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感应回路车辆检测器


这个项目, 感应回路车辆检测器 from 1983年,真的是一个埋在地面的大型金属探测器。

汽车的存在降低了嵌入在道路中的环路的电感,然后改变电路的工作频率。

在该设计中,切换多个电容器以允许可靠地检测车辆。



感应回路车辆检测器的执行摘要

感应回路车辆检测器包括振荡器电路,振荡器电路具有在电路中可切换的多个电容器,该电路在微计算机的控制下以确定振荡器频率。微计算机监视振荡器频率并控制电容器的切换,以周期性地将频率返回到预定值。

计数器计数预定数量的H.F的振荡器循环和栅极。时钟分成第二计数器,由此计数器的计数表示振荡器时段。一个"vehicle detected"当监控的频率发生超过预定量时给出输出,表示环路的电感减小。

在检测到上方的电感的增加,检测器被禁止预定时间,例如,大约1秒,避免由磁效果引起的错误。


图1:是表示感应回路车辆检测器的典型环路安装的透视图



感应回路车辆检测器的背景

典型的感应回路安装如图2所示。该系统由埋在路面下方约50毫米的电线(通常为2或3匝)的环中。通过双绞线向车辆检测器返回环的端部通常容纳在控制器柜中的一定距离。

当车辆定位在其上时,发生环的电感的减小。这是由于车辆的导电部件用作变压器的短路转动,环是初级绕组。循环的Q的减小也发生,但是用于检测车辆存在的不可靠参数。

电感的减小由车辆检测器感测,输出信号以指示车辆的存在。必须检测到低于0.02%的电感的变化,而可能发生超过10%的变化。

检测合理时间长度的小电感变化的主要问题是,可能发生环境漂移,通常高于电感的有效变化20%。这种变化主要归因于环路和检测器之间的馈线电容的变化。幸运的是,环境漂移率通常小于车辆运动引起的速度。

已经设计了各种方案,用于确定电感的降低,即车辆的存在,并补偿环境漂移。


图2是用于感应回路车辆检测器的现有技术车辆检测电路的框图



一种普遍的方案包括作为自由运行LC振荡器的谐振电路的一部分的循环,参见图4。 2.使用数字计数器和硬布线逻辑测量振荡器的周期,以确定时段的减小,如图所示。

该技术的问题包括以下内容:(i)由于LC振荡器的频率至少部分地由环路的电感确定,因此工作频率可以落在宽范围内(通常为20kHz至180kHz)。如果在相同的频率上运行的多个相邻环路,则可能发生串扰。

虽然通常提供一种手段来抵消工作频率,但仍然可以发生间歇性串扰。如果环境漂移或车辆运动导致两个操作频率相互作用,则会发生这种情况。此外,随着车辆通过环路移动,产生FM边带,其延伸在宽带宽。

这些可以具有足够的幅度来引起串扰。 (ii)被认为是理想的,并且在英国也是强制性的,仅在特定的,相对窄的频带中运行,用于电磁兼容性原因。 (英国需要62 kHz至78 kHz。)

已知的感应环的另一个问题是(iii),如果磁性材料放置在传感器环的场内,则可以增加电感的增加。由于材料被移除,将发生电感的负变化。这将导致最具目前可用的车辆探测器表示车辆的存在。

已经在实践中发现,随着一些车辆通过环路,磁性而不是短路的转弯效果占主导地位,通常随着车辆离开环。这尤其如此具有钢支撑径向轮胎的高底盘卡车。当它们离开环路的领域时,车辆检测器感测电感的负变化,并表示即使已经离开的车辆的存在。

显然这种效果可能导致几个问题,例如交通系统的错误操作,或操作障碍物的失败。在某些情况下,它可能导致危险。

本发明的目的是减少先前探测器的上述缺点。

感应回路车辆检测器的概述

根据设计,提供了一种车辆检测器,其包括具有布置成连接到道路环路的电容装置的振荡器电路,以确定振荡器电路的频率,用于监视振荡器电路的频率,控制处理器布置为控制电容装置的电容,以便将频率周期性返回到预定值,并且检测器装置被布置为当监测的频率改变超过预定量时产生指示检测到的车辆的输出信号。

优选地,控制处理器是微处理器,并且电容装置包括多个电容器,该电容器布置成通过微处理器与道路环路切换出来的电路。因此,检测器包括LC振荡器,通过将电容器切换到调谐电路,通过将电容器连续返回到其原始频率。

