CN202352079U - 一种用于车流量的电涡流检测器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于车流量的电涡流检测器，由检测线圈、变压器、受控振荡电路、灵敏度设定电路、脉宽测量电路和信号输出电路组成，检测线圈通过变压器连接在受控振荡电路的输入端，受控振荡电路与灵敏度设定电路连接，灵敏度设定电路连接脉宽测量电路，脉宽测量电路与信号输出电路相连。采用了硬件电路配合软件来实现，该电涡流检测器检测精度高，工作可靠、稳定，成本低廉，在车流量检测中的应用具有广泛的前景。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种车流量传感器，尤其涉及一种用于车流量的电涡流检测器。
背景技术
智能交通系统是通过检测车流量来优化分配各路口红绿灯时间，疏导车流，达到减缓交通堵塞的目的。提高道路利用率。
智能交通系统主要依赖于车流量传感器的性能。现在车流量检测器包括超声波、光电、微波、压点、视频和电涡流检测等多种检测器，这些传感器各有其优缺点。
发明内容
本实用新型的目的在于，提供一种用于车流量的电涡流检测器。
为了实现上述任务，本实用新型采取如下的技术解决方案：
一种用于车流量的电涡流检测器，其特征在于，由检测线圈、变压器、受控振荡电路、灵敏度设定电路、脉宽测量电路和信号输出电路组成，检测线圈通过变压器连接在受控振荡电路的输入端，受控振荡电路与灵敏度设定电路连接，灵敏度设定电路连接脉宽测量电路，脉宽测量电路与信号输出电路相连。
本实用新型的车流量的电涡流检测器，采用了硬件电路配合软件来实现，该电涡流检测器检测精度高，工作可靠、稳定，成本低廉，在车流量检测中的应用具有广泛的前景
附图说明
图1为本实用新型的结构框图；
图2为本实用新型的车流检测程序流程图；
图3为受控振荡器及波形变换电路；
图4为脉宽测量电路原理图；
图5为灵敏度设定电路；
图6为车辆通过时电路计数值变化图。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
具体实施方式
如图1所示，本实施例给出一种用于车流量的电涡流检测器，由至少一个检测线圈、变压器、受控振荡电路、灵敏度设定电路、脉宽测量电路和信号输出电路组成，检测线圈通过变压器连接在受控振荡电路的输入端，受控振荡电路与灵敏度设定电路连接，灵敏度设定电路连接脉宽测量电路，脉宽测量电路与信号输出电路相连接。
以下是本实用新型的原理和实现方式。
用导线绕3到4圈，埋在到路面下，构成检测用的环形线圈。当检测线圈中有高频电流通过时，在环的周围就产生了交变电磁场，交变电磁场使车体内产生电涡流。该电涡流产生的磁场总是反抗引起感应电流的磁场的变化，即车体内电涡流的磁场对环形线圈的磁场有去磁作用，使线圈的电感量有减小的作用；另一方面如有车辆从环形线圈上通过，由于车体一般是由铁磁材料构成的，有使线圈电感量增加的作用。根据相关研究认为，当环形线圈中的电涡流频率为20kHz＜f＜180kHz时，涡流的去磁占主导地位，环形线圈的电感量明显减小，该环形线圈作为振荡电路的一个组成部分，根据电磁感应原理可知，环形线圈总的等效电感也减小，由
可知电路的振荡频率将明显增加。本实施例选用28kHz作为无车时的振荡频率。通过实验测得，当有车辆通过检测线圈时，频率变换率在2％到3％左右，检测线圈可以很好的测量出来。
本实用新型的用于车流量的电涡流检测器，其功能是由硬件电路配合软件来完成的，当硬件电路基本确定后，软件的功能也就基本确定下来了。按照结构化程序设计的思想，将软件功能分解成各个可执行的最小模块，每个可执行的最小模块由一个子程序开完成，再通过主程序调用，完成整个系统功能。图2为主程序流程图。
