(fā)展中國家還是在發(fā)達(dá)家，</p><p>

24、　　交通擁擠加劇、交通事故頻繁、交通環(huán)境惡化等問題日益嚴(yán)重。一般來說，解決</p><p>　　交通擁擠的直接辦法是建設(shè)更多的道路交通設(shè)施，提高路網(wǎng)的通行能力，但無論</p><p>　　是哪個國家，其城市內(nèi)部可供修建道路的空間有限，而且建設(shè)資金的籌措也是面</p><p>　　臨的一個難題。同時，由于交通系統(tǒng)是一個復(fù)雜的大系統(tǒng)，因而，單獨從減少車</p>

25、;<p>　　輛或者增加道路設(shè)施方面考慮是無法根本解決問題的。此外，能源和環(huán)境問題也日益為人們所認(rèn)識，能源的大量消耗，環(huán)境的嚴(yán)重污染，使人類的財富和健康受到極大的損失。在這種背景下，從系統(tǒng)的觀念出發(fā)，把車輛和道路綜合起來考慮，著眼于充分利用現(xiàn)有的道路交通設(shè)施，著重提高道路車輛的運行效率，從</p><p>　　而運用各種高新技術(shù)系統(tǒng)解決交通問題的思想就應(yīng)運而生。</p><p&g

26、t;　　道路交通流信息(包括交通流量、車速、行程時問、車道占有率以及車流密度等參數(shù))是制定道路發(fā)展規(guī)劃，安排道路養(yǎng)護(hù)經(jīng)費規(guī)劃和養(yǎng)護(hù)生產(chǎn)作業(yè)的主要依據(jù)，也是向交通城建規(guī)劃與環(huán)保以及公安交通管理部門提供改善、優(yōu)化道路交通的實際參考資料和數(shù)據(jù)。獲得交通狀況信息在道路網(wǎng)絡(luò)中的分布情況，可以確定道路網(wǎng)絡(luò)密度是否能夠滿足現(xiàn)在和未來的交通需求，解決交通設(shè)施的供給與需求的矛盾，使道路網(wǎng)絡(luò)布局合理化。因此，實時準(zhǔn)確地檢測道路車輛的交通流信息并預(yù)測未來道路

27、交通狀況，進(jìn)而將預(yù)測信息提供給交通控制中心，這樣，就能夠有效地誘導(dǎo)交通避免交通阻塞，減少出行時間和交通事故的發(fā)生。這方面，車輛檢測器則發(fā)揮了重大作用 。</p><p>　　車輛檢測器的運用是隨著高速公路的建設(shè)而發(fā)展起來的。從20世紀(jì)30年代開始在美國、英國生產(chǎn)了氣動橡皮管式的車輛感應(yīng)信號控制器，用以檢測交通流量，調(diào)整綠燈時間長短，減少車輛在路口的延誤，比定時控制靈活，以后又發(fā)明了雷達(dá)、超聲波、光電、地磁、微波以

28、及紅外等檢測器。車輛檢測器是高速公路和城市交通道路監(jiān)控系統(tǒng)中不可缺少的組成部分，主要是通過數(shù)據(jù)采集和設(shè)備監(jiān)視等方式，向監(jiān)控系統(tǒng)中的信息處理和信息發(fā)布單元提供各種交通參數(shù)，作為監(jiān)控中心分析、判斷、發(fā)出信息和提出控制方案的主要依據(jù)。因此，車輛檢測器及其檢測技術(shù)水平的高低直接影響到公路交通監(jiān)控系統(tǒng)的整體運行管理水平。 </p><p>　　對于交通自動控制檢測和數(shù)據(jù)采集起了很大作用當(dāng)前用得最廣的是環(huán)形線圈檢測器。環(huán)形線

29、圈車輛檢測器出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代，自從出現(xiàn)了用于監(jiān)控和觀測道路交通的磁感應(yīng)技術(shù)后，感應(yīng)線圈檢測器的發(fā)展非常迅速。這種檢測器可以檢測車輛經(jīng)過時引起的磁場變化，這種技術(shù)稱為車輛磁場測量,與其它檢測技術(shù)相比更穩(wěn)定、可靠、易于維護(hù)。</p><p>　　隨著微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)的發(fā)展，特別是近年來智能車路系統(tǒng)的飛速發(fā)展，基于環(huán)形線圈的交通檢測器也在不斷改進(jìn)。美國的一家公司研制出一種免維修環(huán)形線圈系統(tǒng)，這種檢測器借助

30、于聚丙烯護(hù)套核對線圈內(nèi)部實行橡膠一瀝青充壓處理，克服了以往環(huán)形線圈所存在的安裝要求高、線圈易損壞等大多數(shù)問題，使線圈壽命保持在1O年，這是感應(yīng)線圈檢測器在質(zhì)上的一個飛躍。目前環(huán)形線圈檢測器仍以高準(zhǔn)確率，低成本，和高可靠性而被大量便用。 </p><p>　　線圈檢測技術(shù)的發(fā)展已很成熟，國內(nèi)外生產(chǎn)廠家也較多，價格相對合理，被高速公路廣泛采用，特別是城市道路公安交警用于抓拍違章車輛也常用這種方法¨”。從對交

