电气工程与自动化毕业论文：车辆检测器的设计.doc

1、本 科 毕 业 设 计车辆检测器的设计所在学院 专业班级 电气工程与自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 II摘要车辆检测器的种类很多，检测方式和主要工作原理也各不相同，但车辆检测器都是基于车辆通过或存在，使检测器中能量发生变化而产生车辆感应信号的原理而设计的。首先本文回顾了车辆检测器的发展历史，简单介绍了车辆检测器的应用领域与范围，考虑到目前来说，其实车辆检测器的种类也很多，而环形线圈车辆检测器是应用最普遍的一种车辆检测器，因此本文的设计是以环形线圈车辆检测器为主要设计对象，主要介绍了环形线圈车辆检测器的检测原理和它的硬件结构图，并且引出它所应用到的相关技术与知识要点，其

2、次还涉及到该设计的电路原理图，PCB图，硬件组成部分和软件组成部分，硬件调试与软件调试，还说到目前的车辆检测器尚存的一些问题，以及将来的发展及展望。文章的主要部分是硬件设计和软件设计这两部分，在谈到硬件设计时，主要将硬件的各个组成电路原理图给出来，再进行一一分析。硬件电路主要包括电源设计电路、振荡设计电路、光耦合电路、通讯功能电路、看门狗自动复位电路、单片机晶振电路等等。而提到软件设计时，则主要给出了系统程序基本流程图和程序设计的主要设计思路。关键词：车辆检测器；单片机；传感器；车型分析；分类标准IIIAbstractMany different types of vehicle detect

3、or, detection method and the operating principle is also different, but the vehicle detectors are based on the vehicle passed or existence of the energy change detector in the vehicle sensing signal generated principles and design. This article first reviews the historical development of vehicle det

4、ector, a brief introduction of the vehicle detector and range of application areas, taking into account the present, in fact, there are also many types of vehicle detector , the Loop Vehicle Detector is the most common form of vehicle detector, so the design of this Vehicle Detector Loop is the main

5、 design object, introduces the Vehicle Detector Loop detection principle and its hardware structure And leads to its application to the relevant skills and knowledge points, followed by also involves the design of the circuit schematic, PCB diagram, hardware components and software components, hardw

6、are debugging and software debugging, added to the current vehicle detector Some remaining problems and future development and prospects.The main part of the article is hardware and software design part, referring to the hardware design, the main hardware of the component circuit diagram to come out

7、, then the eleven analyzed. The design of hardware circuit includes a power supply circuit, oscillation circuit design, op-to-coupler circuit, communication circuit，auto reset watchdog circuit, microcontroller crystal oscillator circuit and so on. When it comes to the mention of software design, the

8、 main program are given basic flow chart of the system and procedures for the main design ideas.Keywords: vehicle detector; SCM; sensor; model analysis; classificationIV目 录绪论 .1第 1 章 车辆检测器设计简介 .31.1 该设计应用到的技术 .31.2 环形线圈车辆检测器的结构介绍.31.3 环形线圈的应用范围及意义 .31.4 目前车辆检测器尚存在的问题 .3第 2 章 车辆检测器的硬件设计 .52.1 车辆检测器的检

9、测原理 .52.2 硬件组成.62.3 设计总体框图.62.4 设计电路原理图.72.4.1 电源设计原理图 .72.4.2 振荡电路原理图 .82.4.3 光耦合电路原理图 .92.4.4 看门狗电路原理图 .102.4.5 通讯电路原理图 .112.4.6 单片机 .122.5 设计的 PCB 图.132.6 系统抗干扰措施.13第 3 章 系统的软件设计 .143.1 单片机的基本程序流程图.143.2 系统软件总体设计思路.143.3 单片机检测频率变化的方法 .15第 4 章 系统的调试与运行 .164.1 硬件调试.164.1.1 电源电路的调试 .164.1.2 振荡电路的调试与

10、测试 .164.1.3 功能调试要点 .164.2 软件调试.16V4.3 实物图.16第 5 章 设计的总结与展望 .175.1 设计的总结 .175.2 设计的展望.17致谢 .18参考文献 .19附录 1:.20附录 2:.251绪论随着高速公路的建设和发展，车辆检测器的运用就越来越普遍。气动橡皮管式的车辆感应信号控制器在 20 世纪 30 年代就已经在美国、英国产生了，它们的作用可用来检测交通流量，绿灯时间长短的调整，还可减少在路口的延误，这以后雷达、超声波、光电、地磁、微波以及红外等检测器相继地被发明了。美国的小汽车数量的急剧增加出现在 50 年代早期，那时一些停车场便开始通过自动栅

11、栏的使用来进行控制车辆的停放。不久后，又产生了新型的汽车检测器。60 年代的时候，在西方自动式的汽车停车场已经非常普及，与此同时，交通工程师越来越把目光集中在环形线圈车辆检测器的研究上，在这方面英国居世界的领先地位。70 年代，这种检测器的应用范围已经越来越广，当时主要应用在对工厂厂房大门的自动控制上，而现在交通监视系统方面的应用，环形线圈式检测器也已取得了显著效果。目前车辆的统计、车速、车长、车头间距等方面的判断都可以使用它来解决。 120 世纪 60 年代出现了最早的环型线圈车辆检测器，在用于监控和观测道路交通的磁感应技术出现之后，感应线圈器就随之发展得非常迅速。目前世界上一些著名的交通控

