基于鎖相環(huán)技術(shù)的高靈敏車輛探測(cè)
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3．2 探測(cè)電路
3．2．1 PLL電路設(shè)計(jì)
通過檢測(cè)鎖相環(huán)判定是否有車輛經(jīng)過。當(dāng)車輛移動(dòng)到埋入地下的線圈上時(shí)，傳感電路的輸出頻率發(fā)生變化，PLL失鎖，通過檢測(cè)該失鎖信號(hào)即可得知是否有車越道。因?yàn)樵?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/探測(cè)">探測(cè)電路是以相對(duì)頻率變化而不是絕對(duì)頻率變化來判斷是否有車輛經(jīng)過，因此具有自我調(diào)節(jié)能力，不會(huì)因?yàn)橹車碾姶怒h(huán)境改變而失效。
在該設(shè)計(jì)中PLL用于跟蹤傳感電路輸出信號(hào)的頻率變化，產(chǎn)生本振信號(hào)u1(t)，具體要求是：
(1)在us(t)的頻率變化范圍(f0~fmax)內(nèi)，PLL鎖定 換句話說，PLL的中心頻率應(yīng)設(shè)定在f0與fmax的之間，且PLL的“捕捉范圍”應(yīng)大于或至少等于us(t)的頻率變化范圍。這樣就保證當(dāng)頻率發(fā)生變化時(shí)，PLL始終能夠達(dá)到鎖定狀態(tài)。
(2)PLL建立的鎖定時(shí)間不能太長(zhǎng)或太短如果建立的鎖定時(shí)間太短，PLL很快鎖定，不能看到差頻信號(hào)。如果建立的鎖定時(shí)間太長(zhǎng)，PLL很難從失鎖狀態(tài)恢復(fù)到鎖定狀態(tài)，使得反映速度變慢。因此要選擇適當(dāng)?shù)姆e分電阻R和C，選擇適當(dāng)?shù)逆i定時(shí)間。
該設(shè)計(jì)選用了集成鎖相環(huán)CD4046來實(shí)現(xiàn)。圖2為其連接電路。根據(jù)CD4046的工作原理，其中心頻率是由引腳6，7之間的C1及引腳11的接地電阻R1決定的，所以要選擇適當(dāng)?shù)腞1，C1，使得PLL的中心頻率達(dá)到要求。為了增加PLL中心頻率的可調(diào)性，在R1上串聯(lián)一只可變電阻R2。因?yàn)檫@里的PLL對(duì)輸入頻率的寬度無要求，所以引腳12懸空。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/167074.htm
按照?qǐng)D2所示，調(diào)節(jié)可變電阻R3，使得引腳9的電壓U9=Ucc/2=4．5 V，此時(shí)引腳4的輸出頻率即為PLL的中心頻率。選取C1=1 000 pF，R1=5．1 kΩ，R2=10 kΩ，此時(shí)中心頻率f0=23．7 kHz，剛好滿足系統(tǒng)要求。
3．2．2 確定建立鎖定時(shí)間
根據(jù)鎖相環(huán)CD4046的工作原理，建立鎖定時(shí)間則由引腳13(或引腳2)與引腳9之間的積分電阻電容決定。引腳13的輸出通過積分電容C2充放電，使得U9發(fā)生變化，從而調(diào)節(jié)VCO的輸出，即引腳4的輸出頻率。
4 實(shí)驗(yàn)及其結(jié)果分析
為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性，在實(shí)驗(yàn)室做了驗(yàn)證試驗(yàn)。車輛和線圈都按相同比例縮小。采用直徑為5 mm的普通，電線繞了100 cmx2 cm的線圈(匝數(shù)n=16)，用于模擬實(shí)際應(yīng)用的地線圈；再用一塊20 cmxl0 cm的矩形金屬板模擬實(shí)際的車輛。實(shí)驗(yàn)證明，正常狀態(tài)下的輸出頻率f0=23．7 kHz，有車經(jīng)過時(shí)的最大輸出頻率(將金屬板完全放在線圈上時(shí)所測(cè)得值)為fmax=24．5 kHz，因此△fmax=0．8 kHz。
改變金屬板到線圈的垂直距離，測(cè)量金屬板移動(dòng)到線圈上方后PLL的輸出頻率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，金屬板距離線圈越近，PLL的輸出頻率越大。利用示波器觀察PLL從失鎖到鎖定的狀態(tài)發(fā)現(xiàn)，在金屬板距離線圈2～15 cm時(shí)，均能觀察到明顯的從失鎖到鎖定的變化。當(dāng)金屬板長(zhǎng)時(shí)間靜止于線圈上時(shí)，PLL也均能恢復(fù)鎖定狀態(tài)。金屬板到線圈的垂直距離，對(duì)應(yīng)于實(shí)用中車輛底盤到地下線圈的距離，按相應(yīng)比例看，實(shí)驗(yàn)所能測(cè)量的范圍完全能滿足實(shí)用的需要。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)是通過觀察示波器判定PLL失鎖的，為了效果明顯，則設(shè)定的鎖定時(shí)間較長(zhǎng)。實(shí)用中可采用其他方式檢測(cè)PLL失鎖，以判定有車經(jīng)過，可調(diào)整相應(yīng)的電路參數(shù)，使鎖定時(shí)間變得更短，探測(cè)靈敏度也會(huì)相應(yīng)提高。實(shí)驗(yàn)證明，利用PLL實(shí)現(xiàn)的探測(cè)靈敏度完全達(dá)到系統(tǒng)要求。
5 結(jié)語
采用鎖相環(huán)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的車輛檢測(cè)技術(shù)比現(xiàn)行采用單片機(jī)計(jì)數(shù)的車輛檢測(cè)技術(shù)可靠性更高，而且通過檢測(cè)鎖相環(huán)失鎖判定是否有車量經(jīng)過，是以相對(duì)的頻率變化而非絕對(duì)的頻率變化進(jìn)行判斷，因此具有自我調(diào)節(jié)能力，不會(huì)因?yàn)橹車姶怒h(huán)境的改變導(dǎo)致中心頻率偏移而失效。因此本文提出的鎖相環(huán)技術(shù)在提高靈敏度方面確有明顯效果，而且成本低，具有廣泛的應(yīng)用前景。
評(píng)論