31、通檢測器的介紹中可以看出，交通檢測器的種類很多，并且不同的檢測方法各有其不同的優(yōu)缺點。但是環(huán)形線圈檢測器仍然是目前交通控制中應(yīng)用中最廣的交通量檢測器，是道路監(jiān)控系統(tǒng)中非常重要的一部分。利用線圈感應(yīng)來檢測交通參數(shù)是目前世界上技術(shù)較為成熟的檢測方法，可以獲得當(dāng)前監(jiān)控路面的交通量、占有率、速度、車型等數(shù)據(jù)，并以其檢測功能全面、檢測精度高、檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠、靈敏度高、受環(huán)境氣候影響小等優(yōu)點，在相當(dāng)長的時間內(nèi)仍是國內(nèi)主流的交通檢測產(chǎn)品。隨著線圈

32、檢測器設(shè)計精度和可靠性的提高，它將在我國智能交通系統(tǒng)中發(fā)揮更大的作用</p><p>　　1.1.2 傳統(tǒng)車輛檢測系統(tǒng)的不足</p><p>　　1.檢測精度低。檢測域為錐形，無法適應(yīng)車型和車輛高度的變化，存 在車輛相互遮攔問題。特別是小車緊貼著大車行駛時，往往出現(xiàn)漏 檢。嚴(yán)重?fù)頂D時，誤報率也很大。 </p><p&g

33、t;　　。 2.抗干擾能力弱，六級以上大風(fēng)使檢測聲束產(chǎn)生漂移，無法正常檢測。 </p><p>　　3.對公路的路面會造成破壞，影響路面壽命，因為線圈車輛檢測器的使用需要預(yù)先在每條車道下埋設(shè)線圈，那必然要先切割路面。</p><p>　　4.使用壽命不長，一般就為一年左右。因為長期使用后，線圈容易被重型車輛、路面修理等損壞，更換線圈時工作量較大。而且施工時需要封閉車道，這也影響了交通

34、。</p><p>　　5.對于跨車道行駛的車輛還不能正確識別處理，這需要在硬件上或軟件上做相應(yīng)的改進(jìn)研究。</p><p>　　1.1.3 我國車輛檢測系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　早在20世紀(jì)20年代末，國外就已經(jīng)將車輛檢測器用于道路的交通信號控制中。經(jīng)過了這么多年的研究與試驗，車輛檢測技術(shù)達(dá)到了一個很高的水平。還有，出于對交通安全的重視，國外的發(fā)達(dá)國家通

35、常將道路的監(jiān)控放在首位。一旦哪里發(fā)生了交通事故，就可以及時趕到現(xiàn)場救助當(dāng)事者并及時疏導(dǎo)交通，要做到這一點，沒有先進(jìn)的車輛檢測技術(shù)是不行的，強(qiáng)烈的需求刺激了國外檢測器研究的飛速發(fā)展。</p><p>　　隨著對檢測技術(shù)的研究增多，檢測技術(shù)也就變得多種多樣。20世紀(jì)90年代，美國的一些研究機(jī)構(gòu)分別針對這些車輛檢測技術(shù)進(jìn)行了一系列的測試。其中比較權(quán)威的有美國聯(lián)邦公路局贊助的休斯航空公司和Let propusion實驗室

36、進(jìn)行的測試，以及加利福尼亞州立理工大學(xué)、明尼蘇達(dá)交通部和德克薩斯交通研究院的測試。通過不同機(jī)構(gòu)的測試報告反映出，所有的非接觸式檢測器都有著各種各樣的問題，都將影響到檢測的精度</p><p>　　隨著我國汽車保有量的不斷增多和汽車技術(shù)的不斷進(jìn)步，在交通部門統(tǒng)籌規(guī)劃、合理布局的政策引導(dǎo)下，為在用車輛技術(shù)狀況進(jìn)行監(jiān)控和維修質(zhì)量控制提供服務(wù)的汽車檢測行業(yè)得到了迅速發(fā)展，目前已建成各類窀生能檢測站１１００多個，一個布局基

37、本合理、能力配套、管理有序、方便快捷的汽車綜合性能檢測網(wǎng)絡(luò)已基本形成，為保障車輛完好的技術(shù)狀況、監(jiān)督檢查汽車維修質(zhì)量、提高道路運輸能力提供了有力的技術(shù)支持和保障作用。</p><p>　　汽車綜合性能檢測是綜合利用各種現(xiàn)代的檢測技術(shù)和檢測設(shè)備，在汽車不解體或不完全解體的前提下，判斷車輛技術(shù)狀況、查明故障部位和原因的一種技術(shù)手段，主要對汽車的動力性、經(jīng)濟(jì)性、安全性、可靠性以及噪聲、污染排放等狀況進(jìn)行檢測，并提供公正

