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1、安徽建筑工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文)課 題 基于單片機(jī)的車(chē)流量測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì) 子 課 題 線圈檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 系 （院） 電子與信息工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 通信工程 班 級(jí) 10通信（1）班 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 2014年 6 月27 松鼠學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文摘要 近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，機(jī)動(dòng)車(chē)輛擁有量也在急劇增長(zhǎng)，交通流量日益增大，了解路況交通實(shí)時(shí)信息讓司機(jī)選擇道路通暢的路段是解決道路擁堵問(wèn)題的一個(gè)重要手段。因此，研究開(kāi)發(fā)適合我國(guó)交通現(xiàn)狀和具有穩(wěn)定性好的檢測(cè)設(shè)備變得尤為重要。 本文介紹了一種基于感應(yīng)線圈的道路車(chē)輛測(cè)量方法。該方法利用感應(yīng)線圈車(chē)輛檢測(cè)器對(duì)車(chē)輛的電磁
2、感應(yīng)特性進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過(guò)對(duì)振蕩的頻率計(jì)數(shù)獲得通行車(chē)輛的信息（車(chē)流量這里指通過(guò)車(chē)輛的個(gè)數(shù)），再通過(guò)顯示電路顯示出來(lái)。信號(hào)產(chǎn)生電路采用LC電容三點(diǎn)式振蕩電路，此電路主要用來(lái)產(chǎn)生正弦信號(hào).文中給出了以AT89C51單片機(jī)為核心的車(chē)流量檢測(cè)系統(tǒng)的硬件和軟件框圖，并進(jìn)行了簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明該檢測(cè)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，檢測(cè)精度符合要求。 基于LC振蕩電路與51系列單片機(jī)組成的環(huán)形線圈檢測(cè)器，不僅經(jīng)濟(jì)，還能夠保證系統(tǒng)的檢測(cè)精度和抗干擾性，為進(jìn)一步應(yīng)用于實(shí)際打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 關(guān)鍵字:AT89C51單片機(jī) 、感應(yīng)式環(huán)形線圈、LC振蕩電路、數(shù)碼顯示Abstract In recent years, the quan
3、tity of vehicles and the traffic flow increase rapidly with the development of China economy.So it is important of the drivers to know the real-time information of the traffic system.Therefore ,it is also very important to research a stable equipment which can detect the traffic situation. The paper
4、 introduces a device of vehicle based on an induction loop-coil.The device collects the data of electromagnetic induction characteristics with the inductive loop-coil.This device can obtain the information of vehicles by measuring the frequency of the oscillator circuit,and displays it thought the d
5、isplay circuit. The signal circuit of the device adopts LC oscillator circuit,and this oscillator circuit is mainly used to produce sinusoidal signal.The paper produces the hardware electric circuit and the software diagram of the system of measuring vehicle flux which takes the STC89C52 as the core
