范文一:DIY红外线检测器
DIY红外线检测器,IR DETECTOR
关键字:红外检测电路
作者:周一海
白色光通过三棱镜可以分解成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7种颜色的光带,在红色的里侧还有一种人眼看不到的光,叫红外线。靠近红光的是短波长的红外线,远离红光的是长波长的红外线。人或动物都不断地发射长波长红外线,即使夜间,对红外线特别敏感的响尾蛇也能看到目标发动攻击。利用这个原理,响尾蛇导弹能跟踪高温的飞机尾部。家里的电视机、DVD、空调机都可以用短波长红外线作为遥控。我们能不能检测到身边的红外线呢?
只要4个元件:一台电视机用的一体化红外光电传感器,一片压电陶瓷片,一块9V集成电池和电池扣就能做试验。传感器有3个脚,1脚、2脚距离较近,2脚、3脚距离较远,2脚在中间。将1脚接电池扣的黑线(负极),2脚接电池扣的红线(正极)。压电陶瓷片有两根引线,一根接3脚,另一根接1脚。不用电烙铁,拧住导线头也能行。这时用电视机或其他遥控器对着光电传感器鼓出半圆柱的一面随便按任何键。可以听到“呜-呜”响。隔一张纸居然仍然能响。用布,塑料袋隔开,试试如果用镜子照传感器,响不响?划根火柴或拿到太阳下照,能听到什么声音?实验如上图所示。
电子音乐片有奏乐和语音合成两类,后者要求多装2个电阻、电容。一般都需要装一个三极管驱动喇叭。照说明书安装并不难。其中有一个触发端,接到传感器韵3脚,如中图所示。会有什么效果?遥控器一按,奏响“生日快乐”音乐。还能做什么?
有一个狗叫的电子音乐片,那么可以在一张狗的画片后放置上图装置,有爆竹音乐片,画一张爆竹图,再按一个发光二极管……充分发挥想象力,做出有趣的玩具:用遥控器一点,爆竹有声有光,要想猫叫、狗叫就对准猫、狗按遥控器。
如果家里的电器遥控失灵,判断是遥控器问题还是电器坏了?用上述两款红外线检测器试一试就清楚了。
范文二:简易红外线检测器
简易红外线检测器,Simple infra-red detector
关键字:简易红外线检测器
简易红外线检测器利用红外线二极管的光电转换特性,来检测30cm至50cm范围内的红外线辐射。可检查你的遥控器功能是否正常,也可用作红外线接收机电路中的前端。
一只砷化镓p—n结型二极管(IR1)在可见光或红外光的照射下,能产生大约100μA的电流.产生的电流与照射的光线强度成正比。在本电路中,二极管IR1检测红外光辐射,并产生相应的电流,此电流送至低噪声JFET运放TL072(IC1)中进行电流/电压变换并放大。IC1的同相输入端连接至由R1和R2构成的分压器。高值电阻R1和电容C1可使同相输入端稳定。R3是IC1的负反馈电阻。
当电源接通后.LED1发光,指示此电路已准备好用于检测。但它会因R3从输出端吸取电流而逐渐熄灭,这时电路进入待机状态,IC1输出低电位。LED1不发光。
将遥控器指向IR1,并按下遥控器上的任一按键。如果遥控器正常,这时就有红外光束照射到检测二极管IR1上,并产生相应的电流,LED1开始闪烁,表示有红外光线存在。为防止IR1受日光干扰,可在IR1周围加一遮光罩。
范文三:基于红外线吸收的迷你多气体检测器的设计
基于红外线吸收的迷你多气体检测器的设计
摘要:本文阐述了一种新型的非色散红外线(IR )气体检测系统,传统设备通常包括几个主要部 件:宽带源(通常是白织灯的灯丝),旋转斩波快门,窄带滤波器,样本管和探测器。但是我们主要使用微型多通道探测器,电子调制方式和小型气体电池结构。为了解决煤矿瓦斯事故和使用天然气带来的家庭安全问题,开发出这个新型的集成化、小型化非移动红外探测系统。它基于某些气体在特定的(而且往往是唯一的)波长辐射内吸收红外线的原则,主要分析了在开发这个系统时采用红外探测光学原理,多气体检测器的想法是在单气体检测器的指引下产生的。通过对电池结构设计的研究,集成化和小型化电池已经制定。以单片机为核心处理器,设计了气体检测系统的功能框图,并带有硬件和软件系统分析和制定。对控制器区域网络(CAN )总线和无线数据传输模式的数据传输方式进行了解释。该系统已达到低功耗、体积小、测量范围宽的技术要求, 能够实现多气体检测
C 2007.Elsevier.Ltd. 保留所有权 ○
关键字:红外的;多气体检测器;集成化和小型化
1. 介绍
在山西太原,这个空气中含有大量有毒空气污染物的地方,由于经济和采矿过快增长导致排放量增加是不可避免的。在中国人口稠密的工业发达地区,空气污染是一个严重的问题,特别是在山西,有害气体对人类的伤害引起越来越多的关注。为此,研究人员设计了一些有效的方案[1-4] 来解决这个问题。
当前的经济现实是,两组气体传感器技术在两个迥异存在的标记段竞争:负担得起的(不可靠)化学反应传感器消费市场和可靠的工业、实验室、医疗器械市场的红外光谱传感器。红外传感器可分为两大类:热传感器和光子传感器。从历史上看,热传感器是在红外电磁频谱范围操作的第一类传感器。自1930年以来,红外技术的发展一直是窄隙半导体探测器占据主导地位。设备都有出色的信号噪声性能和非常快的响应。然而,要实现这一目标,红外线(IR )光电探测器需要低温冷却。相比之下,热传感器通常是在室温下运作,随温度变化很小。所以,红外热传感器被广泛应用于各种检测领域,包括非色散红外气体分析和监测。然而,目前的红外气体检测设备,尤其是多气体检测设备,体积庞大,价格昂贵且需要频繁调整[5-7]。因此它是难以满足人们日常生活中气体监测的要求,需要迅速解决。为此,开发一个新型便携和免维护的空气污染监测设备来提高人们的环境监测能力应运而生。
红外探测方式,虽然公认高度可靠、应广泛并且使用寿命长红外探测方式,虽然高度可靠,已承认了广泛和良好的长寿,由于过了很长一段时间的限制不能实现设备小型化,例如,它不能在应用推广。随着微机电系统(MEMS )技术,特别是光学MEMS 技术的发展,红外光学气体检测系统的小型化是可能的[8-10]。
本文介绍了一种新型红外气体检测系统。作者提出,如HC ,二氧化硫,一氧化碳,NXO 等有害气体的检测,可实现的想法,通过使用微型器件和微技术开发多气体检测传感器。在民用领域的研究可用于生产。通过加强这种传感器的保护,如防潮,防水,防爆等,研究生产也可以用来探测地雷下的气体。因此,该传感器具有良好的应用和产业化前景。
2. 基本原则
对称双原子和多原子分子气体,例如甲烷,水,氨,二氧化碳,乙炔,二氧化硫,一氧化氮和二氧化氮,在红外波段有特征吸收峰。通过这个属性,我们选择适当的过滤器,用热释电红外传感器(PIR )可以检测气体浓度信号。作为指导,以甲烷检测为例就优先考虑单一气体检测的情况。
当红外辐射通过气体时,其分子吸收光能,吸收的关系如下Lambert-Beer 定律[1,3,11],即:
I =I 0exp(-KCL ) (2. 1)
其中,I 和I 分别表示通过要测量的气体前、后的红外单色平行光的光照强度; K为气体吸收系0