38、的、科學(xué)的數(shù)據(jù)。汽車綜合性能檢測站是車輛技術(shù)管理現(xiàn)代化的一個重要標(biāo)志，是實施在用車輛技術(shù)管理的手段。汽車綜合性能檢測站在汽車二級維護(hù)竣工檢測、車輛技術(shù)等級評定檢測和汽車大修竣工質(zhì)量檢測以及接受委托而乾地的專項檢測方面發(fā)揮了積極的作用</p><p>　　1.1.4 研究的意義</p><p>　　地感線圈車輛檢測器是目前國際上最通用、使用范圍最廣的車輛檢測器。它以技術(shù)成熟、易于掌握、計數(shù)準(zhǔn)

39、確等優(yōu)點成為最流行的車輛檢測器。在國內(nèi)研究和生產(chǎn)車輛檢測器的企業(yè)還不是很多，況且產(chǎn)品在質(zhì)量上和技術(shù)上都有待提高。所以應(yīng)該在著眼于現(xiàn)有車輛檢測器的基礎(chǔ)上對其性能進(jìn)行改進(jìn)。研發(fā)出性能價格比更具有競爭力的同類產(chǎn)品，不僅具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益，而且具有更大社會效益。我國東部建設(shè)已經(jīng)取得了長足進(jìn)展，在智能交通方面也有很大的改觀，但是我國西部正處于大開發(fā)階段，需要大量地招商引資以帶動地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。西部開發(fā)交通先行，如何加快西部地區(qū)交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，

40、增強(qiáng)西部的可持續(xù)性發(fā)展，對于廣大的從事智能交通系統(tǒng)研究和開發(fā)的人員來說，更具有時代的緊迫感和歷史的使命感。所以隨著西部經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)步，對交通的發(fā)展會有更高的要求，為了防止在道路方面的重復(fù)性建設(shè)，在修建道路的同時，就必須引入智能交通系統(tǒng)產(chǎn)品，做到一步到位．從而避免二次開發(fā)所帶來的人力、物力和財力的浪費。這樣就要求有自己的大量的高技術(shù)、高質(zhì)量的智能交通產(chǎn)品。隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和高速公路通車?yán)锍痰脑黾?、高速公路車流量的日益增長，高速公路

41、監(jiān)控系統(tǒng)的作用越來越突出，</p><p>　　1.2 總體方案設(shè)計</p><p>　　本次設(shè)計是采用環(huán)形線圈車輛檢測器的基本原理，結(jié)合模擬電路，實現(xiàn)對對經(jīng)過車輛的檢測。振蕩電路產(chǎn)生正弦波，經(jīng)過電壓跟隨器以及放大電路放大幅值，使信號更加明顯，再通過濾波電路使通過20KHZ到100KHZ的頻帶，最后通過整形電路使正弦波轉(zhuǎn)換為矩形波，方便后面檢測系統(tǒng)的測量，最后是檢測電路，實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的計

42、算和整理。</p><p><b>　　2單元電路的設(shè)計</b></p><p>　　2.1感應(yīng)線圈的工作原理及輸出信號的特點</p><p>　　環(huán)形感應(yīng)線圈的工作原理：環(huán)形線圈是本電路的電感元件，當(dāng)電流通過環(huán)形線圈時，在其周圍形成一個電磁場，當(dāng)車輛通過環(huán)形地脈線圈或停在環(huán)形地埋線圈上時車輛自身鐵質(zhì)切割磁通線，將導(dǎo)致環(huán)形線圈回路電感量的變化，

43、而線圈電感量的變化又引起車輛檢測器的LC振蕩電路的振蕩頻率和相位相應(yīng)也發(fā)生變化。因此，檢測器通過檢測該電感變化量就可以檢測出車輛的存在。因為電感量的變化表現(xiàn)為頻率的變化和相位的變化，所以，檢測這個電感變化量一般來說有兩種方式：一種是利用相位鎖存器和鑒相器，對相位的變化進(jìn)行檢測，另一種方式則是利用由環(huán)形地埋線圈構(gòu)成回路的耦合電路對其振蕩頻率進(jìn)行檢測。</p><p><b>　　4</b>&l

44、t;/p><p>　　輸出信號的特點：振蕩電路產(chǎn)生正弦波，Q值愈大，曲線愈陡，選頻特性愈好。</p><p>　　2.2 振蕩電路的設(shè)計</p><p>　　振蕩電路的作用主要是將環(huán)形線圈的電感變化轉(zhuǎn)換為輸出波形頻率的變化，通過頻率變化達(dá)到車輛檢測的目的</p><p>　　本設(shè)計才用電容三點式振蕩電路</p><p>　

45、　電容三點式振蕩電路是指兩個電容的3個段分別接在晶體管的3個極。又稱為電容反饋式振蕩電路或科皮茲式振蕩電路。其特點是： </p><p>　　1.輸出波形較好。這是由于反饋電壓取自電容，而電容對于高次諧波阻抗較小。 </p><p>　　2.振蕩頻率較高，一般可達(dá)100MHz以上。 </p><p>　　3.調(diào)節(jié)電容可以振蕩頻率，但同時會影響起振條件。因此，這種電路

