基于磁感線圈的車流量檢測的研究

摘要：為了解決車輛計數(shù)問題，將環(huán)形線圈作為傳感器，鋪設(shè)在公路行車道上。當車輛通過線圈上面時，由于電感L發(fā)生變化，引起振蕩電路的頻率發(fā)生變化；通過鎖相環(huán)芯片檢測頻率的變化，使模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，將鎖相環(huán)產(chǎn)生的輸出信號傳入單片機；當單片機檢測到鎖相環(huán)的輸出電平由高變到低時，便計數(shù)一次，從而完成對車流量的檢測。在檢測模型的測試中，該系統(tǒng)表現(xiàn)出較快的檢測速率和較低的誤檢率，具有一定的抗干擾能力。
關(guān)鍵詞：車流量檢測；環(huán)形線圈；振蕩電路；鎖相環(huán)

交通控制一直是社會的一個大問題，隨著社會節(jié)奏的加快，效率逐漸成為人們的重點考慮的問題，有效地疏導和提高十字路口的通行效率顯得越來越重要。在普通的交通燈設(shè)計系統(tǒng)中，顯示時間是固定的，這樣就無法有效地利用道路交通資源。為了解決這個問題，引入了車流量檢測，通過檢測車流量的大小，來自動調(diào)節(jié)紅綠燈的顯示時間。為此本文通過在地面鋪設(shè)環(huán)形線圈傳感器，測量車輛通過情況，然后傳輸?shù)娇刂葡?。文中主要介紹車流量測器的具體設(shè)計。

1 環(huán)形線圈傳感器電路
將環(huán)形線圈埋入地面下，當有車輛經(jīng)過時，車的鐵外殼使得磁感線圈電感發(fā)生變化，將此環(huán)形電感接入振蕩電路，使電感量的變化轉(zhuǎn)換成諧振頻率的變化，通過檢測頻率的變化來實現(xiàn)對車輛的檢測。
1．1 振蕩器的原理
振蕩電路由決定振蕩頻率的選頻網(wǎng)絡和維持振蕩的正反饋放大器組成，其中反饋振蕩器由主網(wǎng)絡和反饋網(wǎng)絡組成，如圖1所示。其中Ui，Uo，Uf分別為輸入電壓，主網(wǎng)絡輸出電壓，反饋電壓。設(shè)A=Uo／Ui，F(xiàn)=Uf／Uo。其中A為主網(wǎng)絡增益，F(xiàn)為反饋系數(shù)。振幅起振條件為AF>1，相位起振條件為φT(ω0)=2nπ，只有同時滿足振幅起振條件和相位起振條件才能起振。另外，還必須滿足振蕩的穩(wěn)定條件，才能是電路穩(wěn)定振蕩，即選頻網(wǎng)絡的相頻特性為負斜率。

1．2 電容三點式電路
基于電容三點式電路的振幅起振條件容易滿足，且并聯(lián)LC回路的阻抗特性也為負斜率，該電路的反饋電壓中高次諧波分量小，輸出波形較好等原因，這里將使用電容三點式振蕩電路，電容三點式電路圖如圖2所示。其中C1，C2為回路電容，L為回路電感，C3，C1分別為高頻旁路電容和耦合電容，且有C3，C4比回路電容C1，C2大一個以上數(shù)量級。電路中的三極管實現(xiàn)信號放大，以便為后邊的檢測提供方便。先選定檢測頻率為440 kHz，又由于電容容量一般都是固定的，不容易改變，而電感可以很容易通過改變線圈的圈數(shù)和形狀來改變。取電容C1，C2等于1 nF，由此求出的電感為130μH，即130μH的電感是有車經(jīng)過時的電感。經(jīng)過模型測試，有車經(jīng)過時電感的變化量大概為20μH，所以選定無車經(jīng)過時電感為110μH。圖2中電感量為無車輛經(jīng)過時的電感。