数,
C 为气体浓度,L 为细胞的长度。
对于非平行光,我们考虑其并行ponderance ,红外光的并行不影响系统的灵敏度。光的强度可以影响系统的灵敏度且也难以衡量,但我们使用了双通道的检测方法和计算两个通道的输出信号比解决光的强度因子,避免直接测量光的强度。
图1为一个双通道探测器的输出信号示意图
如图1所示,探测器有两个输出信号通道。一个称为感应待测气体的活动的通道(Act. ),其输出信号是光的强度和待测气体浓度的比例,另一种是参考通道(Ref. ),其输出信号不涉及到要测量的气体,和光的强度成正比。这两个信号都和光的强度成正比。根据图1的两个关系,它们之间存在一个共同的参数I ,即两个信号的输出都与光的强度有关,另外活动通道气体浓0
度相关。一个确定的系统,吸收系数K 和细胞的长度L 是明确的。因此,我们可以假设两个通道的规模因素分别为K1和K2,这样我们有:
活动通道的输出信号:
U 1=K 1I 0exp (-KLC ) (2. 2)
参考通道的输出信号:
U 2=K 2I 0。 (2. 3)
在实际经验中,很难准确测量光的强度。为了消除光照强度的影响,我们可以解决上述两个公式的比例来消除光的强度因子和系统的影响,以提高精度。因此,我们有下面的公式:
U 1U 2=k 1exp(-KCL ). (2. 4) k 2
所以,
C =-KL (lnU 1-ln U 2+ln K 2-ln K 1). (2. 5)
其中T cal
表示传感器校准时的环境温度;
T 为传感器测量气体时的环境温度,C*表示与两个通道比例相关的浓度; C表示实际浓度。
图2 微型红外气体探测器:(a )单气体探测器;
(b )三气体检测仪(外型尺寸:8.15×4.6平方毫米)
4、新系统的设计
4.1检测器的光学结构
与这种检测系统的性能有关的细胞结构的设计是非常重要的。目前,大型的机械调制红外分析仪耗电多、音量大,不适合便携使用,但适合在实验室中使用。
这种设计的目的是使整个系统小型化,并降低功耗。因此,不能用机械调制的方法,应采用电调制,使之达到一个小的体积和更低的功耗。图3是一个单独的细胞结构。
随着集成技术和薄膜技术(和先进的MEMS 技术,这些技术主要表明红外探测感应元件和探测器的设计,这将另文报道)的发展,探测器、光源、过滤网等都可以集成到一个小型气室结构中,这样可以使红外传感器系统小型化,使传感器的使用更方便,并能减少由单独的类型[12-15]
气室结构带来的可能出现的错误。在此基础上,我们已设计出了具有图4所示特点的系统结构。
图3镏金的分离式的气室结构(外型尺寸:56(L )×16(宽)×12(高)立方毫米)示意图
图4.(a)外型尺寸的概念设计草图:22×28平方毫米 (b )光束反射路线。
4.2检测系统
根据上述原则,要求设计一个合理的检测设备,首先对其输出信号进行处理和放大,然后通过微处理单元(MCU )来进行A / D转换、信号处理以及判断。
一个合理的气室(见图4),其中将红外发光二极管(LED )和红外探测器集成在一起,用于集中能量,并且在内表面电镀了具有良好的光反射的金属物质。红外LED 是通过单片机的定时器控制脉冲电流供应(见图5)调制。由于不稳定的后台因素,可能会减少或消除光源调制。而以这种方式获得的输出信号中,包含了直流电(DC )偏置电压的多阶响应。因此,我们应该采取措施阻止直流偏置电压以及过滤等,以获取有关浓度的有用信号。考虑到温度的影响
该系统在细胞结构中附加了一个温度传感器(见图5)。其补偿方式如以上第三段所述。[16,17],
因此,降低系统的影响,就能获得更好的结果和更高的精度
图5 检测系统的块状设计 SCM C8051F040的单片机内置12位的A / D转换器和集成的CAN 总线,用于微处理器。 SCM 是在硅谷实验室公司生产的,是全集成混合信号片上系统(SOC ),它拥有的命令内核与MCS-51完全兼容。通过处理和判断捕捉到的多个信号,我们可以得到相应的气体浓度值。初始值由程序设置;声音或光报警的开始通过单片机来判断。实时浓度值可以通过数码管显示;它还支持CAN 总线的数据传输模式,并且还支持直接与个人电脑通讯的模式。
5、软件设计
C8051F040被用做SCM 的微处理单元或者用于编程的MCU.C ,这种语言加强了可读性和可移植性,可方便地编写程序。
实践证明,红外吸收系数与气体浓度变化有关,同时涉及到细胞的结构设计、电磁干扰以及捕捉信号的方式等。红外灯需要由微处理器调制。图6是程序设计流程图。
首先要抓获环境温度。并需要监测温度传感器的输出,以确保红外传感器不受空气湍流和环境温度大幅度变化的困扰。
要捕获每个通道的输出信号的初始值,这是输出信号的峰-峰值的低水位标记,即前红外灯的光检测器的输出信号值。初始值(A )和红外LED 光源和光感之间的关系如图7所示。
初始的稳定值由程序估计,一些可能出现的初始值存储在使用规范的气体分析仪校后的传感器微处理器中。只有当初始值是稳定值时,红外LED 灯才会被点亮。红外LED 照明持续时间为100毫秒,是为了等待红外LED 变得稳定。
当红外LED 变得稳定时,每个通道的输出信号的最终值(B )就被捕获,这是高水位的峰-峰值输出信号值标记,即探测器红外LED 的点亮后的最大输出信号值。
一个合理的浓度也由程序估计;一些可能出现的值存储在使用规范的气体分析仪校准后的传感器微处理器中。
图6. 主程序流程图
图7探测器的输出信号和红外线LED 无光或光线之间的关系
6. 数据传输模式
6.1 CAN总线模式
CAN 总线是一种现场总线,被广泛应用于汽车、车间、电梯等。CAN2.0B 控制器是集成在C8051F040上面的。因此,当我们相连接到CAN 网络时,只需另外追加一个收发器,比如说TJA1050的【18】。
它通过串行输出线TXD 和串行数据输入线RXD 连接到CAN 协议TJA1050是一个高速收发器,
控制器,CAN 协议控制器通过总线终端CANH 和CANL 与CAN 总线相连,CAN 和CANL 有着独特的接收和传输能力。通过控制针S 可以选择两种工作模式:一种是通过TJA1050的接地或浮针S 的高速模式,另一种是通过与高水平的连接针S TJA1050的沉默模式。CAN 分布模式总线传输网如图8所示。
图8.CAN 分布模式总线传输网
6.2无线模式
在设计中使用的射频(RF )芯片是Chipcon 公司公司制造的CC1000。基于CC1000的的无线收发如图9所示。该芯片具有发送和接收两个功能,开发人员可以编程控制它的发送和接收。
比如良好的抗干扰功能,通信速度高,体积小,低功率消耗,CC1000的具有很多优良特性,
性能稳定,高性能价格比等【19,20】。由于考虑到一些问题,如成本问题,我们使用射频识别技术(RFID )的工作频率是433兆赫的设计值。通过实验和测试证实,这个系统可以满足矿山系统的功能要求,如传输距离和数据的可靠性等方面。该系统与CAN 总线总线和无线数据传输模式如图10所示。