由此可以得到补偿环境漂移,这反过来克服了串扰困难(问题(i))以可预测的方式弥补,并允许严格遵守许可要求(问题(ii))。

进一步根据设计,感应回路车辆检测器包括用于检测感应回路的电感的减小并响应于提供指示车辆存在的信号的装置,用于检测上方的电感的增加在检测到所述增加之后,预定阈值和用于抑制检测器的预定时间的装置。

这有效地克服了问题(III)。优选地,用于检测电感的增加的装置被布置为当电感超过平均值或静止值超过预定量并且所述信号启动定时器时产生信号,或者停止重复重置计时器,允许它允许其完成其定时操作。

在设计的一个实施例中,多个电容器布置成可选择性地与道路环平行切换。电容器的值可以是二进制序列,使得电容可以通过并行二进制控制信号直接设置。在替代布置中,电容器布置成可选择性地连接到变压器的一个绕组中的水龙头,其另一个绕组连接到道路环路。

以这种方式,消除了对精确制造特殊值电容器的需要,电容器仅需要与相同的值匹配。在进一步的发展中,道路回路可以选择性地连接到变压器绕组中的水龙头,例如,所述其他绕组,从而可以在程序控制下有效地乘以环路电感。

这允许处理非常广泛的环路电感,并允许基于控制处理器输出的电容值和乘法器值来执行车辆检测。


图3:是根据本发明的用于感应回路车辆检测器的车辆检测器电路的框图



感应回路车辆检测器的描述

参考图1。如图3所示,振荡器电路包括道路11和多个电容器2,所述多个电容器2布置成在微处理器3的控制的控制下与道路回路1切换到电路。振荡器电路的输出被提供给第一计数器4,这被布置为产生输出脉冲,而振荡器电路的循环的预定数量(192在实际实现中)被计算。

第一计数器4的输出将高频(例如,6 MHz)时钟5的输出输出到第二计数器6中,使得计数器6计数计数器4的输出脉冲的周期。由计数器6所获得的计数因此代表振荡器电路的时期。当计数器4结束的输出脉冲和微处理器的输出脉冲重置两个计数器时,通过微处理器3读取由计数器6获得的计数。

每个计数周期通常需要几毫秒。

微处理器3根据计数器6的计数来操作以切换进出电路各种电容器2,以朝向预定频率调谐振荡器电路。例如,如果发现该时段增加,则总电容降低。如果发现该时段已经降低了超过预定量,则可以将其作为车辆存在的指示以及在线7上给出的输出。

作为示例,电容器2可以在二进制序列中相关并由微处理器的二进制输出控制。对于英国应用,62-78kHz的频率分配可以分成四个频带,例如,可以分成四个频带。如下:

频带频率(kHz)
73.65-78.00
B 69.54-73.65
C 65.66-69.54
d 62.00-65.66.

可以看出,这些频带大约是6%宽;车辆导致最多3%的变化,因此通过车辆的存在,不太可能将朝向任何带底部选择的频率。在操作中,微处理器3首先通过启动例程(服用例如60 ms)运行,其中使用山攀爬技术建立了用户选择的频带的下半部分中的基频 - 电容的值根据需要增加或减少以向所需值移动频率并且电容变化的尺寸逐渐减半。

当获得所需的计数值时,程序会更改为检测模式,其中微处理器检查连续计数是正确的,如果不是,则校正电容的一个值(最小电容器的值)以增加或减少时段振荡器电路根据需要将频率返回到预设基础频率。

高于预定量的计数的任何变化被识别为由车辆和适当的方式识别"vehicle detected"提供输出。或者,可以将输出的数字监视到电容器以提供车辆存在的指示,但已经发现更简单以监视由计数器6获得的计数。


图4是表示感应回路车辆检测器的电容器的改进布置的示意图



尽管电容器可以如图2所示使用。如图3所示,它们之间所需的关系导致必须特别地制造的电容值。此外,需要高精度(约1%)。这将是一种昂贵的技术。但是,可以使用如图2所示的振动变压器。 4.