46、適用于固定頻率的振蕩。</p><p>　　三點式振蕩器，是指LC振蕩器中選頻網(wǎng)絡(luò)有兩個電容、一個電感或者兩個電感、一個電容組成的振蕩器。一般LC振蕩電路在直流通路正常情況下判別能否振蕩時由于振幅條件不便于判別，只看相位條件即可，只要相位條件滿足，我們就說它能夠振蕩。振蕩電路中的放大器可以是運放，也可以是由晶體管或者場效應(yīng)管組成。對于由運放組成的電路，相位條件相對來說比較好判別；由晶體管或者場效應(yīng)管組成的放大電路

47、，要判別相位條件對學(xué)生來說有一定的難度。要正確判別相位條件需要先分析放大電路的組態(tài)，再看反饋信號與輸出信號之間的相位差，兩者判斷錯一個也得不到正確的結(jié)果。</p><p>　　圖1.電容三點式振蕩電路</p><p>　　在LC諧振回路Q值足夠高的條件下,電路的振蕩頻率為 </p><p>　　由式可看出，振蕩頻率fo基本上有L和與之相連的電容C確定，與C1和C2的

48、關(guān)系很小，所以三極管的極間電容改變時，對fo的影響也很小。</p><p>　　2.3 放大電路的設(shè)計</p><p>　　2.3.1電壓跟隨器的設(shè)計</p><p>　　在電路中，電壓放大器的輸出阻抗一般比較高，通常在幾千歐到幾十千歐，如果后級的輸入阻抗比較小，那么信號就會有相當(dāng)?shù)牟糠謸p耗在前級的輸出電阻中。在這個時候，就需要電壓跟隨器來從中進(jìn)行緩沖。電壓跟隨器作

49、為緩沖級(buffer)及隔離級。起到承上啟下的作用。應(yīng)用電壓跟隨器的另外一個好處就是，提高了輸入阻抗，這樣，輸入電容的容量可以大幅度減小，為應(yīng)用高品質(zhì)的電容提供了前提保證。</p><p>　　圖2.電壓跟隨器電路</p><p>　　2.3.2放大電路設(shè)計</p><p>　　本設(shè)計采用同相比例放大電路</p><p>　　同相比例放大電

50、路（圖3）的輸入信號是從集成運放的同相輸入端引入，輸出信號按比例放大，并與輸入信號同相。電壓放大倍數(shù) ，即輸出電壓與輸入電壓的幅值成正比，且相位相同，因此，實現(xiàn)了同鄉(xiāng)比例運算，比例系數(shù)只取決于電阻Rf</p><p>　　與R1的阻值的精確度和穩(wěn)定性決定了比例運算的精度。可根據(jù)需求調(diào)節(jié)上述兩</p><p>　　電阻的阻值，從而獲得自己所需的電壓放大倍數(shù)。</p>

51、<p><b>　　圖3,放大電路</b></p><p>　　2.4 濾波電路的設(shè)計</p><p>　　由相關(guān)資料可了解到，振蕩電路的頻率約在20k到100k之間，故需保證頻率在一定閾值，故需在放大電路后面增加一帶通濾波器，這樣便提高了檢測的準(zhǔn)確性和抗干擾能力。本文設(shè)計的帶通濾波電路設(shè)計的中心頻率f0為50kHZ，可通過振蕩電路的輸出頻率范圍內(nèi)值。&l

52、t;/p><p>　　當(dāng)取R2=2R，R8=R=10k，C1=C2=320pf時，濾波器的中心頻率計算公式為</p><p>　　= 50kHZ </p><p><b>　　有計算公式得</b></p><p><b>　　通帶電壓放大倍數(shù)：</b></p><p>&

53、lt;b>　　\</b></p><p><b>　　品質(zhì)因數(shù)求得為：</b></p><p><b>　　通帶寬度B為：</b></p><p><b>　　符合預(yù)預(yù)期結(jié)果</b></p><p><b>　　圖4，帶通濾波器</b>&

54、lt;/p><p>　　2.5 整形電路的設(shè)計</p><p>　　由于振蕩電路產(chǎn)生的是正弦波，不利于后面的處理器采集頻率，所以這里要設(shè)計整形電路，將正弦波整形為矩形波，本設(shè)計才用較為簡單的電壓比較器---過零比較器。</p><p>　　電壓比較器可以看作是放大倍數(shù)接近“無窮大”的運算放大器。</p><p>　　電壓比較器的功能：比較兩個電壓

55、的大小(用輸出電壓的高或低電平，表示兩個輸入電壓的大小關(guān)系)： </p><p>　　當(dāng)”＋”輸入端電壓高于”－”輸入端時，電壓比較器輸出為高電平； </p><p>　　當(dāng)”＋”輸入端電壓低于”－”輸入端時，電壓比較器輸出為低電平；</p><p>　　電壓比較器的作用：它可用作模擬電路和數(shù)字電路的接口，還可以用作波形產(chǎn)生和變換電路等。利用簡單電壓比較器可將正弦波