图9 基于CC1000的的无线收发器
a :甲烷浓度关系曲线 b :二氧化碳浓度关系曲线
图11 校准曲线关系图
图12 红外多气体检测仪
红外多气体检测仪产品规格如下:
准确度:0.05%;
测量范围:0-5%(CH 4),0-2%(CO 2);
响应时间:<>
环境温度条件:零下10°到40°;
使用寿命:2年;
功率:2.54W
尺寸:60mm (长)×44 mm(宽)×28 mm(高);
重量:0.28千克。
由于在这项研究中有效地设计了一个参考通道滤波器,使红外便携式多气体报警探测器具有良好的灵敏度和准确响应度,尽管没有报警探测器内的气泵在里面,它依然有一个基于红外吸收应用的光明未来。
致谢:
我们感谢国家项目“863”基金委员会和哈尔滨工业大学科技研究所的大力支持。该项目由中国国家高科技技术研究发展所(2006AA04061)山西省创新集团和山西省突出研究员大力支持。
基于哈尔滨技术研究所和中国北方工业大学研究所的辛勤研究,在消防安全和传感器天然气管泄露方面取得了成功的范例。我们也感谢北京的俊芳机构。
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范文四:车辆检测器
上海德萦电子技术有限公司
ShangHai DeeYing technology of electronics Co., Ltd
上海德萦电子技术有限公司 电话:021-60515576 邮箱:sales@dytelec.ocm
1
M73磁场检测器使用手册
一、概述
M73磁场检测器,是通过磁阻传感器对磁场的检测来判断车辆是否按照规定路线行驶。其磁场感应部分 采用 HoneyWell 生产的磁阻传感器,配合高速单片机来完成对磁场的采集及判断。产品响应速度可以达到 1kHz。可以开机自动校准环境磁场。能够判磁场的极性。有简单的逻辑电平输出和 RS232串行数字信号输 出两种信息方式。可以修改磁场报警门限,及报警延时。
二、产品特点
低功耗; 高响应; 自动校准; LED 指示;
三、产品应用
行车路线检测
车位判断
四、产品型号
M73 RS232接口
五、技术参数表:
项目 参数 单位 备注 测量范围 ±1 高斯 分辨力 5 毫高斯 准确度 ±20 毫高斯 相对增量 数据输出速率 1000 Hz 性 能 参 数 重复性 <15 毫高斯="" 5v="" dc="" ±0.2v="">15>
6~15V DC < 10="" ma="" 工作电流="">< 1="" ma="" 休眠="" 电="" 气="" 参="">
工作温度 -40 -- 120 摄氏度 其 它
尺寸 25*45
mm
六、管脚定义 下表为 4引线的功能定义
管脚 名称
输入 /输出 引线色 解释
1 5V 输入 红 直流电源输入 5V 2 GND 输入 黑 电源地
3 NC 输入 白 6~15V直流电源输入 (定制 ) 4 Rx 输入 蓝 数据 接收
5 Tx 输出 绿 数据发送 6 Data 输出 黄 逻辑电平输出 7 week 输出 橙 唤醒上位机信号输出 8
NS
输出
灰
磁场南北极信号输出
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9 NC
七、通信及输出数据
M73的串行通讯是简单的、异步的十六进制数据。可以使用 485接口电路。数据的传输 和接收使用 1位停止位、 8位数据位(低位在先) 、无奇偶校验位 (MSB永远为 0) 和 1位停止位。 每一个字节有 10位。波特率为 38400bps 。
M73的串行输出数据为一个字节 , 内容为 0x30, 或者 0x31. 当磁场报警时输出 0x31, 无报警 时为 0x30.
八、检测器的磁场校准及使用
产品启动后 , 首先会对环境磁场进行采样并以当前环境磁场建立基准 , 此时
LED 灯会快速 的连续闪烁 , 当基准磁场建立后 , 进入检测状态 LED 灯熄灭。如果环境磁场不稳定或者自身的 位置在不断变化 , 产品将无法确定基准磁场而一直处于基准磁场采样及判断状态。产品在启 动前要首先固定好 , 并确认没有交流磁场的干扰。
当传感器位置变化 , 或者有固定磁场干扰而无法正常工作时 , 需要重新启动传感器 , 建立 新的磁环境基准。
在检测状态中 , 当有强磁场时 ,LED 灯将点亮 ,DA TA 引脚置位高电平 , 同时输出 ASCII 信息 将为 1。无磁场时 LED 灯将熄灭 ,DATA 引脚复位为低电平 ,ASCII 输出信息为 0。在 DATA 数据 有改变时, WEEK 数据会输出 5ms 的低电平报警信号 ;
当磁场为 N 极时, NS 引脚输出高电平,相反输出低电平 ; 以下图示为 DA TA 引脚和 WEEK 引脚在报警状态下的时序图 :
注 : t1: 0.5mS t2: 5mS
九、 指令信息及格式
指令
指令句法
返回信息 说明
门限值修改 *Lim=nnn lim=nnn
N = 000 ~ 500 延时修改 *Day=nnn Delay=nnn 休眠 SLP 唤醒
*W
强迫复位
#R
系统重新启动
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3
十、产品尺寸 (单位
mm)
十一、文档更新
时间 版本 更新内容 2010.07.11 A
2011.02.10 B 增加逻辑输出功能,提供响应速率 2011.04.12 C 修改磁场校准模式
2011.05.20
D
增加休眠功能,降低系统功耗
范文五:车辆检测器
摘 要:
文章介绍了专门用于ITS(智能交通系统)中的一种车辆检测设备的设计。针对ITS应用中主要特点和要求,车辆检测器采取了一些相应的技术措施,该设备现已被成功地应用于智能交通系统中。
关键词:车辆检测器;环形线圈;锁相环;看门狗技术;基于ITS的通信协议
ABSTRACT:
This paper introduces a design of vehicle detector specially used in Intelligent Transport System (ITS). To meet the ITS’s traits and requirements, some relative technological measures have been used in the vehicle detector. This equipment has been successfully applied in the ITS.
Keywords: vehicle detector; loop line; phase-locked loop; watchdog timer; communication protocol for ITS.