6、,and take some simple experiments,finally indicated that the system of measuring vehicle flux is able to stably and reliably work and the examination precision meet the requirements.The inductive loop-coil vehicle detector which is based on LC oscillator circuit and MCU, is economic, accurate and st
7、able. It laid a solid foundation for further practical application. Keyword：STC89C52 single chip microcomputer、induction loop-coil、 LC oscillator circuit、Digital display 目錄 第1章序言21.1 課題背景21.2 課題研究的目的和意義21.3 課題研究的發(fā)展趨勢(shì)21.4 本文主要研究?jī)?nèi)容3第2章 系統(tǒng)主要研究?jī)?nèi)容32.1 車(chē)輛檢測(cè)原理42.2 系統(tǒng)硬件原理框圖62.3 系統(tǒng)軟件原理框圖7第3章 硬件設(shè)計(jì)-檢測(cè)電路部分73.1
8、檢測(cè)線圈設(shè)計(jì)73.2 LC振蕩電路設(shè)計(jì)73.3 整形電路設(shè)計(jì)73.4 波形變換電路設(shè)計(jì)7第4章 硬件設(shè)計(jì)-單片機(jī)電路部分74.1 測(cè)頻電路設(shè)計(jì)74.2 顯示電路設(shè)計(jì)7第5章 軟件設(shè)計(jì)75.175.275.375.475.57第6章 試驗(yàn)結(jié)果分析7第7章 總結(jié)和展望77.1全文總結(jié)77.2展望7第8章 總結(jié)和體會(huì)7致謝7參考文獻(xiàn)：8附錄: 基于單片機(jī)的車(chē)流量測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì) 線圈檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 第1章序言1.1 課題背景隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，智能交通已在我國(guó)悄然興起，車(chē)輛檢測(cè)器作為交通信息采集的一個(gè)重要組成部分，越來(lái)越受到業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注。車(chē)輛檢測(cè)器以機(jī)動(dòng)車(chē)輛為檢測(cè)目標(biāo)，檢測(cè)車(chē)輛的通過(guò)或存在狀況，其作用是為智
9、能交通控制系統(tǒng)提供足夠的信息以便進(jìn)行最優(yōu)的控制，目前國(guó)際上常用的車(chē)輛檢測(cè)器主要有環(huán)形線圈車(chē)輛檢測(cè)器，視頻車(chē)輛檢測(cè)器和微波車(chē)輛檢測(cè)器，其中環(huán)形線圈車(chē)輛檢測(cè)器由于其高準(zhǔn)確率，低成本，和高可靠性而被大量使用。針對(duì)現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)車(chē)輛檢測(cè)器的生產(chǎn)廠家較少，產(chǎn)品性能較低，而國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)格高，外圍接口少，沒(méi)有車(chē)型分類(lèi)功能的情況，我們研究開(kāi)發(fā)了智能環(huán)形線圈車(chē)輛檢測(cè)器。經(jīng)大量試驗(yàn)及應(yīng)用比較我們開(kāi)發(fā)的智能環(huán)形線圈車(chē)輛檢測(cè)器與進(jìn)口產(chǎn)品相比具有性價(jià)比高，靈敏度高，外圍接口多，具備車(chē)型分類(lèi)功能等優(yōu)勢(shì)。1.2 課題研究的目的和意義車(chē)輛檢測(cè)器的種類(lèi)很多，根據(jù)其檢測(cè)原理的不同，可分為超聲波檢測(cè)器、激光檢測(cè)器、雷達(dá)檢測(cè)器、視頻檢
10、測(cè)器、環(huán)形線圈檢測(cè)器等。各式車(chē)輛檢測(cè)器中，以環(huán)形線圈車(chē)輛檢測(cè)器使用最廣、歷史最久，也被認(rèn)為是價(jià)格低廉，準(zhǔn)確度高，且積累了較多的經(jīng)驗(yàn)，雖然環(huán)形線圈檢測(cè)器有其安裝不方便的缺憾，但是，由于它具有檢測(cè)參數(shù)精度高、適用性強(qiáng)、可靠性高、漏檢率低、使用壽命長(zhǎng)、性能價(jià)格比合適等諸多優(yōu)點(diǎn)，這種檢測(cè)器仍然是目前用于高速公路控制系統(tǒng)最為廣泛、效果也較好的一種車(chē)輛交通信息檢測(cè)設(shè)備。1.3 課題研究的發(fā)展趨勢(shì) 近年來(lái)，隨著高速公路和城市交通監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展需要，車(chē)輛檢測(cè)器已得到了廣泛的應(yīng)用，同時(shí)車(chē)輛檢測(cè)技術(shù)也隨著傳感器技術(shù)，通信技術(shù)，計(jì)算機(jī)和人工智能等技術(shù)的發(fā)展而得到了迅速提高?，F(xiàn)今的交通流檢測(cè)設(shè)備己經(jīng)逐步由原來(lái)的埋設(shè)型
