基于鎖相環(huán)技術(shù)的高靈敏車輛探測
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3．2 探測電路
3．2．1 PLL電路設(shè)計
通過檢測鎖相環(huán)判定是否有車輛經(jīng)過。當車輛移動到埋入地下的線圈上時，傳感電路的輸出頻率發(fā)生變化，PLL失鎖，通過檢測該失鎖信號即可得知是否有車越道。因為該探測電路是以相對頻率變化而不是絕對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，不會因為周圍的電磁環(huán)境改變而失效。
在該設(shè)計中PLL用于跟蹤傳感電路輸出信號的頻率變化，產(chǎn)生本振信號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。這樣就保證當頻率發(fā)生變化時，PLL始終能夠達到鎖定狀態(tài)。
(2)PLL建立的鎖定時間不能太長或太短如果建立的鎖定時間太短，PLL很快鎖定，不能看到差頻信號。如果建立的鎖定時間太長，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?shù)姆e分電阻R和C，選擇適當?shù)逆i定時間。
該設(shè)計選用了集成鎖相環(huán)CD4046來實現(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?shù)腞1，C1，使得PLL的中心頻率達到要求。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。因為這里的PLL對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
按照圖2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 確定建立鎖定時間
根據(jù)鎖相環(huán)CD4046的工作原理，建立鎖定時間則由引腳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 實驗及其結(jié)果分析
為了驗證設(shè)計的可行性，在實驗室做了驗證試驗。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)，用于模擬實際應(yīng)用的地線圈；再用一塊20 cmxl0 cm的矩形金屬板模擬實際的車輛。實驗證明，正常狀態(tài)下的輸出頻率f0=23．7 kHz，有車經(jīng)過時的最大輸出頻率(將金屬板完全放在線圈上時所測得值)為fmax=24．5 kHz，因此△fmax=0．8 kHz。
改變金屬板到線圈的垂直距離，測量金屬板移動到線圈上方后PLL的輸出頻率。實驗結(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，均能觀察到明顯的從失鎖到鎖定的變化。當金屬板長時間靜止于線圈上時，PLL也均能恢復(fù)鎖定狀態(tài)。金屬板到線圈的垂直距離，對應(yīng)于實用中車輛底盤到地下線圈的距離，按相應(yīng)比例看，實驗所能測量的范圍完全能滿足實用的需要。因為實驗是通過觀察示波器判定PLL失鎖的，為了效果明顯，則設(shè)定的鎖定時間較長。實用中可采用其他方式檢測PLL失鎖，以判定有車經(jīng)過，可調(diào)整相應(yīng)的電路參數(shù)，使鎖定時間變得更短，探測靈敏度也會相應(yīng)提高。實驗證明，利用PLL實現(xiàn)的探測靈敏度完全達到系統(tǒng)要求。
5 結(jié)語
采用鎖相環(huán)技術(shù)實現(xiàn)的車輛檢測技術(shù)比現(xiàn)行采用單片機計數(shù)的車輛檢測技術(shù)可靠性更高，而且通過檢測鎖相環(huán)失鎖判定是否有車量經(jīng)過，是以相對的頻率變化而非絕對的頻率變化進行判斷，因此具有自我調(diào)節(jié)能力，不會因為周圍電磁環(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。
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