基于磁感線圈的車流量檢測的研究

摘要：為了解決車輛計數問題，將環形線圈作為傳感器，鋪設在公路行車道上。當車輛通過線圈上面時，由于電感L發生變化，引起振蕩電路的頻率發生變化；通過鎖相環芯片檢測頻率的變化，使模擬信號轉化成數字信號，將鎖相環產生的輸出信號傳入單片機；當單片機檢測到鎖相環的輸出電平由高變到低時，便計數一次，從而完成對車流量的檢測。在檢測模型的測試中，該系統表現出較快的檢測速率和較低的誤檢率，具有一定的抗干擾能力。
關鍵詞：車流量檢測；環形線圈；振蕩電路；鎖相環

交通控制一直是社會的一個大問題，隨著社會節奏的加快，效率逐漸成為人們的重點考慮的問題，有效地疏導和提高十字路口的通行效率顯得越來越重要。在普通的交通燈設計系統中，顯示時間是固定的，這樣就無法有效地利用道路交通資源。為了解決這個問題，引入了車流量檢測，通過檢測車流量的大小，來自動調節紅綠燈的顯示時間。為此本文通過在地面鋪設環形線圈傳感器，測量車輛通過情況，然后傳輸到控制系。文中主要介紹車流量測器的具體設計。

1 環形線圈傳感器電路
將環形線圈埋入地面下，當有車輛經過時，車的鐵外殼使得磁感線圈電感發生變化，將此環形電感接入振蕩電路，使電感量的變化轉換成諧振頻率的變化，通過檢測頻率的變化來實現對車輛的檢測。
1．1 振蕩器的原理
振蕩電路由決定振蕩頻率的選頻網絡和維持振蕩的正反饋放大器組成，其中反饋振蕩器由主網絡和反饋網絡組成，如圖1所示。其中Ui，Uo，Uf分別為輸入電壓，主網絡輸出電壓，反饋電壓。設A=Uo／Ui，F=Uf／Uo。其中A為主網絡增益，F為反饋系數。振幅起振條件為AF>1，相位起振條件為φT(ω0)=2nπ，只有同時滿足振幅起振條件和相位起振條件才能起振。另外，還必須滿足振蕩的穩定條件，才能是電路穩定振蕩，即選頻網絡的相頻特性為負斜率。

1．2 電容三點式電路
基于電容三點式電路的振幅起振條件容易滿足，且并聯LC回路的阻抗特性也為負斜率，該電路的反饋電壓中高次諧波分量小，輸出波形較好等原因，這里將使用電容三點式振蕩電路，電容三點式電路圖如圖2所示。其中C1，C2為回路電容，L為回路電感，C3，C1分別為高頻旁路電容和耦合電容，且有C3，C4比回路電容C1，C2大一個以上數量級。電路中的三極管實現信號放大，以便為后邊的檢測提供方便。先選定檢測頻率為440 kHz，又由于電容容量一般都是固定的，不容易改變，而電感可以很容易通過改變線圈的圈數和形狀來改變。取電容C1，C2等于1 nF，由此求出的電感為130μH，即130μH的電感是有車經過時的電感。經過模型測試，有車經過時電感的變化量大概為20μH，所以選定無車經過時電感為110μH。圖2中電感量為無車輛經過時的電感。