11、轉(zhuǎn)向了非埋設(shè)型，由單一類(lèi)型向多種組合類(lèi)型發(fā)展。就安裝條件來(lái)說(shuō)，有龍門(mén)架、天橋的地段可以使用超聲波、微波等設(shè)備；在己經(jīng)有視頻監(jiān)控光纖傳輸?shù)穆范?，可增加檢測(cè)專(zhuān)用攝像頭實(shí)施視頻檢測(cè)；在其余路段可以使用微波側(cè)掛設(shè)備。就需求來(lái)說(shuō)，超速抓拍可以使用線圈和微波系統(tǒng)；公交車(chē)專(zhuān)用道以及某些車(chē)型車(chē)輛禁行路段的違章檢測(cè)可以使用超聲波檢測(cè)設(shè)備；對(duì)車(chē)型分辨要求較高(如需分辨客貨車(chē)等)，以及在擁堵情況下對(duì)流量檢測(cè)精度要求較高的交通流檢測(cè)可以使用超聲波檢測(cè)設(shè)備；需要配以直觀圖像時(shí)，可以選擇視頻檢測(cè)設(shè)備。由于現(xiàn)今的任何一種檢測(cè)器都不能完全達(dá)到交通監(jiān)控的全部要求，他們各自的優(yōu)缺點(diǎn)都十分明顯。所以當(dāng)今的趨勢(shì)是一個(gè)功能完備的監(jiān)測(cè)系
12、統(tǒng)必須是由多種檢測(cè)設(shè)備配合使用，相互取長(zhǎng)補(bǔ)短。如北京四環(huán)路的交通流檢測(cè)，就采用了視頻、微波、超聲波等多種檢測(cè)器組成了完整的檢測(cè)系統(tǒng)。早在60年代末，70年代初國(guó)外的科學(xué)家就對(duì)車(chē)輛的自動(dòng)識(shí)別進(jìn)行了研究，由于受到當(dāng)時(shí)技術(shù)發(fā)展的影響，曾采用彩色條形碼、磁感應(yīng)、攝像、照相、聲表面波等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的自動(dòng)識(shí)別，但都因現(xiàn)場(chǎng)的具體應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜，始終沒(méi)有解決系統(tǒng)識(shí)別精度不高，抗干擾性能差這一技術(shù)難題，因此沒(méi)有得到廣泛使用。進(jìn)入80年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和微波技術(shù)的迅猛發(fā)展，國(guó)外許多公司都在致力于采用微波反射調(diào)制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)輛自動(dòng)識(shí)別的研究由于此項(xiàng)技術(shù)具有較高的抗干擾性能和較高的識(shí)別精度因而得到了廣泛的使用。綜上
13、所述，各種交通信息采集系統(tǒng)的配合運(yùn)用，以及光纖通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)信息處理系統(tǒng)和人工智能技術(shù)的應(yīng)用，必將使交通控制系統(tǒng)向大范圍、全方位、智能化和實(shí)時(shí)控制方向發(fā)展。1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容 本文研究?jī)?nèi)容是利用環(huán)形線圈作為道路交通檢測(cè)的傳感器，設(shè)計(jì)一種用于車(chē)流量計(jì)數(shù)等參數(shù)檢測(cè)的環(huán)形線圈道路交通檢測(cè)系統(tǒng)。文中采用單線圈檢測(cè)技術(shù)，在硬件設(shè)計(jì)上我們利用電容三點(diǎn)式LC振蕩電路產(chǎn)生正弦波形信號(hào)，采用過(guò)零比較器對(duì)輸入正弦波整形，可得到上升沿和下降沿都比較理想的矩形波信號(hào)，最后選用STC89C52單片機(jī)作為主控制芯片，將數(shù)據(jù)顯示出來(lái)。最后根據(jù)系統(tǒng)功能需求，完成各個(gè)部分的軟硬件設(shè)計(jì)。 第2章 系統(tǒng)主要研究?jī)?nèi)容 環(huán)形線
14、圈檢測(cè)器是在同一車(chē)道的道路上埋設(shè)一組感應(yīng)線圈。檢測(cè)器則是由檢測(cè)單元同環(huán)形線圈組成一個(gè)調(diào)諧電路，此電路的電感主要決定于環(huán)形線圈，與檢測(cè)器的振蕩回路一起形成LC諧振回路，當(dāng)諧振回路中有電流通過(guò)環(huán)形線圈時(shí)，在其周?chē)纬梢粋€(gè)電磁場(chǎng)，當(dāng)車(chē)輛行至線圈上方時(shí)，車(chē)體底盤(pán)產(chǎn)生自成回路的感應(yīng)電渦流，渦流損耗環(huán)形線圈產(chǎn)生的電磁能，使環(huán)形線圈的電感量減少，振蕩頻率發(fā)生變化。只要檢測(cè)到此頻率的變化，就可以檢測(cè)到車(chē)輛的通過(guò)信息，并完成車(chē)流量統(tǒng)計(jì)。2.1 車(chē)輛檢測(cè)原理 當(dāng)車(chē)輛經(jīng)過(guò)環(huán)形線圈上方時(shí)，渦流效應(yīng)會(huì)使環(huán)形線圈的電感量發(fā)生變化，即車(chē)輛接近環(huán)形線圈時(shí)，電感量減小，在整個(gè)車(chē)輛通過(guò)的過(guò)程中，頻率將變化，當(dāng)車(chē)輛離開(kāi)線圈后，電感