这允许电容器具有相同的所有值,并且仅准确匹配。随着电容器被切换,使抗衡物被布置为近似与恒定百分比变化的变化。最坏情况是当需要有意义的变化时,例如,从0001111到0010000。在实际实现中,在这种情况下将发生约2.5%的变化。

此外,可以扩展攻丝技术以包括"multiplier"tappings。这也如图2所示。这些"multiply"通过合适量的环路电感。使用该技术可以获得高精度的宽调谐范围。这将允许进行检测,而不是使用计数器来执行,而是通过检查乘法器和电容编程值。

可以为多个循环提供多路复用输出。例如,可以对四个环路进行时间顺序复用电容值,并且也可以复用值,使得频率落入上述四个频带中。以这种方式,可以使用相同的检测器装置操作16个独立的环。


图5:是根据本发明的用于感应回路车辆检测器的车辆检测器的电路图

View larger image 这里.


现在将参考图4更详细地描述设计的实际示例。图5,图。如图6A,6B,7和8所示的原因,未示出合适的电源5V。

道路环连接到探测器单元的端子D和E.霓虹灯NE1,NE2和齐纳二极管ZD1需要保护电路免受干扰,高能量源,例如闪电。变压器T1是升压变压器,除了提高电路阻抗以使能够使用晶体管开关而不严重降级Q,提供了一定程度的隔离。

变压器T1的输出连接到变压器T2。这是反馈LC振荡器的一部分。振荡器的感应部分主要由道路环的电感形成,并且部分地由变压器T1和T2的分流电感。电容部分基本上是电容器C5和电容器C6至C13,其可以通过晶体管TR11至TR17通过晶体管TR11切换出来。

晶体管Tr3是振荡器的有源元件,而晶体管Tr5用于控制其增益以保持恒定幅度振荡。电阻器R5至R10提供合适的偏压等。电容器C4用于反馈稳定和去耦。电容器C3,C15和C16用于去耦。

二极管D2,D3和D4提供偏置电压以防止晶体管Tr11,TR17(结合增益控制)变为反向偏置。晶体管Tr6用于"limit"振荡器的正弦电压以形成正方波以应用于数字计数器集成电路X1。

微型计算机X5,型英特尔8048或等效物用于控制电路。端口P10至P16配置为输出,并且可以在软件控制下切换电路进出电路。例如。当一个"low"信号存在于P10上,晶体管TR11是反向偏置和关闭的。

当一个"high"存在,通过电阻器阵列Ra2的适当电阻元件辅助,晶体管Tr11接通,在电容器C6中切换。

集成电路X1是7位二进制计数器"divides"振荡器的频率和与形成触发器的集成电路X2的频率和栅极A和B结合,产生触发器,产生门控脉冲。该电路的操作如下:假设微计算机X5的P17上存在高电压电平。

A "low"电平复位脉冲短持续时间从集成电路栅极D反转的微电脑X5的WR转变,通过二极管D5重置计数器X1和X4和触发器。集成电路X2的引脚13将会去"low" and pin 1 "high"如果没有在这个状态。微电脑X5现在使P17变为低导致集成电路X2的引脚11被保持"low".

计数器X4需要一个"low"PIN 1上的电平计数,所以在这种状态下它不计数。计数器X1的引脚1上的信号是"low"但是,导致此计数器增加,并且当计数器X1的输出O5进行时"high"将设置触发器,允许6 MHz时钟增加计数器X4。计数器X4(引脚14)的输出被施加到微型计算机X5的T1输入,微计算机X5在内部连接到另一个8位计数器。

计数器X1(引脚3)的输出被施加到微型计算机X5的INT线路。微电脑X5可以询问该引脚以确定其状态。每次观察到高到低转换"software counter"从预设值(可以是1,并且用于调谐)递减。当达到零时,P17就会去"high"因此,当计数器X1的输出O6接下来时,通过电阻R19重置触发器,导致计数X4被停止计数器。

由于触发器的输出也应用于微计算机X5的T0输入,因此微电脑X5可以确定计数已停止。假设集成电路X3,引脚10的输出是"low",在计数器X4中实现的计数现在可以通过阵列RAL中包含的电阻器在输入DB0至DB7上的微电脑X5读取。