12、制系统都采用了环型线圈检测器，例如澳大利亚的 SCATS 控制系统和英国的 SCOOT 控制系统等。环型线圈检测器在美国、英国等国的道路大多数被应用了，其中如采用环型线圈形式和压电电缆的英国 。经过几十年的发展到现在，感应线圈检测已经相当标准化，具有技术成熟、易于掌握、计数精确、系统稳定，不受环境影响的优点。缺点是可靠性和寿命受到安装过程的影响很大，维修或安装需中断交通，破坏路面，影响路面寿命。同时线圈易被重型车辆、路面修理等损坏，而且它的维护难度较大。现有的高速公路改造项目一般都采用其它类型的车辆检测器。交通数据采集和交通事故检测随着我国智能交通系统概念的日益普及和应用的迅速发展，如今已经成

13、为智能交通系统的重要部分来优先发展了。我们一般用如下的方式来采集和检测交通事故的交通流信息：首先，可提供全面的交通数据信息和事故检测信息的视频检测技术，比如可以通过检测道路上车辆的车流量，车辆的平均速度、车辆的平均时距、道路的车辆占用率，车辆的车型、车辆的停车报警、在逆行的情况下车辆的报警，在拥堵的情况下车辆的报警等等信息；可直接提供可视图像给管理人员，让管理变得更加直观；另外单台摄像机也可同时检测出多个车道。但是它的缺点在于进行车辆检测时，检测精度来说，晚上时的要比白天低，不过我们可以采用一些技术来改善检测与分割的效果，那就是使用低照度的高灵敏度（红外补偿）的黑白摄像机。总的来说，车辆检测器

14、的应用可谓极其广泛，它在以下各方面都发挥着很重要的作用。1、交通管理控制系统 2、出行需求管理系统 3、公共交通运营系统 4、电子收费系统5、 应急管理系统 6、先进的车辆控制与安全系统。车辆检测器主要有以下三种功能：对某种特定开关的触点闭合的机械力的检测；对因汽车通过或存在而引起的电感量变化的检测；对摄像机摄像范围内的图像变化的检测。目前出现的车辆检测器的种类繁多，不过总结的说，主要有环形线圈车辆检测器、超声波车辆检测器、微波车辆检测器、红外车辆检测器、视频车辆检测器、磁映像车辆检测器等。不过目前国内使用的车辆检测器主要分为以下三种：(1)交通微波检测器。交通微波检测器是一种雷达探测器，主要

15、工作在微波频段。它通过向行驶的车辆发射调频微波，行驶的车辆阻挡波束便会发生反射，因为多普勒效应的缘故，反射波会使频率发生偏移，这样久可以检测出有无车辆通过（主要是根据这种频率的偏移来判断） 。(2)视频检测器。分析对象是视频图像，通2过分析设定区域的图像，就可以得到交通信息，主要包括：平均车速、车流量、车型、占有率等。(3)环形线圈感应式检测器。主要通过检测线圈感应频率的变化量来识别车辆的存在。其主要由四部分组成：环形线圈、传输馈线、检测处理单元及背板框架。 13车辆检测器的设计与发展在很大程度上能够推动当代社会的前进。因此，研究和完善车辆检测器的功能和应用可以说显得相当有意义。本设计的任务是

16、设计一个车辆检测器，能检测到车辆驶入和离开。 （1）能检测 4 个通道的车辆的驶入和离开。 （2）可以调节灵敏度，适应不同类型车辆。 （3）检测信号 TTL 电平输出，LED 指示。 （4）具备通讯功能，可以传输检测信号。3第 1 章 车辆检测器设计简介1.1 该设计应用到的技术车辆检测器的种类很多，其中环形线圈车辆检测器是较普遍的一种，本设计也是利用电磁式车辆检测器的原理进行设计。该检测器应用到许多先进技术，首先利用金属在环形线圈周围切割磁感应线，而引起线圈回路的电感量产生变化，线圈回路中的电感与振荡贿赂中的C1 构成了 LC 振荡回路，L 变化了，就反映在回路中的谐振频率也发生变化，因此振

17、荡回路的频率也随线圈的电感量的变化而发生变化，LC 振荡回路具有一定的滤波作用，同时也将回路的频率变化量表现为正弦曲线变化，然后再通过电压比较器处理，使之转化为方波曲线，也就是将模拟变化量转化为单片机能识别的数字变化量，然后再将检测到的数据传给单片机处理分析，分析的结果再经过通讯功能发送信号驱动发光二极管使之变亮。1.2 环形线圈车辆检测器的结构介绍环形线圈感应式检测技术是指一套能检测到车辆通过或存在于检测区域的技术，它的探头是用环形线圈做成的。环形线圈车辆检测器通常由下面四个部分组成：环形线圈、传输馈线、检测处理单元及背板框梨。检测环形线圈电感量的变化一般具有两种方式：一种是对耦合电路构成的