15、恢復(fù)到?jīng)]有車(chē)輛時(shí)的數(shù)值。環(huán)形線圈與車(chē)輛的等效電路如下圖2.2所示。 圖2.1 感應(yīng)線圈等效電路圖設(shè)環(huán)形檢測(cè)線圈參數(shù)為：線圈電感，決定于線圈幾何尺寸及匝數(shù)；線圈電阻；線圈阻抗，；車(chē)輛渦流回路中的等效電阻；車(chē)輛渦流回路中的等效電感；互感系數(shù)，取決于線圈與車(chē)輛靠近程度。根據(jù)基爾霍夫定律，存在如下關(guān)系: （2.1） （2.2）由式（2.1）、（2.2）可得 （2.3） （2.4）由（2.3）可得電感線圈總阻抗為 （2.5）可知此時(shí)線圈的等效電感： （2.6）由上式（2.6）可見(jiàn)電路參數(shù)為的函數(shù)，電路振蕩頻率取決于環(huán)形線圈的等效電感和電容，即，當(dāng)為常數(shù)，電路中振蕩頻率取決于線圈等效電感。當(dāng)線圈磁場(chǎng)內(nèi)無(wú)車(chē)
16、輛存在時(shí)，有 =0，=，：當(dāng)車(chē)輛靠近線圈時(shí)，將變大，變小，變大；反之，當(dāng)車(chē)輛遠(yuǎn)離線圈時(shí)，將變小，變大，變??；因此，利用此變化規(guī)律，即可檢測(cè)車(chē)輛個(gè)數(shù)。2.2 系統(tǒng)硬件原理框圖 硬件設(shè)計(jì)主要包括LC振蕩電路、整形電路、波形變換電路，利用這些電路完成車(chē)輛信號(hào)的采集工作，單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)此信號(hào)進(jìn)行分析處理，得出車(chē)輛計(jì)數(shù)結(jié)果，然后將數(shù)據(jù)通過(guò)共陽(yáng)數(shù)碼管顯示出來(lái)。圖2.2 系統(tǒng)硬件原理框圖2.3 系統(tǒng)軟件原理框圖 第3章 硬件設(shè)計(jì)-檢測(cè)電路部分3.1 檢測(cè)線圈設(shè)計(jì)3.1.1 檢測(cè)線圈的的工作原理 當(dāng)車(chē)輛通過(guò)環(huán)形地埋線圈或停在環(huán)形地埋線圈上時(shí)，車(chē)輛自身鐵質(zhì)切割磁通線，引起線圈回路電感量的變化，檢測(cè)器通過(guò)檢測(cè)該電感
17、變化量就可以檢測(cè)出車(chē)輛的存在，檢測(cè)這個(gè)電感變化量一般來(lái)說(shuō)有兩種方式： 是利用相位鎖存器和相位比較器，對(duì)相位的變化進(jìn)行檢測(cè) 則是利用由環(huán)形地埋線圈構(gòu)成回路的耦合電路對(duì)其振蕩頻率進(jìn)行檢測(cè)。本設(shè)計(jì)采用第二種方案。3.1.2 環(huán)形線圈的選取環(huán)形線圈是一個(gè)埋在路面1020mm下，通有一定工作電流的環(huán)形線圈（一般為2*1.5m）。由于本設(shè)計(jì)中只是檢測(cè)車(chē)輛的數(shù)目，比較簡(jiǎn)單，因此只選用一組環(huán)形線圈，環(huán)形線圈如圖所示：圖3.1 環(huán)形地埋線圈的表示當(dāng)車(chē)輛通過(guò)環(huán)形線圈時(shí), 在車(chē)體內(nèi)就會(huì)有渦流產(chǎn)生, 渦流會(huì)損耗環(huán)形線圈產(chǎn)生的電磁能, 即渦流對(duì)環(huán)形線圈的磁場(chǎng)具有去磁作用。因此, 渦流的出現(xiàn)使環(huán)形線圈的電感量減少。 同時(shí)
18、, 車(chē)輛作為金屬導(dǎo)體通過(guò)環(huán)形線圈, 能夠增加線圈周?chē)臻g的導(dǎo)磁率, 使環(huán)形線圈的電感量具有增加的趨勢(shì)。根據(jù)大量的經(jīng)驗(yàn)證明： 測(cè)得當(dāng)環(huán)形線圈的頻率為 20 kHz 180 kHz 時(shí),渦流的去磁占主導(dǎo)地位, 環(huán)形線圈的電感量明顯減小。即有車(chē)通過(guò)環(huán)時(shí), 等效電感 L(環(huán)形線圈的電感量) 明顯減小。因此：此設(shè)計(jì)中取中心頻率=50kHz。 微型面包車(chē)和轎車(chē)處于線圈上方時(shí) ,電感量將減少2 %3 %左右 ；當(dāng)卡車(chē)處于上方時(shí) ,電感量的變化約是前者的一半左右。由實(shí)際應(yīng)用情況，約為20mH-2000mH左右。取L=50mH，此時(shí)轎車(chē)通過(guò)線圈的電感變化為11.5mH。 線圈接入振蕩電路中 ,電感量的變化引起振