目 录
第一章 引言 .................................................................................................................... 1
第二章 系统阐述 ............................................................................................................. 2
2.1 ITS对设备的技术要求及技术实现 ...................................................................... 2
2.2 环形线圈技术说明.............................................................................................. 2
2.2.1环形线圈检测的基本原理 ......................................................................... 2
2.2.2 环线 ........................................................................................................ 3
2.2.3 环形线圈的尺寸....................................................................................... 3
2.2.4 线的绞接 ................................................................................................. 4
2.2.5 线圈的安置.............................................................................................. 4
2.2.6环形线圈施工原则 .................................................................................... 4
2.2.7 铺设方法 ................................................................................................. 5
2.3 电源技术说明..................................................................................................... 5
第三章 检测原理 ............................................................................................................. 6
CPU.............................................................................................................................. 7
第四章 模块电路与器件描述 ............................................................................................ 8
4.1输入模块: ......................................................................................................... 8
4.2 输出模块: ........................................................................................................ 9
4.3 通讯模块: ........................................................................................................ 9
4.4 判断模块: ...................................................................................................... 10
4.4.1 整形放大电路:其原理图如下图所示: ................................................... 10
4.4.2 倍频电路:............................................................................................ 10
4.4.3 计数电路:............................................................................................ 13
4.4.4 看门狗电路............................................................................................ 14
4.4.5 单片机电路: ........................................................................................ 17
第五章 车辆检测器在公路收费系统中的用法及其RS232通讯协议 .................................. 21
5.1 实际应用的配置: ............................................................................................. 21
5.1.1 AE3006B的相关描述 .............................................................................. 22
5.1.2 AE3008B的相关描述 .............................................................................. 22
5.2 RS232通讯协议 ................................................................................................ 22
5.2.1 标准RS232串行接口,EIA电平。 ......................................................... 22
5.2.2 计数信号(对应于AE3006B及AE3008B): ............................................. 23
5.2.3 PC机开、关道命令(对应于AE3008B): ................................................ 23
5.2.4 车辆检测器固定信息读取(对应于AE3006B及AE3008B):..................... 23
第六章 总结与展望 ........................................................................................................ 24
第七章 致谢 .................................................................................................................. 25
第八章 参考文献 ........................................................................................................... 26
第一章 引言
在高速公路的管理与控制系统中,越来越需要对车辆检测器提供的交通流参数进行检测。近年来我国各大城市正在实施“畅通工程”,车辆检测器成为先进的交通控制系统和停车管理系统中必需的设备。目前我国用于高速公路和城市道路的车辆检测器几乎全部是从国外进口的,国产车辆检测器存在着诸多问题,如误检率高、灵敏度低、长时间工作稳定性差等,如何解决这些问题成了国内众多生产厂家的当务之急。