56、變?yōu)橥l率的方波或矩形波。</p><p>　　過零比較器就是翻轉(zhuǎn)閾值為零的比較器。無工作區(qū)域之說，比較器實質(zhì)就是開環(huán)狀態(tài)工作的誤差放大器，以閾值為界，小于閾值則輸出一個邏輯，大于則輸出與剛才相反的邏輯，達(dá)到區(qū)分比較結(jié)果的目的。至于是不是單值要看是否有遲滯量存在。</p><p>　　兩只穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值不同</p><p>　　在實用電路中為了滿足負(fù)載的需要，常在集成

57、運放的輸出端加穩(wěn)壓管限幅電路，從而獲得合適的UOH和UOL，如圖（725）(a)所示。圖中R為限流電阻，兩只穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓均應(yīng)小于集成運放的最大輸出電壓UOM。設(shè)穩(wěn)壓管DZ1的穩(wěn)定電壓為UZ1，穩(wěn)壓管DZ2的穩(wěn)定電壓為UZ2，UZ1和UZ2的正向?qū)妷壕鶠閁D</p><p>　　當(dāng)uI<0時，由于集成運放的輸出電壓u/O=+UOM，DZ1使工作在穩(wěn)壓狀態(tài)，DZ2工作在正向?qū)顟B(tài)，所以輸出電壓<

58、/p><p>　　u O=UOH=（UZ1+UD）</p><p>　　當(dāng)uI>0時，由于集成運放的輸出電壓u/O=-UOM，DZ2使工作在穩(wěn)壓狀態(tài)，DZ1工作在正向?qū)顟B(tài)，所以輸出電壓</p><p>　　u O=UOL=-（UZ2+UD）</p><p>　　兩只穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值相同若要求， U Z1 =U Z2則可以采用兩只特性相同而

59、又制作在一起的穩(wěn)壓管，其符號如圖所示，穩(wěn)定電壓標(biāo)為± U Z。當(dāng) u I <0時， u O =U OH =U Z ;當(dāng) u I >0時， u O =U OL =-U Z。</p><p><b>　　下圖為整形電路</b></p><p><b>　　，</b></p><p><b>

60、　　圖5整形電路</b></p><p>　　2.6 檢測電路的設(shè)計</p><p>　　下圖為檢測的電路，即振蕩電路——放大電路——濾波電路——整形電路——單片機(jī)控制計數(shù)。</p><p>　　振蕩電路產(chǎn)生正弦波，經(jīng)過電壓跟隨器以及放大電路放大幅值，使信號更加明顯，再通過濾波電路使通過20KHZ到100KHZ的頻帶，最后通過整形電路使正弦波轉(zhuǎn)換為矩形波

61、，方便后面檢測系統(tǒng)的測量，最后是檢測電路，實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的計算和整理本電路才用80C51單片機(jī)控制，四片八段數(shù)碼管顯示整體電路如下圖：</p><p><b>　　2.7顯示電路設(shè)計</b></p><p>　　下圖是五位共陰極 LED 動態(tài)顯示接口電路。圖中，P0 空輸出段選碼，P2 口輸</p><p>　　出位選碼，位選碼占用輸出口的線數(shù)

62、決定于顯示器位數(shù)。圖中的反向驅(qū)動器的作用：C8051 的 P2 口正邏輯輸出的位控與共陰極 LED 要求的低電平點亮正好相反，即當(dāng) P1 口位控制線輸出高電平，點亮一位 LED。</p><p><b>　　2.8復(fù)位電路設(shè)計</b></p><p>　　對本課題所設(shè)計的基于雙線圈的檢測系統(tǒng)所采用的結(jié)束檢測的方式基本相同，即在啟動檢測，并確認(rèn)車輛到達(dá)之后，通過判斷線圈

63、(基于雙線圈的檢測系統(tǒng)則判斷第二個線圈)頻率與基頻(基于雙線圈的檢測系統(tǒng)則為第二個線圈的基頻)的差值是否小于一定閾值來判斷車輛是否駛離開線圈，如果滿足，則結(jié)束這一輪檢測，并自動復(fù)位。復(fù)位電路圖如下圖所示：</p><p><b>　　復(fù)位電路圖模塊</b></p><p><b>　　3．檢測器的使用</b></p><p&g

64、t;　　3.1車輛檢測器的埋地方法</p><p>　　如圖下圖所示，前一個緊挨停車線，后一個埋設(shè)在距停車線 5--10cm 處，</p><p>　　一般考慮埋設(shè)在預(yù)計可正常停車數(shù)量所占位置的 l-2 倍處，檢測駛?cè)朐撥嚨赖能嚵繑?shù)；二者之差，既是該車道還存在的車輛數(shù)，也是等待通行的車輛數(shù)。 </p><p>　　地感線圈埋設(shè)首先要用切路機(jī)在路面上切出槽來，在四個角

65、上進(jìn)行 45°\u20498X角處理，防止尖角破壞線圈電纜，切槽寬度—般為 0．4--0．8cm，深度 3--5cm，</p><p>　　同時還要為線圈引線切一條通到路邊的槽將雙絞好的輸出引線通過引出線槽引出[5]。地感線圈埋設(shè)是在車道路面鋪設(shè)完成后或鋪設(shè)路面的同時進(jìn)行的，在線</p><p>　　圈埋好以后，為了加強(qiáng)保護(hù)，用瀝青或軟性樹脂將切槽封上。 線圈安裝時，應(yīng)該盡量避免