19、蕩頻率變化 。電感量減小 ,振蕩頻率增大 ,頻率變化的相對(duì)量基本上是電感量變化量的一半。此時(shí)，頻率變化率在1%1.5 %左右（即500750HZ），其能很好的觀察出來(lái)。因此：本實(shí)驗(yàn)中環(huán)形線圈等效電感為50mH，中心頻率=50kHz。3.2 LC振蕩電路設(shè)計(jì)在實(shí)踐中，廣泛采用各種類(lèi)型的信號(hào)產(chǎn)生電路，就其波形來(lái)說(shuō)，有正弦波或非正弦波兩種形式。環(huán)形線圈車(chē)檢器的振蕩電路模塊實(shí)際上也就是正弦波信號(hào)的產(chǎn)生電路，正弦信號(hào)產(chǎn)生電路主要有兩種：RC振蕩電路以及LC振蕩電路。后一種振蕩電路主要用來(lái)產(chǎn)生高頻正弦信號(hào)，適用于幾十千赫至幾百兆赫的頻率范圍，因而在車(chē)輛檢測(cè)器中得到應(yīng)用。本設(shè)計(jì)選用電容三點(diǎn)式LC振蕩電路基本
20、形式，如圖3.2所示。 圖3.2 耦合振蕩電路3.2.1 工作原理根據(jù)正弦波振蕩電路的判斷方法，由圖3.2所示，電路中包含了放大電路、選頻網(wǎng)絡(luò)、反饋網(wǎng)絡(luò)和非線性元件（晶體管）四個(gè)組成部分，而且放大電路能夠工作在放大狀態(tài)下。分析過(guò)程：首先斷開(kāi)反饋網(wǎng)絡(luò)，加頻率為輸入電壓，給定其極性，判斷出從上所獲得的反饋電壓的極性與輸入電壓相同，故電路滿足正弦波振蕩的相位條件，各點(diǎn)瞬時(shí)極性如圖中所標(biāo)注。只要電路參數(shù)選擇得當(dāng)，電路就可滿足幅值條件，而產(chǎn)生正弦波振蕩。3.1.2 振蕩頻率和起振條件當(dāng)由、和所構(gòu)成的選頻網(wǎng)絡(luò)的品質(zhì)因數(shù)遠(yuǎn)大于1時(shí)，振蕩頻率為： 振蕩頻率 （3.1）設(shè)和的電流分別為和，則反饋系數(shù) （3.2）
21、電壓放大倍數(shù) （3.3）在空載情況下，由上式（3.3）中集電極等效負(fù)載 （3.4）根據(jù) ，利用式（3.3）和（3.4），可得起振條件為 （3.5）若增大，則一方面反饋系數(shù)數(shù)值隨之增大，有利于電路起振；另一方面，它又使減小，從而造成電壓放大倍數(shù)數(shù)值減小，不利于電路起振。因此，既不能太大，又不能太小，具體數(shù)值應(yīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)最終確定。3.1.3 元件參數(shù)選取 電容圖中為穩(wěn)定振蕩頻率采取了一些措施。為提高電容反饋式振蕩電路的振蕩頻率，需減少、的電容量和L的電感量。實(shí)際上，當(dāng)、減少到一定程度時(shí)，晶體管的極間電容和電路中的雜散電容將影響振蕩頻率。由于極間電容受溫度的影響，雜散電容又難于確定，為了穩(wěn)定振蕩頻率
22、，在設(shè)計(jì)電路時(shí)，必須能夠使極間電容和雜散電容對(duì)選頻特性的影響忽略不計(jì)。具體的方法是在電感的支路串聯(lián)一個(gè)小容量電容C4，而且C4C，C4C，這樣總電容約為C，因而電路的振蕩頻率幾乎與、無(wú)關(guān)，當(dāng)然，也就幾乎與極間電容和雜散電容無(wú)關(guān)了。參數(shù)計(jì)算：根據(jù)公式：取中心頻率=50kHz，由實(shí)際應(yīng)用情況，約為20mH-2000mH左右，選用50mH的等效環(huán)形線圈，故有，其它電路元器件參數(shù)圍繞中心頻率進(jìn)行合理調(diào)節(jié)得出：C1=C2=0.1uF則反饋系數(shù)： 電容C3在電路中是耦合作用，其應(yīng)該遠(yuǎn)大于C1（這里選10倍）C3=1uF。 電阻由于當(dāng)時(shí)，獲得最大不失真輸出電壓。此時(shí)，則，所以3.8/1.2，所以設(shè)定。穩(wěn)壓二
23、極管1N4731電路的振蕩頻率在50kHz左右，兩個(gè)反接的4.3V穩(wěn)壓管1N4731使正弦振蕩信號(hào)被抑制在-5V至+5V的范圍內(nèi), ,是一個(gè)瞬間抑制二極管用于抑制由靜電等原因產(chǎn)生的瞬間高壓，以保護(hù)電路。穩(wěn)壓二極管1N4731的參數(shù)：最大耗散功率(W)：1W額定電壓(V)：4.3V最大工作電流(mA)：217mA 圖3.3 穩(wěn)壓二極管1N4731參數(shù)表晶體管2N3702本設(shè)計(jì)中選用晶體管2N3702，其參數(shù)為：晶體管極性：PNP封裝 / 箱體：TO-92集電極發(fā)射極最大電壓（VCEO）：25 V發(fā)射極 - 基極電壓（VEBO）： 5 V集電極連續(xù)電流：0.5 A最大直流電集電極電流：0.5 A功
24、率耗散：625 mW最大工作頻率：100 MHz最大工作溫度：+ 150 CDC Collector/Base Gain hfe Min：60最小工作溫度- 55 C 圖3.4 晶體管2N3702參數(shù)表 耦合變壓器耦合變壓器原副邊匝數(shù)比為1:1Protues震蕩電路及其仿真波形： 圖3.5 震蕩電路protues圖振蕩電路中理論上產(chǎn)生的頻率為50KHZ,其中有各種各樣的原因影響，得到的頻率誤差在-0.2%+0.3%之間。然而實(shí)際中車(chē)來(lái)時(shí)頻率變化大于1%，因此滿足要求。 圖3.6 振蕩電路波形protues效果圖用protues仿真時(shí)輸出波形為正弦波，波形振幅為1.7V左右,頻率為50kHZ。3