车辆检测器的作用:可以获得当前监控路面交通流量,占有率和速度等数据,以此判断道路阻塞情况,并利用外场信息发布系统发出警告等。它以机动车辆为检测目标,检测车辆的通过或存在状况,其作用是为智能交通控制系统提供足够的信息以便进行最优的控制。该仪器主要应用于交通收费站管理,以提高收费站的经济效益。只有对通过车辆信息进行有效、准确的分析并进行相应的控制,才能实现整个高速公路交通信息的自动化管理。
目前,车辆检测器的种类繁多,主要有感应式环形线圈车辆检测器、脉冲超声波检测器、地磁性检测器,还有雷达检测器、光电检测器以及基于计算机视常见技术的视频检测器等。它们各自有优缺点,各有特定的市场范围。感应式环形线圈车辆检测器具有性能稳定、电路简单、成本低、使用方便、免维护等优点。是目前世界上技术较为成熟的车辆检测方法。
本次的车辆检测器实验就是以环形线圈车辆检测器为对象的。
在大量现场实验基础上,本文提出一新的解决方案,将稳定性、灵敏性、高速性融为一体,彻底解决了一直困扰着众多国内开发商和用户的头痛问题。本文所介绍的新型车辆检测器综合运用了单片机控制、计算机通信、倍频、整形滤波模拟数字转换、看门狗等技术,此外还采用了一些技术措施,将车辆检测紧密结合在ITS中的应用中,所以,它特别适合于路桥过往车辆检测、卡口监控等IT应用场合。
第二章 系统阐述
2.1 ITS对设备的技术要求及技术实现
该设备主要应用于智能交通系统(ITS)中,因此,如何紧密结合智能
交通系统的自身特点,既方便实现人机交互,以完成多种功能;同时又要保证设备在公路现场恶劣的工作环境下长期稳定、可靠的运行。这些就是与其它设备相比,在技术处理上的重点和难点。
针对这些问题,设备采用了以下创新技术:
◆综合运用了单片机控制技术及计算机通信技术,可与PC机的COM
口进行数据通讯,便于实现人机交互,根据需要完成多种功能。
◆感应技术。这种技术与光线强弱是无关的,因此使用这种技术对于
在白天或黑夜是没有影响的,可以确保在任何环境下对车辆的监控。
◆倍频技术。将由于车辆经过导致的变化频率经过整形滤波放大之后,
运用了倍频技术,从而从根本解决了检测频率偏低的问题,并且保证了设备长时间工作的稳定性。
◆WatchDog Timer技术。专门设计了硬件看门狗,以确保设备在公路
现场恶劣的噪声干扰环境下能够长期正常、可靠的工作。
至于单片机控制、感应技术、倍频技术以及看门狗技术对以上功能的具体实现,在下面会进行具体的阐述。
2.2 环形线圈技术说明
2.2.1环形线圈检测的基本原理
感应式环形线圈检测系统由两个部分组成:检测器和感应线圈
及引入线。检测器振荡电路驱动参量(10-200KHz)通过线圈而产生一
个电磁场。当一个金属物体通过磁场时,磁流就会在导体中被感应到,
由于环形线圈的电感量与磁流是成比例的,这就导致了环形线圈的电
感量减少。检测器检测到这种变化并驱动电的输出。
环形线圈和引入导线是检测系统的感应部分,并且具有阻抗和
电容(线间和线与地之间的电容)。线被环绕起来形成线圈(通常环绕
2至4圈),此处的磁场更为集中,形成一个检测区域。所有的导线由
于电流通过线体而产生磁流。
2.2.2 环线
感应线圈,引入线和导线通常采用交/直流低阻抗的 12或 14AWG线。线的粗细是一个重要因素,但更关键的是线的质量、粗细
和绝缘体的类型。绝缘体可以是橡胶、热塑或聚合物。专用聚丙烯(XHHW
是常用的,推荐的一个绝缘体。绝缘体必须能经受来自起伏不平的街
道磨损和腐蚀,以及潮气、溶液和油剂的侵袭。同时还伴随酷热的气
候和密封剂的高温。建议采用标准的环形线圈线而不用实心线,因为
前者具有更好的机械性能,多胶合金属线比实心线更能抗曲折和拉力。
电缆指标:
◆线圈采用低压电缆,电缆绝缘材料是电缆用专用聚丙烯。
◆绝缘层平均厚度 >1mm ,任意一点的厚度>0.8mm,介电常数>2.3。
◆环形线圈电缆使用寿命: 5年。
2.2.3 环形线圈的尺寸
对车辆进行检测通常采用的安置在车辆行进方向上的,尺寸为
1.2至2米的呈矩形的环形线圈。采用更小的线圈有可能导致对高车
体的车辆过早的失去检测。线圈的宽度通常跨越所需检测的车道。不
过与相邻车道上的线圈保持足够的距离(1米),以防止产生对相邻车
道上的检测。因此不得小于2米。使用过小的环形线圈时,车辆较高
离地间隙和轮轴将会引起检测方面的问题,在较小的环形线圈上每对
轮轴会被看作一个单独的检测对象。
注:典型的检测场高是环形线圈最短一端距离的确良1/2至2/3。
例如,一个2 × 2 米的环形线圈所产生的检测场高为线圈之上大约1
至1.3米。
2.2.4 线的绞接
如果有必要将一根较长的引入线和环形线圈绞接在一起时,必
须加倍小心以便确保良好的连接。连接环形线圈和引入线有两种可取
的方法(缠绕并焊接和紧压并焊接)。焊接所产生的阻抗最小并且不大
容易因腐蚀而衰变。当金属线被绞接好以后,可以采用几种不同的方
法来封闭接线。以下任何一种方法都可以用来使之不受天气,潮气和
腐蚀的影响:热缩导管,专用封闭件,带间隙封剂的瓶,绝缘胶布和
涂层。只要所采用的方法能产生良好的外封闭(防水)就行。
2.2.5 线圈的安置
环形线圈通常安置在切割路面的槽里,其典型的宽度为6至8
毫米,深度为7至10厘米。在将金属线放入之前将槽中杂质彻底清除
并使槽内干燥。当环形线圈是被放置于钢筋混凝土的钢筋之上时,线
圈务必在钢筋之上至少5厘米。安置线圈的槽内除了线圈本身外不得
有其它任何导体。安置的线圈应当离任何可移动的金属物品(如门)
至少1.4米以上。引入导线每米需扭胶至少15绞,导体尽量靠近以消
除线圈和检测之间形成不需要的检测场。这样便形成了一个从检测器
到线圈槽,并以正确的转向系统环绕线圈后回到检测器的连接不断的
线路。线圈引入线对地的绝缘电阻在500伏电压时测量大于10MΩ。
2.2.6环形线圈施工原则
◆线槽必须干燥、清洁、断面齐整。槽底若有缝隙,需均匀撒上
一层干细纱。线圈的四角要切出倒角槽。倒角槽与线圈槽连接处平滑;
◆线圈能够自由放入,不可损坏绝缘;
◆线圈应采用低压电缆,线圈对地绝缘,电缆绝缘材料应是电缆
用聚丙烯,不能采用橡胶材料。线圈使用寿命大于5年。馈线电缆可
与线圈电缆使用同一种电缆,并应成对拧在一起;如果使用不同电缆,
两者的接头应进行绝缘、防水、防护处理;
◆线圈与导线之间的连接点做防水处理。导线过中央隔离带时用
Φ50钢管保护;
◆线圈放入线槽后,填充适当的填充剂。填充制能与路面材料很
好结合,填充剂不能损坏路面。
◆添埋时,不能有环氧树脂溢出或沥青流出等情况出现。
2.2.7 铺设方法
在高速公路上埋设环线应该小心、认真、谨慎。环线如果数敷
不好,很容易造成对路面的损坏,而且这种损坏经常是越发严重和难
以弥补的。必须由富有经验的施工人员按规范操作。
根据我们的经验和前述的施工原则,采用以下敷设方法:
◆线圈开槽深度:48mm±2mm
◆线圈开槽宽度:6mm±0.5mm
◆馈线开槽深度:48mm,55mm,65mm三段
◆馈线开槽宽度:7mm±0.5mm
◆槽底缝隙处理:辅一层很薄的极细的干沙
◆填充料:下层用经优化配比试验后的环氧树脂,上层15mm用软化沥
青,再上层的沥青同该路面使用的沥青。
◆馈线成对拧在一起,与线圈电缆使用同一种电缆。对接头处进行绝
缘、防水、防护处理。
2.3 电源技术说明
电源采用专用电源从P2口输入,经桥式整流输出+7.5V的电压,+
7.5V的电压再经过两个稳压芯片分别输出两个+5.0V的电压作为数字电源和模拟电源。同时为了提高电源的稳定度,防止因为电源的不稳定因素导致整个系统性能的不稳定,我们在电源输出端又并联了一些电容来滤掉电源中可能存在的交流信号,从而使电源稳定度增大,确保电源不会影响系统的稳定性。同时在电源输出端并联的电容也有很多讲究,因为一定大小的电容在电路种只能滤掉一定频率的交流信号,因此我们就需要加很多电容来达到滤掉所有交流信号的目的。
第三章 检测原理
预先埋在地下的线圈在有车辆通过时,由于电磁感应,LC振荡电路中的线圈电感量改变,产生的振荡信号频率改变,再经过波形变换电路、倍频电路和计数电路,转换成单片机可以识别的数字信号,单片机的定时中断处理程序定时比较当前频率和基准频率的数值是否发生变化,做出适当处理,将处理信号发送到相应的执行硬件,从而实现检测车辆并采取相应动作的功能。影响振荡频率变化的因素有:车辆、气候、元器件参数的漂移等等。
具体的,车辆检测器可分为输入模块——主要实现检测由于车辆到来产生的与之对应的一定频率的正弦波,通过检查正弦波来判断车辆的到来;输出模块——由控制输出电路来控制继电器,从而实现控制栏杆的升降和喇叭;通讯模块——采用ICL232集成芯片实现逻辑电平的转换,可以通过串行口直接与PC机进行通讯;判断模块——是车辆检测器的核心,主要由整形放大电路、计数电路、倍频电路、单片机电路和看门狗电路几部组成。
系统原理框图如下如示:
频率选择
第四章 模块电路与器件描述
4.1输入模块:
输入模块采用电容三点式振荡电路制作,其原理图如下所示:
振荡器主要有电容三端式振荡器和电感三端式振荡器两种。本文采用
了电容三端式振荡器。与电感三端式振荡器相比,电容式三端式振荡器的优 势体现如下:
◆输出波形较好,这是因为集电极和基极电流可通过对谐波为低阻抗
的电容支路回到发射极,所以高次谐波的反馈减弱,输出的谐波分量减小, 波形更加接近于正弦波。
◆该电路中的不稳定电容(分布电容、器件和结电容等)均是与该电
路并联,因此适当加大回路电容量,就可以减弱不稳定因素对振荡频率的影 响,从而提高频率稳定度。
◆当工作频率较高时,甚至可以只利用器件的输入和输出电容作为回
路电容。因而本电路适用于较高的工作频率。
相应的,电容三端式振荡器也有其局限点:调C1或C2来改变振荡频
率时,反馈系数也将发生改变。其解决方法可是在L两端并上一个可变电容 器,并令C1与C2为固定电容,则在调整频率时,基本上不会影响反馈系数。 此振荡器的振荡频率为:
f?