如果需要,也可以读取内部计数器。如果需要,也可以在P10到P16上输出新的电容值。

这个周期现在用一个人重复"low"从微电脑X5的WR复位脉冲。

使用NOR门C,石英晶体,XTAL和电阻器R20生成6 MHz时钟。它还用作微型计算机X5的时钟,并应用于XTAL1输入。

可以通过重置计数器X4来读取来自开关S1和S2的编程信息,以使输出到达"low" and outputting a "low"在P20上,从而导致集成电路X3的引脚10去"high"。关闭的开关S1或S2中的任何一个都将导致相应的线路DB0到DB7被拉动"high"通过二极管D7到D14。任何未如此连接的线将被举行"low"通过计数器X4通过阵列RA1。

通过应用a重置微电脑X5"low"PIN 4上的电平,操作时发生操作"high"达到水平。为了清楚起见,未示出适当的外部复位电路。输出P24用于指示车辆的存在或其他方式。为了清楚起见,未示出必要的输出电路。

这通常包括一个或两个晶体管和相关组件和继电器或光隔离器。不使用输出P25至P27(在单个通道电路上)。输出P21至P27有效地使用,也不是它们连接的X3的X3的门。没有使用微型计算机X5的所有其他输出,所有输入都连接到"high" or "low"适当地导致设备正确操作。


图6A:为感应回路车辆检测器的初始调谐例程形成软件的流程图




图6B:为感应回路车辆检测器的初始调谐程序的流程图表达了Softwis




图7:是在对感应回路车辆检测器执行车辆检测的情况下使用的例程的软件流程图



在接收到主复位后,微计算机执行初始调谐例程(图6A,图6B),之后设备开始检测车辆的存在。一个"nudge-nudge"技术用于将振荡器维持在正确的频带中,(图7)。

仅使用计数样本的检测例程未描述为有许多众所周知的方法。


图8:是使用感应回路车辆检测器的电容变化的检测程序的软件流程图



如果使用电容检测技术(图8),则需要比7比特更大的电容分辨率,以获得足够的对实际使用的灵敏度。图1的乘法技术。 4可能是合适的。

实质上,该技术依赖于调整常规,通过调整帽,维持近似恒定频率(如果是慢速,它无关紧要)。当车辆不存在时,计算运行的平均CAPREF。如果帽子超过氯化氯,k k,输出车辆的存在。

虽然车辆存在,但是氯贝格以由M确定的速率慢慢递增盖子,以补偿环境漂移。需要快速恢复,应盖子变得小于氯贝格,例如当车辆在已经在那里留下一段时间后,当车辆离开检测区时,就会发生。


图9:是表示作为车辆在感应回路的感应回路上交叉的电感变化的图,用于感应回路车辆检测器



无花果。图9(a)显示了典型的"inductance profile"在车辆中,表现出通过环路的磁效果。当车辆离开环路时,电感首先增加,传统的检测器轨道迅速轨道,然后,随着车辆最终离开,减少。

将这种负变化作为通过传统探测器引起的载体引起的载体"lock-up"或者寄存器,车辆,如图2中的2所示。 9(b)。

该解决方案是这种设计的本质,是感测电感的正变化大于合适的阈值(例如,0.01%的标称环路电感)。然后检测系统"paralysed"适合适当的时间(例如1.0秒)。在此期间,除了维持a之外,没有采取任何行动"no vehicle present" output state.

在此时间后,正常检测再次开始。瘫痪时间在图2中示出。图9(c)和图9中的所得输出。 9(d)。具体地,在点3处检测到大于阈值的电感的正变化之后,开始计时器并以1S运行,如图4所示。 9C和计时器的输出禁止检测操作。


图10:是用于抑制根据本发明的检测器的响应的例程的软件流程图,用于感应回路车辆检测器



微型计算机内包含的合适例程的流程图'S存储器在图2中给出。 10.常规检测电感的正变化(计数为电感的负变化)。当软件例程检测到电感的正变化时,微计算机在输出P27上输出高电平。

这通过电容器CA和电阻RA的RC组合集成。选择值,使得输入P26在大约1.0秒之后感测高电平。在此时间间隔期间,微计算机忽略了所有输出样本。当时间间隔结束时,正常检测处理继续,P27返回到低电平。

二极管DA需要确保快速复位。显然,可以使用各种电路技术生成这种延迟,或者可以通过在另一个实际实现中完成的软件来生成。

在替代布置中,微计算机可以被布置成在增加之后检测电感的减小,即检测峰值4并且可以开始定时器。在这种情况下,时间较短,例如,可以使用0.8s。

显然,对于本领域技术人员来说,在权利要求的精神和范围内,可以进行其他修改,变化和改变。


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