25、.3 整形電路設(shè)計(jì) 整形電路核心是利用過(guò)零比較器。處于開(kāi)環(huán)工作狀態(tài)的集成運(yùn)放是一種最簡(jiǎn)單的過(guò)零比較器，此時(shí)，集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)，因此，當(dāng)時(shí)，；當(dāng)時(shí)，。其中是集成運(yùn)放的最大輸出電壓。 圖 3.7 整形電路原理圖本設(shè)計(jì)中使用AD811集成運(yùn)放芯片。整形電路中使用的AD811芯片的引腳封裝和典型應(yīng)用接法如圖所示接法。 圖3.8 AD811引腳封裝圖 圖3.9 AD811的典型接法protues整形電路及其仿真波形：圖3.10 整形電路protues效果圖本設(shè)計(jì)中芯片AD811雙端供電，供電電壓為 圖3.11 整形電路波形效果圖 當(dāng)輸入信號(hào)振幅為5V，頻率為50KHZ時(shí)，AD811的輸出端明顯為矩
26、形信號(hào)，且輸出信號(hào)振幅小于5V。3.4 波形變換電路設(shè)計(jì) 由圖3.4所示，由于當(dāng)，且時(shí)，進(jìn)入截止區(qū)的條件，由于輸出電壓與上電壓的變化相位相反，從而導(dǎo)致波形產(chǎn)生頂部失真；當(dāng)，時(shí)，輸出波形產(chǎn)生底部失真。因此電路輸出為方波。 圖3.12 波形變換電路原理圖3.4.1電路元件參數(shù)本模塊中晶體管為S9013，R7=2k，R8=1k晶體管S9013參數(shù)為:集電極基極電壓: 40V集電極發(fā)射極電壓: 20V發(fā)射極基極電壓: 5V集電極電流: 500mA集電極耗散功率: 625mW結(jié)溫: 150C貯藏溫度: -55 150C集電極基極擊穿電壓: 40 V集電極發(fā)射極擊穿電壓 : 20 V發(fā)射極基極擊穿電壓:
27、5 V集電極截止電流: 100 nA發(fā)射極截止電流IEBO: 100 nADC電流增益： 64到202之間 一般為120集電極發(fā)射極飽和電壓: 0.6V基射極飽和電壓: 1.2V基射極電壓: 1.4V 圖3.13 晶體管S9013參數(shù)表protues波形變換電路及其仿真波形： 圖3.14 波形變換電路protues圖 圖3.15 波形變換波形效果圖當(dāng)有輸入信號(hào)時(shí)，當(dāng)信號(hào)的大于晶體管的導(dǎo)通電壓時(shí)，三極管導(dǎo)通，此時(shí)輸出低電平，當(dāng)輸入信號(hào)小于晶體管的導(dǎo)通電壓時(shí)，三極管截止，此時(shí)輸出高電平。因此，使用此波形變換電路，可以輸出適合單片機(jī)的矩形信號(hào)。3.5 穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中由于檢測(cè)電路中不同的模塊需
28、要合適的電源供電（震蕩電路需要12V電源，整形以及波形變換電路需要5V電源），因此，穩(wěn)壓電路中采用7805穩(wěn)壓器，其參數(shù)如如所示： 圖3.16 7805穩(wěn)壓器參數(shù)表Protues中穩(wěn)壓電路及其仿真：穩(wěn)壓電路中濾波電容C5和C6在穩(wěn)壓器的兩端且C6=33uF，C7=0.1uF，C7=C8=0.1uF。其中電源是12V，經(jīng)過(guò)7805后，輸出電壓VCC是5.0V。 圖3.17 穩(wěn)壓電路protues圖及其仿真3.6 Protues中檢測(cè)電路及仿真波形 需要說(shuō)明的是，在對(duì)各單元電路進(jìn)行整合的過(guò)程中，需考慮各單元合理的先后順序、單元之間的阻抗匹配以及合理的布線。電路連接過(guò)程中，振蕩電路在前，接著依次接整
29、形電路和波形變換電路。阻抗匹配亦是一個(gè)很重要的問(wèn)題，需考慮前幾輸出阻抗和后級(jí)輸入阻抗的匹配。布線上則因在滿足要求的前提下盡量美觀、簡(jiǎn)潔。本設(shè)計(jì)中仿真電路及波形如下圖所示：從仿真示波器中可以看出振蕩電路輸出信號(hào)（B通道）為振幅為1.7V，頻率為50KHZ的正弦信號(hào);整形電路輸出信號(hào)（C通道）為振幅為2.9V，頻率為50KHZ的矩形信號(hào)；波形變換電路輸出信號(hào)（D通道）為電壓0-4.8V，頻率為50KHZ的矩形信號(hào)，此信號(hào)適合單片機(jī)識(shí)別。 圖3.18 線圈檢測(cè)電路protues圖 圖 3.19 線圈檢測(cè)電路波形仿真圖 第4章 硬件設(shè)計(jì)-單片機(jī)電路部分4.1 測(cè)頻電路及數(shù)碼顯示電路設(shè)計(jì)測(cè)頻電路信號(hào)由單