??hbr/hib/2?LC
因此可以知道影响振荡器的有三种因素:
◆振荡回路参数L与C的变化必然引起振荡频率变化。影响L与C变
化的因素有:元件的机械变形,周围温度变化的影响,湿度、气压的变化等。因
此,为了维持L与C的数值不变化,首先就应选取标准性高,不易发生机械变形
的元件;其次,应尽量维持振荡器的环境温度恒定,因为当温度变化时,不仅会
使L和C的数值发生变化,而且会引起电子器件参数(如式中的h参数)变化。
要使振荡频率变化很小甚至不变化就要选择振荡回路的品质因数Q值高(也就是
要求回路电阻r很小),只有这样频率稳定度就能达到很高。也就是r越小,频
率稳定度就越高。
◆回路电阻r是由振荡器的负载决定的。负载重时,r大;负载轻时,
r小。因此,当负载变化时,振荡频率也将随之变化。为了减小r的影响,就要
求振荡器的负载必须极轻且稳定不变。R越小,则回路Q值越高,因而频率稳定
度也越高。因此我们在振荡电路的输出端接一个跟随器,这样就可以隔离振荡电
路和放大整形电路,从而使放大整形电路的输入电阻对振荡电路没有影响。可以
大大提高振荡电路频率稳定度。
◆有源器件的参数变化(电源电压或周围温度等变化)也会引起频
率漂移,由公式可以看出晶体管参数Δhb 与hib将发生变化就会引起
振荡频率的改变。为了维持晶体管的参数不变,应采用稳压电源和恒温
措施用来保持振荡频率不随环境的变化而变化。
4.2 输出模块:
通过控制输出电路来控制继电器和蜂鸣器,从而控制栏杆的升降和喇
叭的提醒。
4.3 通讯模块:
采用ICL232集成芯片实现逻辑电平的转换,可通过串行接口直接与 PC机进行通讯。
4.4 判断模块:
4.4.1 整形放大电路:其原理图如下图所示:
如图所示,左边电路为波形变换电路,右边则为放大电路。由
于振荡电路产生的是一定频率的正弦波,但是正弦波的边沿效应不好,
因此我们就需要对正弦波整形变化成边沿效应好的方波信号,在此过
程中应保证信号频率不发生变化,这样就可以对方波频率进行计数从
而测量出信号的频率。
运用了单向稳压二极管和单门限电压比较器将输入的带毛刺的
正弦波经单向稳压二极管和单门限电压比较器转变为方波信号输出。
由于方波的边沿性能比较好,容易对其进行数字化处理。
4.4.2 倍频电路:
倍频电路是用来调节整个系统的灵敏度的,改变倍频的大小就
能改变系统的灵敏度。在此倍频电路的设计中,用了锁相环4046芯
片。
Protel中的4046芯片 4040中的引脚连接
◆4046的引脚排列,采用16脚双列直插式,各管脚功能:
1脚相位输出端,环路入锁时为高电平,环路失锁时为低电平。
2脚相位比较器I的输出端。
3脚比较信号输入端。
4脚压控振荡器输出端。
5脚禁止端,高电平时禁止,低电平时允许压控振荡器工作。
6、7脚外接振荡电容。
8、16脚电源的负端和正端。
9脚压控振荡器的控制端。
10脚解调输出,用于FM解调。
11、12脚外接振荡电阻。
13脚相位比较器II的输出端。
14脚信号输入端。
15端内部独立的齐纳稳压管负极。
◆锁相环4046的性质:
1、锁相的意义是相位同步的自动控制,能够完成两个电信号相位同
步的自动控制闭环系统叫做锁相环,简称PLL。
它广泛应用于广播通信、频率合成、自动控制及时钟同步等技术领域。锁
相环主要由相位比较器(PC)、压控振荡器(VCO),低通滤波器三部分组成。
2、压控振荡器的输出Uo接至相位比较器的一个输入端,其输出频率
的高低由低通滤波器上建立起来的平均电压Ud大小决定。
施加于相位比较器另一个输入端的外部输入信号Ui与来自压控振荡器的
输出信号Uo相比较,比较结果产生的误差输出电压UΨ正比于Ui和Uo
两
个信号的相位差,经过低通滤波器滤除高频分量后,得到一个平均值电压
Ud。这个平均值电压Ud朝着减小VCO输出频率和输入频率之差的方向变化,
直至VCO输出频率和输入信号频率获得一致。这时两个信号的频率相同,
两相位差保持恒定(即同步)称作相位锁定。
3、当锁相环入锁时,它还具有“捕捉”信号的能力。
VCO可在某一范围内自动跟踪输入信号的变化,如果输入信号频率在锁相
环的捕捉范围内发生变化,锁相环能捕捉到输人信号频率,并强迫VCO锁
定在这个频率上。锁相环应用非常灵活,如果输入信号频率f1不等于VCO
输出信号频率f2,而要求两者保持一定的关系,例如比例关系或差值关系,
则可以在外部加入一个运算器,以满足不同工作的需要。现在常使用集成
电路的锁相环,CD4046是通用的CMOS锁相环集成电路,其特点是电源电
压范围宽(为3V-18V),输入阻抗高(约100MΩ),动态功耗小,在中心频
率f0为10kHz下功耗仅为600μW,属微功耗器件。
4、CD4046锁相环采用的是RC型压控振荡器,必须外接电容C1和电
阻R1作为充放电元件。
当PLL对跟踪的输入信号的频率宽度有要求时还需要外接电阻R2。由于VCO
是一个电流控制振荡器,对定时电容C1的充电电流与从9脚输入的控制电
压成正比,使VCO的振荡频率亦正比于该控制电压。当VCO控制电压为0
时,其输出频率最低;当输入控制电压等于电源电压VDD时,输出频率则
线性地增大到最高输出频率。VCO振荡频率的范围由R1、R2和C1决定。由
于它的充电和放电都由同一个电容C1完成,故它的输出波形是对称方波。
一般规定CD4046的最高频率为1。2MHz(VDD=15V),若VDD
要降低一些。
◆CD4046工作原理如下:输入信号Ui从14脚输入后,经放
大器A1进行放大、整形后加到相位比较器Ⅰ、Ⅱ的输入端,比较器
将从3脚输入的比较信号Uo与输入信号Ui作相位比较,从相位比较
器输出的误差电压UΨ则反映出两者的相位差。UΨ经R3、R4及C2
滤波后得到一控制电压Ud加至压控振荡器VCO的输入端9脚,调整
VCO的振荡频率f2,使f2迅速逼近信号频率f1。VCO的输出又经除
法器再进入相位比较器,继续与Ui进行相位比较,最后使得f2=f1,
两者的相位差为一定值,实现了相位锁定。对于直插式接口P4是用
来控制系统是否使用倍频,即决定信号是从锁相环输出到4040,还
是不从锁相环输出而直接输入给4040的CLK。而对于直插式接口P5
是用来控制倍频的大小,即是4倍频还是8倍频。
◆锁相环捕捉范围的选择
因为国家对此类系统有一定的规定,要求感应线圈的电感量应在
10μH-2200μH之间,为了满足这个规定,就要求锁相环的捕捉范围
足够宽,这样才能适应各种不同的线圈。针对捕捉范围的选择,根据
公式
3VCOin(Icons
R1tantratio)?9.2(Vdd)R2
)F0?2Cext(Vdd?3*undershoot,
我们选用了R1=1K,R2=∞,Cext=10P,R3=560K,R4=2K,经对实际电路