如图3所示，图3为一路受控振荡电路，当控制信号KZ1为低电平时，三极管Q1饱和导通，电源Vcc向振荡电路供电。Vcc通过R3，R4的分压，使三极管Q2获得合适的基电位，Q2工作在放大状态，电感和电容C2(C2+C4)C3构成选频网络和反馈环节，从而形成电容三点式振荡器，产生正弦波，J1是用来改变震荡频率的。
用低阻导线将检测线圈的两个节头引出，然后通过变压器与振荡电路相连。当机动车辆通过检测线圈部分时，使得线圈的电感量发生变化。该变化通过变压器反射到振荡电路中，使振荡电路中的电感也发生变化，进而引起震荡频率变化。插针J2使变压器的匝数比可调，以此改变检测的灵感度。
振荡电路起振后产生正弦波，通过电阻R6加在三极管Q3的基极上。三极管的发射节等效电阻较低且具有结电容效应，可以抑制尖脉冲干扰。Q3在这里其比较器的作用，当所加电压大于Q3的导通电压时，三极管导通，输出低电平，当所加电压小于导通电压时，三极管截止，输出高电平。从而实现了将正弦信号转化为矩形波信号，该信号即为被测信号，此信号可被送往计数器进行脉冲测量。
由于振荡电路振荡频率不高，为实现频率的等精度测量，本实施例是用测脉宽的方法来实现的。测脉宽时，可将被测信号分频，使脉宽变宽，计数值增大，测量精度提高。如图4所示，采用“是非”逻辑门作为控制闸门，当控制信号有效，即为低电平时，在被测信号的高电平期间，计数器将以晶振频率为时基进行计数。再根据Tx＝CiT0即可测出脉宽。因本实施例中仅对比值感兴趣，且周期和频率互为倒数，故不再区分频率和计数值。
脉宽测量电路原理如图4所示，振荡电路产生的正弦波经过比较器转化为矩形波信号后，在P3.7控制计数器清零后，加在计数器芯片MC14024的CLK输入端，MC14024将加在CLK端的矩形波信号进行16分频，加在或非门74HC02上，74HC02由4个两端输入的或非门组成，在图4中编号分别为U1A，U1B，U1C，U1D，其中U1B，U1D用作控制门，U1A与石英晶Y1体构成多谐振荡器。16分频信号首先送往U1D，U1D通过单片机口线P3.6控制，当P3.6为高时，U1D被关闭；当P3.6为低时，U1D打开，此时分频信号送往U1B。U1B相当于图4中的闸门。当P3.6置有效电平即低电平，分频信号变为高电平时即U1D输出为低电平闸门U1B被打开，石英晶体振荡电路产生的时标信号送往计数器74HC4024进行计数。这个计数值可被单片机读取，由于74HV4024是个7位计数器，最大只能记到128，为了有较高的测量精度，计数值N都较大，故需将其高位接到单片机内部计数器T0，则计数器最多可记到223。分频信号等价为待测信号，控制对石英晶体振荡电路产生的时标信号进行计数，当有车通过探测线圈时，将引起探测线圈的电感量减小，从而矩形波信号频率增加，即测量的脉宽变短，记得的数Ci将较小。
车流检测系统应用在不同的环境中会有不同的效果。温度、路面情况以及周边环境等都会影响到车流检测时的准确度，为了准确测量出车辆，使车流检测系统能应用在不同的环境中，可通过设定灵敏度来达到这一目的。灵敏度设定的电路图如图5所示。
灵敏度由两个8位的平拨开关设定，每四位连成一组，共4组，则可对4路车流检测进行灵敏度设定。这4位一组的平拨开关的一端连在一起形成公共端，公共端与AT89S52的P2口的高4位口线中的一位相连，形成控制端。另一端通过二极管与AT89S52的P2口低4位口线相连，二极管防止在2个口线之间形成回路烧坏芯片。当高4位中的某位口线给出低电平时，可从P2口的低4位读入该口线所控制的那组拨码的设置值，该设置值从“0000”到“1111”，最多可设置16个值，用它和事先确定的灵敏度对应。电路工作时，有测量电路确定计数值算出计数值的变化率，单片机根据从P2口读入的灵敏度的设定值，对测得的变化率和这个设定值比较，通过一定的算法判断是否有车辆通过。