30、片機(jī)的T0口輸入；顯示電路由四位共陽(yáng)數(shù)碼管顯示車(chē)流量。檢測(cè)電路主要實(shí)現(xiàn)的是對(duì)前續(xù)電路輸出的矩形波信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)以便后續(xù)處理及應(yīng)用。對(duì)矩形波信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)可以采用兩種方式，一種是利用D觸發(fā)器和JK觸發(fā)器以及簡(jiǎn)單門(mén)電路組成的計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，二是利用單片機(jī)的定時(shí)及計(jì)數(shù)功能對(duì)矩形波信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。在這里，我將采用第二種方法。由圖觀察可知，其主要由四部分構(gòu)成，單片機(jī)是核心，輔之以晶振和復(fù)位電路，單片機(jī)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)得出頻率值再借助于四位八段數(shù)碼管顯示出來(lái)。測(cè)頻電路及顯示電路如圖所示： 圖 4.1 測(cè)頻電路及顯示電路protues圖 第5章 軟件設(shè)計(jì)5.1 檢測(cè)方案正常情況下，在機(jī)動(dòng)車(chē)輛沒(méi)處在環(huán)形地埋線圈所
31、在位置的時(shí)候，耦合電路振蕩頻率保持恒定，單片機(jī)在單位時(shí)間段測(cè)得的脈沖個(gè)數(shù)基本保持不變，當(dāng)機(jī)動(dòng)車(chē)輛經(jīng)過(guò)環(huán)形地埋線圈所在位置時(shí)，由于耦合電路振蕩頻率的增大，使得單片機(jī)在單位時(shí)間段測(cè)得的脈沖個(gè)數(shù)也相應(yīng)增加，但是機(jī)動(dòng)車(chē)自身鐵質(zhì)是不均勻的，所以當(dāng)它經(jīng)過(guò)環(huán)形地埋線圈時(shí)單片機(jī)在單位時(shí)間段測(cè)得的脈沖個(gè)數(shù)又是變化的，為此我們?cè)谲浖O(shè)計(jì)中采用閥值比較法，設(shè)地埋線圈所在位置無(wú)機(jī)動(dòng)車(chē)時(shí)單位時(shí)間段單片機(jī)測(cè)得的脈沖個(gè)數(shù)為 N，當(dāng)機(jī)動(dòng)車(chē)輛經(jīng)過(guò)地埋線圈所在位置時(shí)單位時(shí)間段單片機(jī)測(cè)得的脈沖個(gè)數(shù)為 NK，當(dāng) NKTH時(shí)認(rèn)為有車(chē)，NETH 時(shí)認(rèn)為無(wú)車(chē)。注意為了能檢測(cè)到高速行駛的車(chē)輛，應(yīng)盡量將檢測(cè)脈沖個(gè)數(shù)的單位時(shí)間段設(shè)的較小，但又不
32、能太小，如果太小脈沖增量將不明顯同時(shí)經(jīng)驗(yàn)閥值也不好選取，經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)我們選取單位時(shí)間段為 10ms，TH為509。由于又存在各種干擾（如汽車(chē)點(diǎn)火時(shí)產(chǎn)生的脈沖），所以必須加上判斷誤差的程序。假設(shè)車(chē)長(zhǎng)為5m；最高時(shí)速為200km/h，通過(guò)線圈的最短時(shí)間為0.09s，即90ms?？梢约尤脒@樣的檢測(cè)程序：當(dāng)檢測(cè)到一個(gè)NKTH時(shí)，繼續(xù)檢測(cè)NETH，只有當(dāng)檢測(cè)到NE=509? N Yflag=1;繼續(xù)定時(shí)計(jì)數(shù)，并把T1的值賦給i,然后T1寄存器清零,test+ Y Nflag=0;test=0;i8? N Yn+;flag=0;test=0; 5.2顯示電路程序5.2.1 共陽(yáng)數(shù)碼管顯示程序5.2.2 LC
33、D1602顯示程序5.3 EEPROM寫(xiě)入讀出程序 第6章 試驗(yàn)結(jié)果分析誤差、 第7章 總結(jié)和展望7.1全文總結(jié) 車(chē)流量檢測(cè)是綜合應(yīng)用先進(jìn)的信息、通信、網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)控制、交通工程等技術(shù)，改善交通運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)行情況，提高運(yùn)輸效率和安全性，減少交通事故，降低環(huán)境污染，從而建立一個(gè)智能化的、安全、便捷、高效、舒適、環(huán)保的綜合運(yùn)輸體系。智能交通系統(tǒng)利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)在道路、車(chē)輛和駕駛?cè)酥g建立起智能的關(guān)系。是未來(lái)道路交通管理發(fā)展的方向。本文著眼于系統(tǒng)中最基本的組成單元環(huán)形線圈車(chē)輛檢測(cè)器展開(kāi)研究。本論文以研究現(xiàn)有車(chē)輛檢測(cè)系統(tǒng)車(chē)輛的個(gè)數(shù)作為根本出發(fā)點(diǎn)，在實(shí)際的研究過(guò)程中，進(jìn)行了理論分析和實(shí)際測(cè)試，對(duì)車(chē)流量監(jiān)
