專利名稱：一種用于車流量的電渦流檢測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種車流量傳感器，尤其涉及一種用于車流量的電渦流檢測(cè)器。
背景技術(shù)：
智能交通系統(tǒng)是通過檢測(cè)車流量來優(yōu)化分配各路口紅綠燈時(shí)間，疏導(dǎo)車流，達(dá)到減緩交通堵塞的目的。提高道路利用率。智能交通系統(tǒng)主要依賴于車流量傳感器的性能?，F(xiàn)在車流量檢測(cè)器包括超聲波、 光電、微波、壓點(diǎn)、視頻和電渦流檢測(cè)等多種檢測(cè)器，這些傳感器各有其優(yōu)缺點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于，提供一種用于車流量的電渦流檢測(cè)器。為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本實(shí)用新型采取如下的技術(shù)解決方案一種用于車流量的電渦流檢測(cè)器，其特征在于，由檢測(cè)線圈、變壓器、受控振蕩電路、靈敏度設(shè)定電路、脈寬測(cè)量電路和信號(hào)輸出電路組成，檢測(cè)線圈通過變壓器連接在受控振蕩電路的輸入端，受控振蕩電路與靈敏度設(shè)定電路連接，靈敏度設(shè)定電路連接脈寬測(cè)量電路，脈寬測(cè)量電路與信號(hào)輸出電路相連。本實(shí)用新型的車流量的電渦流檢測(cè)器，采用了硬件電路配合軟件來實(shí)現(xiàn)，該電渦流檢測(cè)器檢測(cè)精度高，工作可靠、穩(wěn)定，成本低廉，在車流量檢測(cè)中的應(yīng)用具有廣泛的前景

圖I為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本實(shí)用新型的車流檢測(cè)程序流程圖；圖3為受控振蕩器及波形變換電路；圖4為脈寬測(cè)量電路原理圖；圖5為靈敏度設(shè)定電路；圖6為車輛通過時(shí)電路計(jì)數(shù)值變化圖。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
具體實(shí)施方式
如圖I所示，本實(shí)施例給出一種用于車流量的電渦流檢測(cè)器，由至少一個(gè)檢測(cè)線圈、變壓器、受控振蕩電路、靈敏度設(shè)定電路、脈寬測(cè)量電路和信號(hào)輸出電路組成，檢測(cè)線圈通過變壓器連接在受控振蕩電路的輸入端，受控振蕩電路與靈敏度設(shè)定電路連接，靈敏度設(shè)定電路連接脈寬測(cè)量電路，脈寬測(cè)量電路與信號(hào)輸出電路相連接。以下是本實(shí)用新型的原理和實(shí)現(xiàn)方式。用導(dǎo)線繞3到4圈，埋在到路面下，構(gòu)成檢測(cè)用的環(huán)形線圈。當(dāng)檢測(cè)線圈中有高頻電流通過時(shí)，在環(huán)的周圍就產(chǎn)生了交變電磁場(chǎng)，交變電磁場(chǎng)使車體內(nèi)產(chǎn)生電渦流。該電渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)總是反抗引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)的變化，即車體內(nèi)電渦流的磁場(chǎng)對(duì)環(huán)形線圈的磁場(chǎng)有去磁作用，使線圈的電感量有減小的作用；另一方面如有車輛從環(huán)形線圈上通過，由于車體一般是由鐵磁材料構(gòu)成的，有使線圈電感量增加的作用。根據(jù)相關(guān)研究認(rèn)為，當(dāng)環(huán)形線圈中的電渦流頻率為20kHz < f < 180kHz時(shí)，渦流的去磁占主導(dǎo)地位，環(huán)形線圈的電感量明顯減小，該環(huán)形線圈作為振蕩電路的一個(gè)組成部分，根據(jù)電磁感應(yīng)原理可知，環(huán)形線圈總
的等效電感也減小，由可知電路的振蕩頻率將明顯增加。本實(shí)施例選用28kHz
