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高速公路多車道車輛智能計(jì)數(shù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

發(fā)布時(shí)間:2008/5/26 0:00:00 訪問次數(shù):606

        

    

    

    作者:中南民族大學(xué)電子信息工程學(xué)院 劉松齡 謝勤嵐

    

    引言

    

    近年來,高速公路的建設(shè)步伐很快,對(duì)高速公路進(jìn)行科學(xué)管理勢在必行,如對(duì)車輛的流量統(tǒng)計(jì)和分析,可以實(shí)現(xiàn)高速公路載荷的有效控制與管理。

    

    目前,高速公路上對(duì)車輛的計(jì)數(shù)方法有的是使用環(huán)形感應(yīng)線圈檢測器,檢測系統(tǒng)檢測送出的信號(hào)脈沖電平比較高,很容易放大和濾波,但是信號(hào)很容易受到電磁干擾,而且這種系統(tǒng)比較龐大,制造成本高,也有采用紅外熱釋電傳感器的單車道車輛計(jì)數(shù)器,計(jì)數(shù)器用中規(guī)模ic構(gòu)成,具有結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn),但僅僅適用于單車道且計(jì)數(shù)的數(shù)據(jù)不能長期保存,也無法與大型機(jī)之間實(shí)現(xiàn)通信[1]。為此設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的紅外熱釋電傳感的多車道車輛計(jì)數(shù)。

    

    1 系統(tǒng)組成

    

    本系統(tǒng)由信號(hào)拾取、信號(hào)處理、單片機(jī)計(jì)數(shù)系統(tǒng)等部分組成。多車道車輛計(jì)數(shù)系統(tǒng)原理框圖如圖1所示,考慮實(shí)際情況和為方便討論,這里取4車道。

    

    

    

    紅外熱釋電傳感器設(shè)置高速公路各車道正上方的監(jiān)測點(diǎn),當(dāng)車輛經(jīng)過時(shí),它將車中人體輻射的紅外光變換成電信號(hào),由信號(hào)處理電路進(jìn)行放大、濾波、門限比較,輸出脈沖信號(hào),經(jīng)光電隔離耦合可將4路脈沖信號(hào)并行輸入到單片機(jī),通過單片機(jī)計(jì)數(shù)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)數(shù)和顯示,并由鍵盤設(shè)定計(jì)數(shù)值,當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到設(shè)定值或計(jì)滿時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào),通過人工干預(yù),手動(dòng)可以解除計(jì)數(shù)器報(bào)警和完成計(jì)數(shù)清零。此外,本系統(tǒng)具有通信功能,能與上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換。

    

    2.電路設(shè)計(jì)

    

    2.1 信號(hào)處理電路

    

    信號(hào)處理電路如圖2所示。

    

    

    

    信號(hào)處理電路包括信號(hào)拾取、放大及雙限比較3部分,根據(jù)車輛計(jì)數(shù)的特點(diǎn),選用被動(dòng)式p2288型熱釋電用紅外傳感器作為探頭[2],將車輛信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào),該傳感器若加菲涅爾透鏡,對(duì)活動(dòng)人體的探測距離可達(dá)10m以上,且通過對(duì)電路的靈敏度進(jìn)行調(diào)節(jié),使其對(duì)人的靈敏度距離僅為1.5m左右時(shí),對(duì)20m遠(yuǎn)處快速通過的車輛檢測十分靈敏可靠。

    

    當(dāng)車輛進(jìn)入探測器的有效探測距離時(shí),熱釋電紅外傳感器引腳2輸出一個(gè)微弱的交變紅外輻射信號(hào)直接送到ic1a放大器的同相輸入端,由其放大2500倍后再從引腳1輸出,通過c8耦合到ic1b進(jìn)行進(jìn)一步的放大。

    

    由運(yùn)放ic2a和ic2b構(gòu)成窗口式的雙限比較器,用兩個(gè)二極管in4148組成或門選擇有效電平輸出,當(dāng)ic1b的引腳7電壓u7幅度ua和ub之間時(shí),ic2的輸出為低電位(up=uol);當(dāng)u7不在門限電位范圍之間時(shí)(u7>ub或u7

    

    放大電路輸出的信號(hào)中,不僅有被傳感器檢測到的有用信號(hào),而且還包括了許多干擾信號(hào),為了將被檢測信號(hào)從眾多的干擾信號(hào)中分離出來,比較器ua與ub間接入電位器r11用力調(diào)節(jié)窗口電壓δu,使δu在0-1.71v之間變化,以達(dá)到調(diào)節(jié)電路靈敏度的目的,窗口電壓δu=ub-ua,可用來判斷輸入信號(hào)電位是否位于指定門限電位之間,車道上每經(jīng)過一輛車,p點(diǎn)就輸出一個(gè)脈沖。

    

    ic1選用低噪聲低漂移高速運(yùn)算放大器,r2-r8盡可能選用誤差小、噪聲小的金屬氧化膜電阻器,c4、c8、c9選用漏電小的無極性電容器或鉭電容器。

    

    電源電路可采用交直流自動(dòng)切換供電的方式,以保證電網(wǎng)停電時(shí)計(jì)數(shù)系統(tǒng)仍然能繼續(xù)正常工作。

    

    2.2 光電隔離耦合電路

    

    光電隔離耦合電路的作用是將上述電路輸出的up脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成符合單片機(jī)要求的計(jì)數(shù)脈沖,且輸出的脈沖個(gè)數(shù)等于被檢測的行駛車輛個(gè)數(shù)[3]。

    