34、測(cè)技術(shù)進(jìn)行了深入系統(tǒng)的分析與研究，研究結(jié)論主要有以下幾個(gè)方面：（1）論文提出了基于線圈的車(chē)輛檢測(cè)系統(tǒng)的功能需求分析、硬件及軟件設(shè)計(jì)框架，論文在分析環(huán)形線圈的基本組成及其檢測(cè)原理的基礎(chǔ)上，確定了該系統(tǒng)的工作原理，提出了線圈車(chē)輛檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求，在硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)線圈檢測(cè)器程序設(shè)計(jì)的需求分析，確定了車(chē)輛檢測(cè)程序的各輸入輸出數(shù)據(jù)類(lèi)型、格式、數(shù)值范圍、精度等；（2）本論文研究了一種根據(jù)線圈頻率變化來(lái)檢測(cè)車(chē)速的方法。本文深入研究車(chē)輛通過(guò)線圈時(shí)，頻率的變化規(guī)律，通過(guò)仿真與調(diào)試，得到了能夠符合檢測(cè)要求的頻率范圍，以及一些參數(shù)的設(shè)定。本文設(shè)計(jì)的基于環(huán)形線圈的車(chē)輛識(shí)別系統(tǒng)克服了外界天氣的影響，大大提高了
35、識(shí)別率，并且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。7.2展望 盡管論文在基于單片機(jī)的車(chē)流量測(cè)量系統(tǒng)取得了一些研究成果，但是鑒于研究?jī)?nèi)容涉及面廣、難度高，以及作者自身水平和精力的限制，研究工作還需要在以下方面繼續(xù)完善和探索：（1） 該系統(tǒng)只是一個(gè)試驗(yàn)的小系統(tǒng)，并沒(méi)有在實(shí)際道路上進(jìn)行測(cè)量，只是在理論上有了一定的分析，在小系統(tǒng)上能夠完成任務(wù)，若想用到實(shí)際中，還需要進(jìn)一步的考慮實(shí)際的一些問(wèn)題，在經(jīng)濟(jì)和實(shí)用方面應(yīng)該考慮的更多一些，所以下一步工作重點(diǎn)應(yīng)該是放到實(shí)際中，檢測(cè)在實(shí)際檢測(cè)中是否能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到要求。 （2）由于導(dǎo)體與檢測(cè)線圈距離不同所產(chǎn)生的渦流效應(yīng)也不同，進(jìn)而使得頻率變化范圍也很大，又因?yàn)檐?chē)輛底盤(pán)結(jié)構(gòu)不均，檢測(cè)也會(huì)產(chǎn)
36、生一些意想不到的問(wèn)題，大大降低了車(chē)輛的識(shí)別率，以及車(chē)輛的測(cè)量，影響了系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用前景。由于本人知識(shí)面、經(jīng)驗(yàn)及能力等方面有所不足，錯(cuò)誤和不當(dāng)之處在所難免，懇請(qǐng)各位老師指正。致謝畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，我們也基本完成了課題任務(wù)中的要求。首先要感謝學(xué)校給我們創(chuàng)造了良好的環(huán)境，實(shí)驗(yàn)室先進(jìn)的設(shè)備是我們得以順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的硬件保障，在這里我要感謝學(xué)校給我們這樣的一個(gè)工作平臺(tái)，使得我們可以鍛煉自己的動(dòng)手能力，并且提高能力。其次我要感謝大學(xué)四年來(lái)教導(dǎo)我們的老師。是他們引領(lǐng)我們鍛煉自己分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力，是他的細(xì)心指導(dǎo)和關(guān)懷，使我們順利完成我們的在大學(xué)的學(xué)習(xí)。每次我們遇到難題，老師都會(huì)耐心的給我們講解。同時(shí)還要
37、感謝與我同在一個(gè)實(shí)驗(yàn)室做畢業(yè)設(shè)計(jì)的其他小組的同學(xué)，通過(guò)和他們的互相交流，相互取長(zhǎng)補(bǔ)短，使我學(xué)到了很多以前學(xué)不到的東西，在此對(duì)他們表示感謝!最后向?qū)忛喆宋牡慕淌?、老師致以深切的謝意。參考文獻(xiàn)：1 宋瑞, 何世偉. 城市交通系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題的研究 J. 北方交通大學(xué) 學(xué)報(bào), 1999, 23(5): 7-112 李誠(chéng), 鎖相環(huán)式環(huán)形線圈車(chē)輛傳感器的研究 J . 河南交通科技, 1994, (6): 31-343 楊雷,鄭國(guó)恒,潘躍年等.基于MCU芯片的車(chē)流檢測(cè)裝置J.傳感器 技術(shù), 2003, 22(7): 57-58, 624 趙凱華, 陳熙謀 .電磁學(xué)M .北京: 高等教育出版社,19865
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車(chē)流量測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文.doc