作為無車時(shí)的振蕩頻率。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得，當(dāng)有車輛通過檢測(cè)線圈時(shí)，頻率變換率在2 %到 3%左右，檢測(cè)線圈可以很好的測(cè)量出來。本實(shí)用新型的用于車流量的電渦流檢測(cè)器，其功能是由硬件電路配合軟件來完成的，當(dāng)硬件電路基本確定后，軟件的功能也就基本確定下來了。按照結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的思想，將軟件功能分解成各個(gè)可執(zhí)行的最小模塊，每個(gè)可執(zhí)行的最小模塊由一個(gè)子程序開完成，再通過主程序調(diào)用，完成整個(gè)系統(tǒng)功能。圖2為主程序流程圖。如圖3所示，圖3為一路受控振蕩電路，當(dāng)控制信號(hào)KZl為低電平時(shí)，三極管Ql飽和導(dǎo)通，電源V。。向振蕩電路供電。V。。通過R3，R4的分壓，使三極管Q2獲得合適的基電位， Q2工作在放大狀態(tài)，電感和電容C2 (C2+C4)C3構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò)和反饋環(huán)節(jié)，從而形成電容三點(diǎn)式振蕩器，產(chǎn)生正弦波，Jl是用來改變震蕩頻率的。用低阻導(dǎo)線將檢測(cè)線圈的兩個(gè)節(jié)頭引出，然后通過變壓器與振蕩電路相連。當(dāng)機(jī)動(dòng)車輛通過檢測(cè)線圈部分時(shí)，使得線圈的電感量發(fā)生變化。該變化通過變壓器反射到振蕩電路中，使振蕩電路中的電感也發(fā)生變化，進(jìn)而引起震蕩頻率變化。插針J2使變壓器的匝數(shù)比可調(diào)，以此改變檢測(cè)的靈感度。振蕩電路起振后產(chǎn)生正弦波，通過電阻R6加在三極管Q3的基極上。三極管的發(fā)射節(jié)等效電阻較低且具有結(jié)電容效應(yīng)，可以抑制尖脈沖干擾。Q3在這里其比較器的作用，當(dāng)所加電壓大于Q3的導(dǎo)通電壓時(shí)，三極管導(dǎo)通，輸出低電平，當(dāng)所加電壓小于導(dǎo)通電壓時(shí)，三極管截止，輸出高電平。從而實(shí)現(xiàn)了將正弦信號(hào)轉(zhuǎn)化為矩形波信號(hào)，該信號(hào)即為被測(cè)信號(hào)， 此信號(hào)可被送往計(jì)數(shù)器進(jìn)行脈沖測(cè)量。由于振蕩電路振蕩頻率不高，為實(shí)現(xiàn)頻率的等精度測(cè)量，本實(shí)施例是用測(cè)脈寬的方法來實(shí)現(xiàn)的。測(cè)脈寬時(shí)，可將被測(cè)信號(hào)分頻，使脈寬變寬，計(jì)數(shù)值增大，測(cè)量精度提高。如圖4所示，采用“是非”邏輯門作為控制閘門，當(dāng)控制信號(hào)有效，即為低電平時(shí)，在被測(cè)信號(hào)的高電平期間，計(jì)數(shù)器將以晶振頻率為時(shí)基進(jìn)行計(jì)數(shù)。再根據(jù)Tx = CiTc^P可測(cè)出脈寬。因本實(shí)施例中僅對(duì)比值感興趣，且周期和頻率互為倒數(shù)，故不再區(qū)分頻率和計(jì)數(shù)值。脈寬測(cè)量電路原理如圖4所示，振蕩電路產(chǎn)生的正弦波經(jīng)過比較器轉(zhuǎn)化為矩形波信號(hào)后，在P3. 7控制計(jì)數(shù)器清零后，加在計(jì)數(shù)器芯片MC14024的CLK輸入端，MC14024將加在CLK端的矩形波信號(hào)進(jìn)行16分頻，加在或非門74HC02上，74HC02由4個(gè)兩端輸入的或非門組成，在圖4中編號(hào)分別為UlA, UlB, UlC, U1D，其中UlB, UlD用作控制門，UlA與石英晶 Yl體構(gòu)成多諧振蕩器。16分頻信號(hào)首先送往U1D，U1D通過單片機(jī)口線P3. 6控制，當(dāng)P3. 6 為高時(shí)，UlD被關(guān)閉；當(dāng)P3. 6為低時(shí)，UlD打開，此時(shí)分頻信號(hào)送往U1B。UlB相當(dāng)于圖4中的閘門。當(dāng)P3. 