66、焊接點，萬不得已則必須良好接觸并做好絕緣；為避免電磁干擾，饋線使用屏蔽電纜，屏蔽電纜的屏蔽線在信號轉(zhuǎn)換器端良好接地；使用雙絞線，防止兩個相鄰線圈的饋線或與電源 220v 之間的相互干擾。</p><p>　　3.2線圈的檢測方法</p><p>　　雙線圈檢測是在路面下一前一后鋪設(shè)兩個線圈，且兩個線圈的放置有一定的</p><p>　　距離，其示意圖如下圖所示：&l

67、t;/p><p><b>　　線圈檢測器示意圖</b></p><p>　　線圈通過檢測電路連接到 CUP 上，當(dāng)車輛經(jīng)過前線圈時，就會改變諧振</p><p>　　電路的頻率，以此就可以檢測出車輛的存在；要檢測車輛的速度，只要測出汽車從開始通過前線圈到到達(dá)后線圈的前后時間 T1??Tb??Ta，就可以測出通過的速度。如果再測出車輛離開后線圈的時間

68、 Tc，車輛從進(jìn)入線圈到完全離去的時間T2=Tc-Ta。，假設(shè)車的長度為 L，那么根據(jù)公式：</p><p>　　Sa??Sb??Sm??L ??V T2</p><p>　　即 L ??V ?T2??Sa??Sb??Sm</p><p>　　從而就可以得到車輛型號的大小。 </p><p>　　3.2.1 信號輸入電路的設(shè)計</p&g

69、t;<p>　　本系統(tǒng)的信號輸入電流時產(chǎn)生正弦波的振蕩器電路，容三點式振蕩器是因為電容的三個端子和器件的三個電極相連接而得名，也稱為考畢茲振蕩器，如下圖</p><p><b>　　所示：</b></p><p><b>　　振蕩電路圖模塊</b></p><p><b>　　4 總體電路原理圖&l

70、t;/b></p><p>　　4.1 元器件清單 </p><p>　　4.2 總體電路的設(shè)計</p><p>　　總體電路如圖所示。檢測器的工作原理：環(huán)形感應(yīng)線圈車輛檢測器又稱為地感，多為埋設(shè)式檢測系統(tǒng)一種基于電磁感應(yīng)原理車輛檢測器, 它的傳感器是一個埋在路面下, 通有一定工作電流的環(huán)形線圈。當(dāng)車輛通過環(huán)形地埋線圈或停在環(huán)形地埋線圈上時, 車輛自身鐵質(zhì)切

71、割磁通線, 引起線圈回路電感量的變化, 檢測器通過檢測該電感量就可以檢測出車輛的存在, 檢測這個電感變化量一般來說有兩種方式: 一種是利用相位鎖存器和相位比較器, 對相位的變化進(jìn)行檢測; 另一種方式則是利用由環(huán)形地埋線圈構(gòu)成回路的耦合電路對其振蕩頻率進(jìn)行檢測。本設(shè)計采用了后一種檢測方式。</p><p>　　振蕩電路產(chǎn)生正弦波，經(jīng)過電壓跟隨器以及放大電路放大幅值，使信號更加明顯，再通過濾波電路使通過20KHZ到1

72、00KHZ的頻帶，最后通過整形電路使正弦波轉(zhuǎn)換為矩形波，方便后面檢測系統(tǒng)的測量，最后是檢測電路，實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的計算和整理本電路才用80C51單片機(jī)控制，四片八段數(shù)碼管顯示整體電路如圖 </p><p>　　5.感應(yīng)線圈交通流檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計</p><p>　　5.1 設(shè)計時需要注意的幾點</p><p>　　( 1 ) 振蕩電路是由電感和電容組成的，在每次檢測完

73、畢后，由于振蕩頻率的變化，在電容上可能有多余的電荷存在，經(jīng)過若干次檢測后，積累的電荷將擊穿電容，使設(shè)備不能正常工作。所以在設(shè)計電路時應(yīng)該考慮振蕩電路的保護(hù)電路。 </p><p>　　( 2 ) 上述設(shè)計思想只是就一個檢測器連接一個地感線的情形。而在實際應(yīng)用中，一般檢測器要連接 2～4 個地感線圈，可以同時檢測多個車道。這些線圈分別埋在相鄰車道下。因此，振蕩電路起振后，線圈之間可能會引入干擾，另外， 電感或電

74、容元件老化也會引起工作誤差。 </p><p>　　( 3 ) 根據(jù)試驗結(jié)果，各種干擾和有車通過時都會引起振蕩電路中心頻率的偏移 。為了保證系統(tǒng)不會因為干擾而發(fā)生誤操作，據(jù)干擾和有車時所引起中心</p><p>　　頻率偏移的程度不同，預(yù)先設(shè)定一個閥值，作為判斷有車無車的界限，當(dāng)中心頻</p><p>　　率 f 偏移大于該閥值時，為有車通過，反之認(rèn)為無車通過 。