的测试我们发现:当选择4倍频时,捕捉范围为13K-580K;当选择8
倍频时,捕捉范围为10K-300K。在这样广的捕捉范围下,已经足够
满足国家的有关规定的电感量了。
◆倍频电路的辅助芯片
倍频电路中还用到了4040作为电路的辅助芯片,4046的信号输出端
输入到4040的CLK端计数,再从4040的Q1-Q12中选一端输出到4046
的比较输入端,使4046的输出的信号经分频(分频的数据由选的那
路输出决定)后与4046的输入频率相同,从而达到倍频的目的。倍
频的具体数据是这样的:选Q1输出为2倍频,选Q2输出为4倍频,……,
选Q11输出为2048倍频,选Q12输出为4096倍频。在本系统中我
们只选用了Q2,Q3作为倍频的两个选项,也就是只使用了4倍频和
8倍频,这是由于考虑到倍频越高就越可能会使误检测率增大,而4
倍频和8倍频已经能够达到所要求的检测灵敏度了,故我们只选用
了4倍频和8倍频。
4.4.3 计数电路:
计数电路是对方波进行计数,也就是检测方波的频,根据频
率的变化从而来判断车辆的到来。计数电路采用了4040芯片并使用
了单片机中的两个计数器,因此扩大了计数的范围,从而不会发生
溢出的情况。其原理图如下图所示:
当监控测量产生的一定频率的信号经过整形滤波放大,再经倍频后
所得的信号,要使CPU能读出该信号的频率就要求有一个计数器对
信号进行计数,从而使CPU能根据计数器的输出端判断该信号的频
率,这样才能使CPU可以判断频率是否有大的变化,才能判断出是
否有车辆的到来,实现该系统的功能。同时每当CPU读完一次数据
后就要求对计数器进行复位,这样可以避免数据叠加,CPU算法的复
杂化。因为数据的叠加就会要求CPU在每次读数时还要记录上一次
的读数,再把后一次读数减去前一次读数,在做减法时还要考虑计
数器是否溢出等等问题,而使用复位后就只要每次读入数据就行了,
不用再对数据进行什么处理了。
4.4.4 看门狗电路
由于系统工作在复杂的环境中,因此有很多不可预知情况的
发生,看门狗电路是为了系统的稳定工作而设计的,应用看门狗电
路可以对整个系统进行复位,从而可以使系统继续工作。同时由于
系统是处于温度、环境不断变化的环境中,因此在输入端的线圈就
会由于温度等因素的变化而使线圈的电感量变化,这样输入电路产
生的频率就会变化,由于单片机的软件能使基准频率跟随当前频率
变小,但不会跟变大,如果系统一直不复位的话,就会逐渐产生误
检,而复位可以使基准频率和当前频率一致,可以避免误检。
看门狗芯片图如下图所示:
可编程看门狗监控EEPROM芯片X25045
在微机智能测控系统的设计中,断电数据保存功能、看门狗功能、上
电掉电复位功能、电源电压监控功能等对系统是非常重要的。美国
Xicro公司生产的X25045芯片集上述功能于一身,这种组合大大简化
了硬件设计,提高了系统的可靠性,减少了对印制电路板的空间要求,
降低了成本和系统功耗。
◆X25045芯片介绍:
X25045芯片的引脚排列如上图所示:
1、CS(①脚)为片选输入端,CS电平变化将复位看门狗定时器。
2、SO(②脚)为串行输出端,数据由此脚输出,串行时钟SCK(⑤
脚)的下降沿同步输出数据。
3、WP(③脚)为写保护输入端,当WP为低电平时,X25045的非易
失性写操作被禁止,其它功能正常,WP为高电平时所有功能正常。
4、SI(⑥脚)为串行输入端,所有写入的数据、操作码、字节地
址在此脚上输入,数据由串行时钟的上升沿锁存。
5、RESET(⑦脚)为复位输出端,高电平有效,漏极开路输出方
式。用于电源检测和看门狗定时器。
X25045芯片有4K位串行EEPROM;可编程的看门狗定时器;低电压
Vcc检测;直至Vcc=1V复位输出有效;SPI接口方式;低功耗,
待机电
流为10μA,工作电流为3mA,工作电压为2.7V至5V;具有块锁定保护功能,可以保护1/4,1/2,或所有E2PROM阵列;片内异常事件写保护:上电、掉电保护电路,写锁存,写保护引脚;1MHz时钟频率;可擦写次数为100000次,数据保存期为100年;ESD静电放电保护;有8引脚DIP和SOIC或14引脚TSSOP封装三种形式;高电平复位信号输出。
X25045共有6条指令,如表1所示。所有指令都以MSB(最高有效位)2在前方式传送。读写指令中3位的A8是高位地址,此位用于选择器件的上半部或下半部
表1
X25045内部的状态寄存器格式如下:
表2
在表2中:
WIP位表示X25045是否忙于向EEPROM写数据。该位是只读位,WIP为0表示没有写操作在进行,可向E2PROM写数据;WIP为1时表示正在进行写操作,此时不能向EEPROM写数据。
WEL位表示写使能锁存器的状态。该位是只读位,由WRDI指令复位,写使能锁存器被复位时向EEPROM写操作被禁止。
使用WRSR指令可以对状态寄存器中非易失性位BL1、BL0、WD1、WD0进行设置。
其中:
BL1和BL0位确定EEPROM的块保护地址范围,被保护地址范围与这两位的关系如表3所示:
表3
WD1和WD0位是看门狗定时器超时选择的设定位,超时选择如表4所示:
表4
4.4.5 单片机电路:
单片机从计数电路中采集数据得出当前频率,并根据当前的灵敏度要求,再与基准频率比较,从而判断是否有车辆到来,最后向外输出信号,并对继电器发出命令以控制栏杆的升降和喇叭。
在这个系统中我们采用了单片机8051作为系统的CPU对整个系统进行控制。CPU是从P0.0-P0.7,P2.0-P2.3读入由振荡器产生经倍频后的信号的频率,从而依此来判断车辆是否通过。因为车辆通过时,出于车辆通过线圈导致电感增大,再经耦合后接到振荡器中,使
振荡器产生的频率增大,从而判断车辆是否经过。同时当CPU对频率
判断后向外输出各种控制信号,其中RXD,TXD是输入到ICL232接口
芯片的(ICL232接口芯片是用来与计算机通讯时使用的,主要是由于
计算机和检测器电路中的电平不一致,这就需要电平转换,因此我们
使用ICL232接口作为电平转换的芯片来实现计算机与电路的通讯),
另外还有信号输出,控制两个继电器,并以此来控制栏杆和喇叭。
8051芯片图如下图所示:
◆当前频率的获取:
主程序体中设置了一个定时器,定时周期为10mS,定时时间到触发定
时中断Timer0Int,在中断服务程序中,不断读取当前振荡器计数值,
并保存到Counter的字变量中。
◆基准频率的获取:
基准频率的获取比较复杂,由于检测器的长时间工作,外界气候条件
的变化,使基准频率实际上是一个时变参数。由于基准频率的获取直
接影响到检测的精度,故程序中采取了一些措施,以确保最大精度检
测
基准频率设置分以下三个方面:初始基准频率的设定、动态基准
频率的矫正和外部手工强制设定。其重点在于动态基准频率的矫正。