18、振荡回路的振荡频率进行检测，此耦合电路是由路面下的环形线圈构成的。另一种是利用相位锁存器和鉴相器，检测其相位的变化。本文的设计是采用前一种方法，其检测原理图为下图：谐振电路 频率比较 放大输出灵敏度开关微处理单元环形线圈图 1.1 检测器结构框架1.3 环形线圈的应用范围及意义发明车辆检测器设备以及对它应用的普及，主要起源于控制系统对交通信息的检测要求。它的作用则通常是用于检测车辆流量、车辆占有率等相关交通参数，能够提供交通控制系统各种实时的交通流信息，它的相关性能可以直接地影响着交通控制系统运行的相关性能和基本信息。环形线圈感应式检测器已经在世界范围内的城市交通控制系统中，有着不可估量的作用

19、。 9它可以说一直是车流量信息的首选检测手段。它具有很多优点，而且发展空间还是非常大的。只是目前来说，环形线圈车辆检测器设备主要应用于采集交通信息、控制交通信号、减少车辆行驶的延误时间。环形车辆检测器的发展和设计可以说是为交通流信息检测技术的应用提供了很好的基础和支持。1.4 目前车辆检测器尚存在的问题车辆检测器目前来说已基本可以投入使用，在大多数情况下，检测器都能很好地完成检测的任务，但是在某些方面检测系统自身还存在着一定的短处，例如在测量车辆的速度、检测车4辆对于道路的占有率和车辆的车型等一些特殊情况时，环形车辆检测器还是有测量车辆速度不精准，然而在面对大型的车辆通过环形线圈时，车辆检测器

20、经常会导致检测系统不能正常运行，因为车辆检测器在检测时经常会出现错误检测。 10在晚上检测车辆的闪光拍摄时，交通控制系统经常会采用辅助照明的外部闪光灯，不过在此情况下就会经常出现闪光和抓拍不相一致的状态，那么这样就会造成拍摄的图片效果不好，对后期图片的处理造成不利的影响。针对以上这些车辆检测器目前存在的一些缺陷，我们尚还有很长的研究道路要走，虽然现阶段的车辆检测器已经能很好的将路面上的车辆通行量或者是道路上的信息量反映给计算机监控器，从而防止很多交通事故的发生，但是以上的这些缺点和问题如果不能很好的解决的话，对于车辆检测器的检测效率和检测效果来说，我想都是会大打折扣的。当然，很多东西总有不够完

21、善的地方，什么事物都是一步步发展起来的，懂得总结和反思，相信在不久的将来，车辆检测器定会发展的更加完善，许多功能必定会给当代的人们带来更多方便和利益。5第2章 车辆检测器的硬件设计2.1 车辆检测器的检测原理环形车辆检测器可检测车辆的通过和存在。检测器检测的接头采用了相关材料做成磁芯体，该材料具有高导磁率，然后在该材料的外层骨架上绕制线圈，放置于具有保护作用的材料内，最后把它埋到道路下面。用引线把探头和检测电路相连接起来。将感应线圈与振荡电路中的电容并联，这样就构成了 LC 谐振回路，它的等效电路原理图如下图 2.1 所示，振荡回路中的谐振频率为： = 。 90fLC21环形线圈车辆检测器的原

22、理是根据不同的车辆通过埋在路面下的环形感应线圈时，车辆周围的铁材料就会切割环形线圈周围存在的磁感应线，于是就会引起振荡回路中电感量的变化，车辆检测器通过对该电感量的检测，看是否电感量有变化，就可以检测出车辆的存在与否了，然后也可以将不同的车辆进行相应的分类和处理。本系统的关键部分是环形线圈探测器，它主要是由感应线圈和振荡电路组成。 9假如没有车辆通过环形线圈时，振荡器的固有频率就为 ， 而如果有车辆以一定的速度接近线圈并从它上面通过时，那么线圈的电感参0f数就会发生变化，从而就引起了振荡器的振荡频率相对之前发生微弱的变化，假设为 。1f其实由于不同车辆的铁质材料的形状是不同的，那么在车辆行驶过

23、程中，它们对埋设于地面下的环形线圈的电感影响程度不一样，相应的对振荡电路中的振荡频率的影响程度不一样，所以一旦车辆离开地面下的环形线圈后，振荡电路中的振荡频率就又将恢复到原来的固定频率 ，这样我们就可以得到了振荡频率随着汽车行驶时刻变化的值。只要频率有相应的变化，0f我们就可以确定必定有车辆通过环形线圈。由于底盘的大小、高低、形状都不一样，所以不同种类的车辆导致车辆对线圈的影响肯定也就不同，因此导致振荡器的振荡频率变化也不同，那么不同类型车辆通过线圈时的频差曲线也是不同的。这样，我们就可以判别车辆的通过和存在（通过频差的不同来判断），如下图2.2就是不同类型的车辆通过感应线圈时得到的频率变化曲线 。图2.1谐振回路的等效电路桑塔纳 微型面包车 面包车图2.2几种不同车辆通过感应线圈时的频率变化曲线