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一種基于環(huán)形線圈的車輛檢測(cè)器設(shè)計(jì)
（作者未知） 2010/3/25
一種基于環(huán)形線圈的車輛檢測(cè)器設(shè)計(jì)
1 設(shè)計(jì)的意義及目的
近年來，高速公路收費(fèi)站的控制手段由人工向自動(dòng)化過渡，如車輛到離檢測(cè)、道閘欄桿抬落等前端操作步驟已全部由智能交通系統(tǒng)控制，減輕了人工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了通行效率。
智能交通系統(tǒng)是將先進(jìn)的信息處理技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、電子控制技術(shù)以及計(jì)算機(jī)處理技術(shù)以及其它現(xiàn)代技術(shù)集成應(yīng)用于交通運(yùn)輸領(lǐng)域，建立起高效的運(yùn)輸管理系統(tǒng)。高速公路交通信息自動(dòng)化管理系統(tǒng)主要由通訊系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、收費(fèi)系統(tǒng)3個(gè)部分構(gòu)成。整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)是行駛車輛檢測(cè)器。它以機(jī)動(dòng)車輛為檢測(cè)目標(biāo)，檢測(cè)車輛的通過或存在狀況，其作用是為智能交通控制系統(tǒng)提供足夠的信息以便進(jìn)行最優(yōu)的控制。該儀器主要應(yīng)用于交通收費(fèi)站管理，以提高收費(fèi)道路的經(jīng)濟(jì)效益。只有對(duì)通過車輛信息進(jìn)行有效、準(zhǔn)確的分析并進(jìn)行相應(yīng)的控制，才能實(shí)現(xiàn)整個(gè)高速公路交通信息的自動(dòng)化管理。
2 發(fā)展概況
對(duì)車輛檢測(cè)而言,我國(guó)目前有很多方法,常用的檢測(cè)器主要有感應(yīng)式環(huán)形線圈車輛檢測(cè)器、脈沖超聲波檢測(cè)器、地磁性檢測(cè)器,還有雷達(dá)檢測(cè)器、光電檢測(cè)器以及基于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的視頻檢測(cè)器等�？紤]到性價(jià)比、技術(shù)復(fù)雜性、可靠性、維護(hù)要求、適用范圍等因素，它們各自有優(yōu)缺點(diǎn),各有特定的市場(chǎng)范圍。感應(yīng)式環(huán)形線圈車輛檢測(cè)器具有性能穩(wěn)定、電路簡(jiǎn)單、成本低、使用方便、免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)際上公認(rèn)較為成熟且廣泛使用的自適應(yīng)區(qū)域交通協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)有悉尼協(xié)調(diào)自適應(yīng)交通系統(tǒng)，綠信比、周期和相位差優(yōu)化技術(shù)，它們使用的車輛檢測(cè)器均為環(huán)形線圈車輛檢測(cè)器。
針對(duì)現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)車輛檢測(cè)器的生產(chǎn)廠家較少，產(chǎn)品性能較低，而國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)格高，外圍接口少，沒有車型分類功能的情況，我們研究開發(fā)了智能環(huán)形線圈檢測(cè)器，與進(jìn)口產(chǎn)品相比具有性價(jià)比高、靈敏度高、外圍接口多、具備車型分類功能等優(yōu)勢(shì)。
雖然計(jì)算機(jī)視頻檢測(cè)器具有識(shí)別范圍廣，能提供綜合交通流信息的優(yōu)點(diǎn)，但它一時(shí)難以解決視覺理論、關(guān)鍵技術(shù)與工程實(shí)現(xiàn)等問題，故研究智能環(huán)形線圈檢測(cè)器具有比較現(xiàn)實(shí)的意義。
3 車輛檢測(cè)器的設(shè)計(jì)
車輛的到離檢測(cè)對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)是十分關(guān)鍵的。在車輛經(jīng)過道路檢測(cè)點(diǎn)地表上埋入一個(gè)方形線圈,然后將它接入正弦波振蕩器作為諧振回路的一部分，這樣當(dāng)被測(cè)車輛駛近時(shí)，其鐵底盤必將減少該檢測(cè)線圈的磁通量，從而導(dǎo)致振蕩器的頻率升高，由此便可用電感式接近開關(guān)實(shí)現(xiàn)車輛的到離檢測(cè)。
3．1 工作原理
環(huán)形線圈車輛檢測(cè)器是一種基于電磁感應(yīng)原理車輛檢測(cè)器，它的傳感器是一個(gè)埋在路面下，通有一定工作電流的環(huán)形線圈(一般為2m×1．5m)。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(shí)，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(cè)器通過檢測(cè)該電感量就可以檢測(cè)出車輛的存在，檢測(cè)這個(gè)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(duì)相位的變化進(jìn)行檢測(cè)；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(duì)其振蕩頻率進(jìn)行檢測(cè)。本設(shè)計(jì)采用了后一種檢測(cè)方式。感應(yīng)式環(huán)形線圈行駛車輛檢測(cè)器具有性能穩(wěn)定、性價(jià)比高、工程應(yīng)用方便、免維護(hù)、技術(shù)不復(fù)雜等特點(diǎn)，目前在工程上應(yīng)用很廣。
3．2 硬件組成
檢測(cè)裝置主要由傳感器、微控制器、輸入輸出等三部分組成。
(1)傳感器部分
在地面1O～20mm 下，挖掘一個(gè)2m×1．5m 左右的溝槽，溝槽寬度約10ram，用導(dǎo)線沿溝槽繞若干圈，構(gòu)成了電感線圈。通過地下溝道，用低阻導(dǎo)線將線圈的兩個(gè)節(jié)頭引到處理箱中。當(dāng)機(jī)動(dòng)車輛通過線圈部分時(shí)，線圈電感量發(fā)生變化。經(jīng)實(shí)際測(cè)試，當(dāng)微型面包車和轎車處于線圈上方時(shí)，電感量將減少2 ～3％左右；卡車處于上方時(shí)，電感量的變化約是前者的一半左右。線圈接入振蕩電路中，電感量的變化引起振蕩頻率變化。電感量減小，振蕩頻率增大，頻率變化的相對(duì)量基本上是電感量變化量的一半。
(2)微控制器部分
PIC16F877單片機(jī)是PIC系列單片機(jī)的一種，在其眾多優(yōu)點(diǎn)當(dāng)中最重要的一條是，它可以實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試和在線編程，是MCS～51單片機(jī)所不具備的。
(3)輸入輸出部分
傳感器信號(hào)輸入：線圈接入振蕩電路中，單片機(jī)通過測(cè)量振蕩信號(hào)頻率來判斷是否有車輛通過。信號(hào)輸出為光隔開關(guān)量輸出及工作狀態(tài)指示。
3．4 設(shè)計(jì)時(shí)注意的問題
(1)局體實(shí)現(xiàn)時(shí)必須首先考慮檢測(cè)識(shí)別速度與車輛行進(jìn)速度之間的關(guān)系。按照相關(guān)的公路收費(fèi)站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，要求車輛的檢測(cè)識(shí)別能適應(yīng)O～8O km／h的行駛速度。由于地埋線圈沿車輛行駛方向的寬度約為1 ～1．5 m ，為了實(shí)現(xiàn)可靠的識(shí)別，必須確保（未完，下一頁(yè)）
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