6置有效電平即低電平，分頻信號(hào)變?yōu)楦唠娖綍r(shí)即UlD輸出為低電平閘門 UlB被打開，石英晶體振蕩電路產(chǎn)生的時(shí)標(biāo)信號(hào)送往計(jì)數(shù)器74HC4024進(jìn)行計(jì)數(shù)。這個(gè)計(jì)數(shù)值可被單片機(jī)讀取，由于74HV4024是個(gè)7位計(jì)數(shù)器，最大只能記到128，為了有較高的測(cè)量精度，計(jì)數(shù)值N都較大，故需將其高位接到單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)器TC，則計(jì)數(shù)器最多可記到223。 分頻信號(hào)等價(jià)為待測(cè)信號(hào)，控制對(duì)石英晶體振蕩電路產(chǎn)生的時(shí)標(biāo)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)有車通過探測(cè)線圈時(shí)，將引起探測(cè)線圈的電感量減小，從而矩形波信號(hào)頻率增加，即測(cè)量的脈寬變短，記得的數(shù)Ci將較小。車流檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用在不同的環(huán)境中會(huì)有不同的效果。溫度、路面情況以及周邊環(huán)境等都會(huì)影響到車流檢測(cè)時(shí)的準(zhǔn)確度，為了準(zhǔn)確測(cè)量出車輛，使車流檢測(cè)系統(tǒng)能應(yīng)用在不同的環(huán)境中，可通過設(shè)定靈敏度來達(dá)到這一目的。靈敏度設(shè)定的電路圖如圖5所示。靈敏度由兩個(gè)8位的平撥開關(guān)設(shè)定，每四位連成一組，共4組，則可對(duì)4路車流檢測(cè)進(jìn)行靈敏度設(shè)定。這4位一組的平撥開關(guān)的一端連在一起形成公共端，公共端與AT89S52 的P2 口的高4位口線中的一位相連，形成控制端。另一端通過二極管與AT89S52的P2 口低 4位口線相連，二極管防止在2個(gè)口線之間形成回路燒壞芯片。當(dāng)高4位中的某位口線給出低電平時(shí)，可從P2 口的低4位讀入該口線所控制的那組撥碼的設(shè)置值，該設(shè)置值從“0000” 到“1111”，最多可設(shè)置16個(gè)值，用它和事先確定的靈敏度對(duì)應(yīng)。電路工作時(shí)，有測(cè)量電路確定計(jì)數(shù)值算出計(jì)數(shù)值的變化率，單片機(jī)根據(jù)從P2 口讀入的靈敏度的設(shè)定值，對(duì)測(cè)得的變化率和這個(gè)設(shè)定值比較，通過一定的算法判斷是否有車輛通過。每次測(cè)量完后，如有車輛通過，的對(duì)該路檢測(cè)的單片機(jī)口線輸出一個(gè)有效電平，點(diǎn)亮一個(gè)LED燈，同時(shí)驅(qū)動(dòng)一個(gè)電磁繼電器輸出一個(gè)開關(guān)信號(hào),該信號(hào)可被外部電路或其他設(shè)備讀取，作為車流信號(hào)的輸出。零點(diǎn)計(jì)數(shù)值是在檢測(cè)線圈上沒有車輛通過時(shí)電路的計(jì)數(shù)值。在上電復(fù)位后，對(duì)每路振蕩回路分別進(jìn)行多次檢測(cè)(比如η次檢測(cè))，并對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波后，取其相近最大值的平均值作為每路的零點(diǎn)計(jì)數(shù)值Q。在正常工作時(shí)， 如果測(cè)的某路無車通過，則把本次測(cè)量的計(jì)數(shù)值Ci存入緩存區(qū)，記錄m次以后，對(duì)m次的記錄進(jìn)行數(shù)字濾波并取其相近最大值的平均值對(duì)零點(diǎn)計(jì)數(shù)值進(jìn)行修正；如果測(cè)得某路有車通過，則保持該路的零點(diǎn)計(jì)數(shù)值Ctl不變。這樣通過數(shù)字濾波并取平均值的方法，保證了零點(diǎn)計(jì)數(shù)值確定的準(zhǔn)確性。一個(gè)變壓器可以帶4路檢測(cè)線圈，現(xiàn)以其中一路為例，說明車流信號(hào)的識(shí)別算法。 