下面分步描述:
◆初始基准频率的设定:检测器开机后,将自动执行初始基准频
率的设定操作。见下图:
初始基准频率的设定流程
在主程序中
在中断服务程序中
◆动态基准频率的矫正:动态基准频率的矫正分为向下矫正和全
向矫正两种算法。向下矫正主要解决因外界条件的变化而导致线圈电感
量增大,实际基准频率和当前频率都变小的情况。在这种情况下,如果
不采取相应措施,当前频率在缓慢地变小,而基准频率没有变化,会导
致检测灵敏度下降直至完全检测不到,由于向下矫正不是强制矫正,不
会引起矫正瞬间检测误差。全向矫正是强制矫正,是为了解决因外界条
件的变化而导致线圈电感量减少的情况,而引起的频率增加,注意这种
情况与有车导致的频率升高相似。不同的是,在车辆经过线圈上方时,
引起的频率增大往往要比因外界条件的变化而引起的频率增大要快。如
果不采取全向矫正的措施,当前频率缓慢升高,而基准频率不变,会导
致误检测而使检测器死锁。在程序中设置了一个可由计算机下载的参数
AdaptivePeriod,在中断服务程序中,检测该参数计数值到时间后,自
动将当前计数频率值代替基准频率。见下图:
动态基准频率的矫正的设定流程
全向矫正算法向下矫正算法
◆外部手工强制设定:在以上两种手段都无效的情况下,设计有
一个手动按键,在任何时候,如果发生误检测的情况,强制地把当前频
率设置为基准频率。在主程序中,只是简单地把计数时间到参数设置为
TRUE。然后由中断服务程序在全向矫正算法中完成。
第五章 车辆检测器在公路收费系统中的用法及
其RS232通讯协议
车辆检测器PCB板子焊接及实物图如下所示:
5.1 实际应用的配置:
车辆检测器在收费站车道中可配置两台:一台AE3006B及一台
AE3008B。
5.1.1 AE3006B的相关描述
◆主要作用:控制栏杆机自动落杆功能及车辆计数功能
主要作用说明:控制触点控制型(连接器端子NO2及COM2给出
一个300mS无电压吸合脉冲信号,注意DIP6一定要处于OFF位臵,以便车辆
离开线圈,产生输出脉冲)栏杆机自动落杆(车辆离开线圈,由车辆检测器
自动控制栏杆机落杆,不需要计算机或人工干预控制);AE3006B还给出RS232
计数信号(发送时机为车辆离开线圈时)。
◆次要作用:带有安全装置栏杆机的防砸车功能
次要作用说明:车辆进入线圈时,在连接器端子NO1及COM1给
出一个无电压吸合信号,该信号一直保持到车辆离开线圈为止。
5.1.2 AE3008B的相关描述
AE3008B:栏杆机的计算机控制功能及图象抓拍控制功能
AE3008B功能描述:
◆栏杆机的计算机控制,控制触点控制型拦杆机抬杆(连接器端子
NO1及COM1)及落杆(连接器端子NO2及COM2)
◆图象抓拍控制(DIP6=ON,车辆进入线圈抓拍),
5.2 RS232通讯协议
5.2.1 标准RS232串行接口,EIA电平。
通讯波特率:9600bps,8bit UART,1位起始位,8位数据位,
1位停止位。
命令帧格式:
“?”+ 命令 + 数据位 +“?” :“?”为起始位,ASCII码3CH。 命令为“A”?“Z”之间的任何ASCII码字符或者其组合。数据位长
度可变,最小长度为0;“?”为结束位,ASCII码3EH。
5.2.2 计数信号(对应于AE3006B及AE3008B):
通信格式:“?C?”
通信方向:车辆检测器-----PC机
通信时机:DIP6=ON 车辆进入线圈;DIP6=OFF车辆离开线圈 说明:AE3006B的计数信号通常用于车辆计数;
AE3008B的计数信号通常用于图象抓拍
5.2.3 PC机开、关道命令(对应于AE3008B):
通信格式:栏杆机开道(抬杆)“?G?”栏杆机关道(落杆)
“?H?”
通信方向: PC机-----AE3008B型车辆检测器
通信时机:开道:收费员完成收费操作
关道:一般不用(关道功能由AE3006B的自动落杆功能实现)
5.2.4 车辆检测器固定信息读取(对应于AE3006B及AE3008B):
车辆检测器固定信息由CarInit.exe程序设置(设置程序密码aabb)
◆硬件厂商ID
PC发命令:“”
检测器收到命令后回发:“”
典型数据为:“”或“”
◆产品ID
PC发命令:“”
检测器收到命令后回发:“”
典型数据为:“”或“”
◆产品序列号
PC发命令:“”
检测器收到命令后回发:“”
典型数据为:“”
第六章 总结与展望
在高速公路的管理与控制系统中,越来越需要对车辆检测器提供的交通流参数进行检测。近年来我国各大城市正在实施“畅通工程”,车辆检测器成为先进的交通控制系统和停车管理系统中必需的设备。目前我国用于高速公路和城市道路的车辆检测器几乎全部是从国外进口的,国产车辆检测器存在着诸多问题,如误检率高、灵敏度低、长时间工作稳定性差等,如何解决这些问题成了国内众多生产厂家的当务之急。
目前,车辆检测器的种类繁多,主要有感应式环形线圈车辆检测器、脉冲超声波检测器、地磁性检测器,还有雷达检测器、光电检测器以及基于计算机视常见技术的视频检测器等。它们各自有优缺点,各有特定的市场范围。感应式环形线圈车辆检测器具有性能稳定、电路简单、成本低、使用方便、免维护等优点。是目前世界上技术较为成熟的车辆检测方法。
在ITS中,车辆检测器必须是常年24h不间断运行。为了保证设备的高可靠性,应当采取一些必要的措施。考虑到道路交通现场复杂的温度、湿度条件及噪声信号干扰,必须在元器件选购、画图制版、焊接安装、设备调试、老化检验等环节上把好每一道关。每套设备在交付适用前均要经过至少半个月到一个月的高温老化,设备的质量才能得以保证。
目前,车辆检测设备已经应用于江阴长江大桥、赤峰公路、沪宁高速公路等路桥收费监控系统中,设备工作正常,用户评价满意,正在创造着良好的经济效益和社会效益。
第七章 致谢
衷心感谢高健老师对我的悉心指导。本文是在高老师的指导关怀下完成的。高老师在从选题到最后完成论文的过程中始终给予了我极大的帮助和鼓励,没有他的帮助的鼓励,我是不可能完成这项工作的;同时他那严谨的治学态度和关心同学的高贵品质也是值得我学习的。高老师传授给我的丰富知识将使我受益终生。另外感谢和我一起做这个项目的周正国同学,他提供了使用和调试这个仪器所必须的程序,使得仪器能够正常的工作。
最后,还要感谢对我无私奉献的父母以及曾经给予了我鼓励和帮助的老师, 同学和朋友们。
第八章 参考文献
[1]何立民,MCS-51系列单片机应用设计系统,北京航空航天大学出版社,1993
[2]袁涛,孙腾堪,PL/M程序设计语言及其应用,北京,清华大学出版社,1990
[3]康华光,电子技术基础模拟部分,高等教育出版社,1979
[4]张肃文,陆兆熊,高频电子线路,高等教育出版社,1993
[5]李元,数字电路与逻辑设计,南京大学出版社,1997