75、</p><p>　　5.2 程序流程圖：</p><p><b>　　6.研究展望</b></p><p>　　對于道路交通檢測系統(tǒng)的研究仍在繼續(xù)，雖然經(jīng)過大量的實驗證明該設(shè)計方</p><p>　　案是可行的，但需要更加進(jìn)一步地提高，由于本人的能力有限，本文所做的工作</p><p>　　還需

76、要更加一步地提高，在此基礎(chǔ)上，還可做如下改善： </p><p>　　1、由于同一檢測模塊需對兩路 4 個線圈進(jìn)行檢測，如何更好的避免不同線圈間藕合效應(yīng)是需要重點考慮的問題，目前的方法是給四路振蕩器設(shè)置不同的振蕩頻率，若能使系統(tǒng)對通道逐個掃描將可以更好的解決這個問題，為不同外界環(huán)境下選擇最合適的檢測頻率提供更大的靈活性。</p><p>　　2、功能的進(jìn)一步完善，在本系統(tǒng)的應(yīng)用中主要測了車

77、速，但是在后續(xù)的工作中還可以完善功能， 可以測車流方一向，占有率，密度等。 </p><p>　　3、由于條件及時間方面的關(guān)系，現(xiàn)場應(yīng)用中仍有可能存在一些未曾發(fā)現(xiàn)的問題或者干擾，這就需要在已有系統(tǒng)功能基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)完善。 由于系統(tǒng)采樣與車輛底盤結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系，而目前我國普遍存在私自改造貨運機(jī)動車和行駛廢舊車輛的現(xiàn)象，大大影響了系統(tǒng)實際應(yīng)用的前景，便我們相信，隨著國家對機(jī)動車輛管理制度的完善，該系統(tǒng)仍然具有廣闊的

78、應(yīng)用前景。</p><p>　　隨著車輛的增多和交通的飛速發(fā)展，在道路交通管理與控制中對交通信息的</p><p>　　需求越來越多。實時準(zhǔn)確地檢測道路車輛的交通流信息并預(yù)測未來道路交通況，進(jìn)而將預(yù)測信息提供給交通控制中心，這樣，就能夠有效地誘導(dǎo)交通避免交通阻塞，減少出行時間和交通事故的發(fā)生。并且，交通數(shù)據(jù)檢測在交通控制系統(tǒng)中是十分重要的，精確和可靠的檢測數(shù)據(jù)是在交通控制中進(jìn)行合理的信號配

79、時優(yōu)化的基礎(chǔ)：而實時準(zhǔn)確地對交通流預(yù)測，即有效地利用實時的交通數(shù)據(jù)預(yù)測未</p><p>　　來的交通狀況，是實現(xiàn)有效的交通控制和交通誘導(dǎo)的關(guān)鍵所在</p><p><b>　　7.心得體會</b></p><p>　　首先說說我在設(shè)計過程中所學(xué)到的知識。不可否認(rèn)，盡管一開始做起時總是硬著頭皮懶于學(xué)問，但當(dāng)我開始慢慢打開這門課程的大門后，便又在

80、不斷的探索和尋求中收獲了不少知識。先是鞏固了先前學(xué)的《模電》理論知識，以前學(xué)模電時，總是只見樹木不見森林，而如今終于明白放大電路，電壓比較器，振蕩電路等模塊放在一個系統(tǒng)里是如何發(fā)揮作用的，其次是也結(jié)合實踐更進(jìn)一步理解到本學(xué)期的《測控電路》《單片機(jī)》這門課，本學(xué)期做了四次測控電路的實驗課，腦海里也存留了些對模擬電路的認(rèn)識，以及對示波器的運用等，在課設(shè)中做仿真波形的時候，這點點殘留的知識儲備發(fā)揮了重要的作用，從而提高了這個設(shè)計的進(jìn)程，再三是

81、讓我同時也學(xué)到了新知識，比如 proteus 和protel這兩個軟件在以前只是稍稍用過一兩次，沒有真正的運用和了解，而這此課設(shè)的主要工具就是它，在這兩個星期中，跟這兩個軟件成天的打交道，想不熟悉都難。當(dāng)然，還有些功能我們的設(shè)計并沒有用到，但也在使用中有了些許的了解。最后重要一點是讓我學(xué)會了如何利用網(wǎng)絡(luò)和圖書館的資源獲取有用的信息和資料，而且也培養(yǎng)了我獨立思考和實踐的能力，更令我的創(chuàng)造性思維得到拓展。總之，收獲甚豐。</p>

82、<p>　　不可避免，在這次課程設(shè)計過程中，我也遇到了很多問題。比如發(fā)現(xiàn)proteus這個軟件易上手的同時也有美中不足呀，在安裝順利的情況下，發(fā)現(xiàn)很多元件根本找不到，連最基本的一個電容元件都是提示不存在，于是在網(wǎng)上搜了下原因，才曉得是庫元件沒有安裝成功，就弄了很些許時間，才把它給搞定。接下來的濾波電路和整形電路都沒有讓我太惱火，也算順利就完成了，這樣我再繼續(xù)完成下面的工作時心里也有了個底，便不會如此心浮氣躁了。</p