每次测量完后，如有车辆通过，的对该路检测的单片机口线输出一个有效电平，点亮一个LED灯，同时驱动一个电磁继电器输出一个开关信号，该信号可被外部电路或其他设备读取，作为车流信号的输出。
零点计数值是在检测线圈上没有车辆通过时电路的计数值。
在上电复位后，对每路振荡回路分别进行多次检测(比如n次检测)，并对采样数据进行数字滤波后，取其相近最大值的平均值作为每路的零点计数值C0。在正常工作时，如果测的某路无车通过，则把本次测量的计数值Ci存入缓存区，记录m次以后，对m次的记录进行数字滤波并取其相近最大值的平均值对零点计数值进行修正；如果测得某路有车通过，则保持该路的零点计数值C0不变。这样通过数字滤波并取平均值的方法，保证了零点计数值确定的准确性。
一个变压器可以带4路检测线圈，现以其中一路为例，说明车流信号的识别算法。由单片机P0口对应口线控制振荡电路起振，经延时稳定后，就可驱动检测线圈对车流信息进行检测。振荡电路以大约28kHz的频率震荡，经转换后变为抗干扰能力更强的矩形波送往计数器进行测量。因为频率较低，故采用门控计数法对脉宽进行测量。在这里为减小量化误差，应使计数值尽可能大，为此将被测信号16分频后在进行测量。则分频后脉宽大约为T＝16/28kHz＝0.57ms(振荡频率大约为28kHz)左右，对每路每次进行4采样，公约2.5ms，4路共10ms；根据车辆速度和检测线圈长度估计车辆通过检测线圈的时间大于50ms(2m长，除以最高车速)，每次车辆经过线圈时，被测量5次以上(N＝50ms/10ms＝5，测量下一路时考虑震荡稳定时间，故取5次)，可测约20个数据。
车辆是否进入线圈上方，是通过测量的计数值Ci与零点计数值C0相比较后判断的，图6所示的曲线中描述了车辆经过时测得计数值的变化情况。t1到t2时段为无车辆状态，t2到t3为车辆进入状态，t3到t4为车辆驶出状态，t4到t5为无车辆状态。则在t1到t4时段检测板应识别为有车辆通过。零点计数C0值确定后，再根据设定的灵敏度S，由某次测量测得计数值Ci判断。
即：(C0-Ci)/C0＞S；
如果上式成立，且连续三次以上测量上式均成立，并且计数Ci值呈递减趋势，则认为车辆进入检测线圈，否则认为没有车辆进入检测线圈；
如果上式成立，且连续三次以上测量上式均成立，并且计数Ci值呈递增趋势，则认为车辆已经离开检测线圈。
当前后检测到车辆进入线圈和离开线圈的过程时，则认为车辆通过。通过这种算法可消除尖脉冲的干扰，保证了测量结果的可靠性。
Claims (1)
1.一种用于车流量的电涡流检测器，其特征在于，由检测线圈、变压器、受控振荡电路、灵敏度设定电路、脉宽测量电路和信号输出电路组成，检测线圈通过变压器连接在受控振荡电路的输入端，受控振荡电路与灵敏度设定电路连接，灵敏度设定电路连接脉宽测量电路，脉宽测量电路与信号输出电路相连接。
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|---|---|---|---|---|
| CN105803969A (zh) * | 2016-04-13 | 2016-07-27 | 安徽拓力工程材料科技有限公司 | 一种自发光型交通标线 |
| CN109427193A (zh) * | 2017-09-04 | 2019-03-05 | 杭州海康威视数字技术股份有限公司 | 车辆检测灵敏度设定方法及装置和计算机设备 |
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