    2.3 單片機(jī)計(jì)數(shù)系統(tǒng)電路

   

        

    

    

    作者:中南民族大學(xué)電子信息工程學(xué)院 劉松齡 謝勤嵐

    

    引言

    

    近年來,高速公路的建設(shè)步伐很快,對(duì)高速公路進(jìn)行科學(xué)管理勢在必行,如對(duì)車輛的流量統(tǒng)計(jì)和分析,可以實(shí)現(xiàn)高速公路載荷的有效控制與管理。

    

    目前,高速公路上對(duì)車輛的計(jì)數(shù)方法有的是使用環(huán)形感應(yīng)線圈檢測器,檢測系統(tǒng)檢測送出的信號(hào)脈沖電平比較高,很容易放大和濾波,但是信號(hào)很容易受到電磁干擾,而且這種系統(tǒng)比較龐大,制造成本高,也有采用紅外熱釋電傳感器的單車道車輛計(jì)數(shù)器,計(jì)數(shù)器用中規(guī)模ic構(gòu)成,具有結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn),但僅僅適用于單車道且計(jì)數(shù)的數(shù)據(jù)不能長期保存,也無法與大型機(jī)之間實(shí)現(xiàn)通信[1]。為此設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的紅外熱釋電傳感的多車道車輛計(jì)數(shù)。

    

    1 系統(tǒng)組成

    

    本系統(tǒng)由信號(hào)拾取、信號(hào)處理、單片機(jī)計(jì)數(shù)系統(tǒng)等部分組成。多車道車輛計(jì)數(shù)系統(tǒng)原理框圖如圖1所示,考慮實(shí)際情況和為方便討論,這里取4車道。

    

    

    

    紅外熱釋電傳感器設(shè)置高速公路各車道正上方的監(jiān)測點(diǎn),當(dāng)車輛經(jīng)過時(shí),它將車中人體輻射的紅外光變換成電信號(hào),由信號(hào)處理電路進(jìn)行放大、濾波、門限比較,輸出脈沖信號(hào),經(jīng)光電隔離耦合可將4路脈沖信號(hào)并行輸入到單片機(jī),通過單片機(jī)計(jì)數(shù)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)數(shù)和顯示,并由鍵盤設(shè)定計(jì)數(shù)值,當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到設(shè)定值或計(jì)滿時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào),通過人工干預(yù),手動(dòng)可以解除計(jì)數(shù)器報(bào)警和完成計(jì)數(shù)清零。此外,本系統(tǒng)具有通信功能,能與上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換。

    

    2.電路設(shè)計(jì)

    

    2.1 信號(hào)處理電路

    

    信號(hào)處理電路如圖2所示。

    

    

    

    信號(hào)處理電路包括信號(hào)拾取、放大及雙限比較3部分,根據(jù)車輛計(jì)數(shù)的特點(diǎn),選用被動(dòng)式p2288型熱釋電用紅外傳感器作為探頭[2],將車輛信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào),該傳感器若加菲涅爾透鏡,對(duì)活動(dòng)人體的探測距離可達(dá)10m以上,且通過對(duì)電路的靈敏度進(jìn)行調(diào)節(jié),使其對(duì)人的靈敏度距離僅為1.5m左右時(shí),對(duì)20m遠(yuǎn)處快速通過的車輛檢測十分靈敏可靠。

    

    當(dāng)車輛進(jìn)入探測器的有效探測距離時(shí),熱釋電紅外傳感器引腳2輸出一個(gè)微弱的交變紅外輻射信號(hào)直接送到ic1a放大器的同相輸入端,由其放大2500倍后再從引腳1輸出,通過c8耦合到ic1b進(jìn)行進(jìn)一步的放大。

    

    由運(yùn)放ic2a和ic2b構(gòu)成窗口式的雙限比較器,用兩個(gè)二極管in4148組成或門選擇有效電平輸出,當(dāng)ic1b的引腳7電壓u7幅度ua和ub之間時(shí),ic2的輸出為低電位(up=uol);當(dāng)u7不在門限電位范圍之間時(shí)(u7>ub或u7

    

    放大電路輸出的信號(hào)中,不僅有被傳感器檢測到的有用信號(hào),而且還包括了許多干擾信號(hào),為了將被檢測信號(hào)從眾多的干擾信號(hào)中分離出來,比較器ua與ub間接入電位器r11用力調(diào)節(jié)窗口電壓δu,使δu在0-1.71v之間變化,以達(dá)到調(diào)節(jié)電路靈敏度的目的,窗口電壓δu=ub-ua,可用來判斷輸入信號(hào)電位是否位于指定門限電位之間,車道上每經(jīng)過一輛車,p點(diǎn)就輸出一個(gè)脈沖。

    

    ic1選用低噪聲低漂移高速運(yùn)算放大器,r2-r8盡可能選用誤差小、噪聲小的金屬氧化膜電阻器,c4、c8、c9選用漏電小的無極性電容器或鉭電容器。

    

    電源電路可采用交直流自動(dòng)切換供電的方式,以保證電網(wǎng)停電時(shí)計(jì)數(shù)系統(tǒng)仍然能繼續(xù)正常工作。

    

    2.2 光電隔離耦合電路

    

    光電隔離耦合電路的作用是將上述電路輸出的up脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成符合單片機(jī)要求的計(jì)數(shù)脈沖,且輸出的脈沖個(gè)數(shù)等于被檢測的行駛車輛個(gè)數(shù)[3]。

    

    2.3 單片機(jī)計(jì)數(shù)系統(tǒng)電路

   

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