由單片機(jī)PO 口對(duì)應(yīng)口線控制振蕩電路起振，經(jīng)延時(shí)穩(wěn)定后，就可驅(qū)動(dòng)檢測(cè)線圈對(duì)車流信息進(jìn)行檢測(cè)。振蕩電路以大約28kHz的頻率震蕩，經(jīng)轉(zhuǎn)換后變?yōu)榭垢蓴_能力更強(qiáng)的矩形波送往計(jì)數(shù)器進(jìn)行測(cè)量。因?yàn)轭l率較低，故采用門控計(jì)數(shù)法對(duì)脈寬進(jìn)行測(cè)量。在這里為減小量化誤差，應(yīng)使計(jì)數(shù)值盡可能大，為此將被測(cè)信號(hào)16分頻后在進(jìn)行測(cè)量。則分頻后脈寬大約為T =16/28kHz = O. 57ms (振蕩頻率大約為28kHz)左右，對(duì)每路每次進(jìn)行4采樣，公約2. 5ms, 4路共IOms ;根據(jù)車輛速度和檢測(cè)線圈長度估計(jì)車輛通過檢測(cè)線圈的時(shí)間大于50ms(2m長， 除以最高車速)，每次車輛經(jīng)過線圈時(shí)，被測(cè)量5次以上(N = 50ms/10ms = 5，測(cè)量下一路時(shí)考慮震蕩穩(wěn)定時(shí)間，故取5次)，可測(cè)約20個(gè)數(shù)據(jù)。車輛是否進(jìn)入線圈上方，是通過測(cè)量的計(jì)數(shù)值Ci與零點(diǎn)計(jì)數(shù)值Ctl相比較后判斷的，圖6所示的曲線中描述了車輛經(jīng)過時(shí)測(cè)得計(jì)數(shù)值的變化情況。h到t2時(shí)段為無車輛狀態(tài)，t2到t3為車輛進(jìn)入狀態(tài),t3到t4為車輛駛出狀態(tài),t4到t5為無車輛狀態(tài)。則在L到t4 時(shí)段檢測(cè)板應(yīng)識(shí)別為有車輛通過。零點(diǎn)計(jì)數(shù)Ctl值確定后，再根據(jù)設(shè)定的靈敏度S，由某次測(cè)量測(cè)得計(jì)數(shù)值Ci判斷。BP (C0-Ci) /C0 > S ；如果上式成立，且連續(xù)三次以上測(cè)量上式均成立，并且計(jì)數(shù)Ci值呈遞減趨勢(shì)，則認(rèn)為車輛進(jìn)入檢測(cè)線圈，否則認(rèn)為沒有車輛進(jìn)入檢測(cè)線圈；如果上式成立，且連續(xù)三次以上測(cè)量上式均成立，并且計(jì)數(shù)Ci值呈遞增趨勢(shì)，則認(rèn)為車輛已經(jīng)離開檢測(cè)線圈。當(dāng)前后檢測(cè)到車輛進(jìn)入線圈和離開線圈的過程時(shí)，則認(rèn)為車輛通過。通過這種算法可消除尖脈沖的干擾，保證了測(cè)量結(jié)果的可靠性。
權(quán)利要求1.一種用于車流量的電渦流檢測(cè)器，其特征在于，由檢測(cè)線圈、變壓器、受控振蕩電路、 靈敏度設(shè)定電路、脈寬測(cè)量電路和信號(hào)輸出電路組成，檢測(cè)線圈通過變壓器連接在受控振蕩電路的輸入端，受控振蕩電路與靈敏度設(shè)定電路連接，靈敏度設(shè)定電路連接脈寬測(cè)量電路，脈寬測(cè)量電路與信號(hào)輸出電路相連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于車流量的電渦流檢測(cè)器，由檢測(cè)線圈、變壓器、受控振蕩電路、靈敏度設(shè)定電路、脈寬測(cè)量電路和信號(hào)輸出電路組成，檢測(cè)線圈通過變壓器連接在受控振蕩電路的輸入端，受控振蕩電路與靈敏度設(shè)定電路連接，靈敏度設(shè)定電路連接脈寬測(cè)量電路，脈寬測(cè)量電路與信號(hào)輸出電路相連。采用了硬件電路配合軟件來實(shí)現(xiàn)，該電渦流檢測(cè)器檢測(cè)精度高，工作可靠、穩(wěn)定，成本低廉，在車流量檢測(cè)中的應(yīng)用具有廣泛的前景。
文檔編號(hào)G08G1/065GK202352079SQ201120462328
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2011年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月19日
發(fā)明者徐云杰, 王棟, 秦加合 申請(qǐng)人:長安大學(xué)