交通控制中運用磁感線(xiàn)圈進(jìn)行車(chē)流量檢測的方案

交通控制一直是社會(huì )的一個(gè)大問(wèn)題，隨著(zhù)社會(huì )節奏的加快，效率逐漸成為人們的重點(diǎn)考慮的問(wèn)題，有效地疏導和提高十字路口的通行效率顯得越來(lái)越重要。在普通的交通燈設計系統中，顯示時(shí)間是固定的，這樣就無(wú)法有效地利用道路交通資源。為了解決這個(gè)問(wèn)題，引入了車(chē)流量檢測，通過(guò)檢測車(chē)流量的大小，來(lái)自動(dòng)調節紅綠燈的顯示時(shí)間。為此本文通過(guò)在地面鋪設環(huán)形線(xiàn)圈傳感器，測量車(chē)輛通過(guò)情況，然后傳輸到控制系。文中主要介紹車(chē)流量測器的具體設計。

1 環(huán)形線(xiàn)圈傳感器電路

將環(huán)形線(xiàn)圈埋入地面下，當有車(chē)輛經(jīng)過(guò)時(shí)，車(chē)的鐵外殼使得磁感線(xiàn)圈電感發(fā)生變化，將此環(huán)形電感接入振蕩電路，使電感量的變化轉換成諧振頻率的變化，通過(guò)檢測頻率的變化來(lái)實(shí)現對車(chē)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(luò )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(luò )和反饋網(wǎng)絡(luò )組成，如圖1所示。其中Ui，Uo，Uf分別為輸入電壓，主網(wǎng)絡(luò )輸出電壓，反饋電壓。設A=Uo／Ui，F=Uf／Uo。其中A為主網(wǎng)絡(luò )增益，F為反饋系數。振幅起振條件為AF>1，相位起振條件為φT(ω0)=2nπ，只有同時(shí)滿(mǎn)足振幅起振條件和相位起振條件才能起振。另外，還必須滿(mǎn)足振蕩的穩定條件，才能是電路穩定振蕩，即選頻網(wǎng)絡(luò )的相頻特性為負斜率。

1．2 電容三點(diǎn)式電路

基于電容三點(diǎn)式電路的振幅起振條件容易滿(mǎn)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(diǎn)式振蕩電路，電容三點(diǎn)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(gè)以上數量級。電路中的三極管實(shí)現信號放大，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(guò)改變線(xiàn)圈的圈數和形狀來(lái)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(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)的電感。經(jīng)過(guò)模型測試，有車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)電感的變化量大概為20μH，所以選定無(wú)車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)電感為110μH。圖2中電感量為無(wú)車(chē)輛經(jīng)過(guò)時(shí)的電感。

2 鎖相環(huán)檢測頻率變化

NE567是音頻解碼集成電路，其基本組成為鎖相環(huán)、直角相位檢波器、放大器和一個(gè)輸出晶體管。NE567的基本狀況猶如一個(gè)低壓電源開(kāi)關(guān)，當其接收到一個(gè)位于所選定的窄頻帶內的信號時(shí)，開(kāi)關(guān)就接通。此芯片所能檢測到的中心頻率范圍為0～500 kHz，檢測帶寬可以設定為中心頻率14％內的任何值，另外輸出開(kāi)關(guān)延遲也可以根據外電阻和電容改變。內部結構如圖3所示。

2．1 檢測原理

將振蕩電路的輸出信號接NE567芯片的輸入引腳，設定芯片外部器件參數，使得當無(wú)車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)輸入頻率不在環(huán)路鎖定范圍內，而有車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)，環(huán)路立即鎖定，使得輸出引腳8由高電平轉換成低電平，從而只需檢測一段時(shí)間內8引腳低電平的次數即可得到車(chē)流量。

2．2 中心頻率的確定

在系統中，中心頻率即是有車(chē)輛經(jīng)過(guò)時(shí)的諧振頻率。芯片外部的R1，C1用來(lái)設定中心頻率的大小，可以用公式f0=1．1／(R1C1)設定。其中f0單位為kHz，R1單位為kΩ，C1單位為μF。R1范圍為2～20 kΩ，可以先設定R1的大小，再根據頻率跟電阻求出電容大小。

2．3 帶寬的確定

NE567能根據外部參數設定檢測范圍，也即檢測帶寬。帶寬由公式確定。其中BW單位為中心頻率的百分數，Vi單位為V且需滿(mǎn)足Vi≤200 mV，f0單位為kHz，C2單位為μF。開(kāi)始時(shí)可以將C2選擇成2C1，隨后根據需要調整C2的大小。

除了對上述中心頻率和帶寬的確定外，還需調整C3的大小，以避免重復檢測。

2．4 參數的設置

由頻率設定公式，已知f0=440 kHz，得R1C1=2．5，可以設定R1=2．5 kΩ，C1=1 nF。再根據帶寬公式設置C2=50 nF，電容C3則需具體情況來(lái)調整，對于8引腳上負載RL的確定，由于RL上最大課吸收電流為100 mA，當電源為5 V時(shí)，負載RL最小為5 kΩ，因此設定RL=10 kΩ。除此之外，NE567芯片3引腳接輸入信號，7引腳接地，4引腳接電源。當NE567的3引腳接受到一個(gè)帶寬內信號時(shí)，芯片內部三極管導通，電源通過(guò)RL后接地，8引腳有高電平變成地電平，因此只需檢測在一段時(shí)間內8引腳低電平的次數即可檢測車(chē)流量。

3 仿真實(shí)驗

圖4和圖5分別為無(wú)車(chē)經(jīng)過(guò)和有車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)的正弦振蕩信號。由圖4可知無(wú)車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)振蕩頻率為485 kHz，圖5中顯示有車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)振蕩頻率為444 kHz，分別與理論值的480 kHz和441 kHz相比相差很小，且頻率改變量為41 kHz，小于中心頻率的14％，滿(mǎn)足NE567芯片的使用要求，證明了此系統的正確性。

4 結語(yǔ)

本文針對午流量檢測部分做了較為系統的分析，此檢測系統已通過(guò)仿真實(shí)驗得到驗證，并在檢測模型中已經(jīng)通過(guò)。其中的參數足根據設定模型而設計，在工程設計中，具體參數還需根據情況而定。