83、><p>　　當(dāng)然過這一次的課程設(shè)計，我不僅僅學(xué)到了專業(yè)的知識，更使我更加的認(rèn)識了自己。其實做一次的課程設(shè)計就是在教會我怎么樣做事情，它告訴我完成一件事情，一定要靜下心來思考，遇到困難即便滿腦子想著要退縮，也要提醒自己不可做縮頭烏龜，迎難而上，心平氣和的解決掉它，而不是心神不寧的與之抗?fàn)帯Ｊ氐迷崎_見月明，正是此時的心情。當(dāng)然,也在這個過程中認(rèn)識到自己很多的缺點與不足,比如,在做最后的結(jié)題報告時,需要按要求編輯文檔字號

84、,頁眉頁腳以及做EXCEL表格時發(fā)現(xiàn)這些平常以為小菜一碟的東西原來自己都不會，后來通過查閱資料把office的功能瀏覽了一遍，體會到這些我們平常最容易忽視的東西其實多么實用。</p><p>　　最后，感慨的說這是大四的最后一門課程了，做完這個我們也即將迎來我們寶貴的大學(xué)時光結(jié)束，我也即將拿著自身有限的資源去謀求一份實在的工作，在未來的工作中國，也會有跟多的機(jī)會要鍛煉自己，磨練自己，修煉自己、或許將來一次這樣的機(jī)

85、會，會讓我想起這一次課程設(shè)計的經(jīng)歷，感謝它給了我大學(xué)里一次難得的令人回味的體驗。</p><p><b>　　8.參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1.趙艷秋,劉桂香,王廣義. 環(huán)形線圈車輛檢測器的研究[J].微計算機(jī)信息,2007,23.</p><p>　　2.杜立紅. 一種基于環(huán)形線圈的車輛檢測器設(shè)計[J].電器開關(guān),2007,2.&

86、lt;/p><p>　　3.姚嘉,李英娟,馬麗麗. 具有車型識別功能的車輛檢測器設(shè)計[J].佳木斯大學(xué)學(xué)報(自然 科學(xué)版),2008,1.</p><p>　　4.高健,沈慶宏,高果堂. ITS 中車輛檢測器設(shè)備的研究與實現(xiàn)[J].交通與計算機(jī),2002,20.</p><p>　　5.李寧. 一種感應(yīng)線圈車輛檢測器的抗干擾方法[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2001,12.

87、</p><p>　　6.孫國棟,姜永林,梁起. 智能環(huán)形線圈車輛檢測器的設(shè)計與實現(xiàn)[J].微計算機(jī)信息,2003,9.</p><p>　　7.荊便順編著.道路交通控制工程.人民交通出版社. 1995 </p><p>　　8.劉偉銘，王煒主編:交通運輸管理工程. 2002 </p><p>　　9.張迎新.單片微型計算機(jī)原理左用及接口技術(shù)

88、[M].北京:國防工業(yè)出版社.1996. </p><p>　　10.王福瑞.單片微機(jī)測控系統(tǒng)設(shè)計大全[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社. 1998 </p><p>　　11.馬英.環(huán)型線圈車輛檢測器在電子警察系統(tǒng)中的應(yīng)用.現(xiàn)代電子技術(shù). 2008 年第 1 期 </p><p>　　12.韓孝義:高速公路車輛檢測器的應(yīng)用及發(fā)展.趨勢交通工程. 2009 年 1

89、1 期 </p><p>　　13.曹琳琳、曹巧媛編著.單片機(jī)原理及接口技術(shù).長沙: 國防科技大學(xué)出版社.2000 </p><p>　　14.(美)Mark Nelson 著.串行通信開發(fā)指南( 第二版).北京: 中國水利水電社.2000 </p><p>　　15.何立民編著. MCS-5 系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)配置與接口技術(shù).北京:北京航空航天大學(xué)出版社.

90、1999 </p><p>　　16.荊便順編著.道路交通控制工程. 北京: 人民交通出版社.1995 </p><p>　　17.張秀珍、戴伏生、毛興鵬.熱釋電紅外傳感器在車輛計數(shù)系統(tǒng)中的應(yīng)用. 傳感器技術(shù) 2000 </p><p>　　18.王春波、張東、許曉鳴.計算機(jī)視覺技術(shù)在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用.測控術(shù).2000 </p><p>

91、　　19.姜紫峰.車輛檢測器的進(jìn)展. 北京: 公路交通科技.1996 </p><p>　　20.李寧.一種感應(yīng)線圈車輛檢測器的抗干擾方法. 現(xiàn)代電子技術(shù).2001 </p><p>　　21.王水波、郭亞、鄭貴楨．基 AT89C2051 的交通車輛檢測系統(tǒng).工業(yè)控制計算．2007 </p><p>　　22.羅偉雄、韓力、丁志杰．鎖相技術(shù)及其應(yīng)用．1990 &l