基于地感线圈的车辆检测

基于地感线圈的车辆检测 Prepared on 24 November 2020

第一章系统摘要

智能交通系统利用尖端的电子信息技术，构成人员、车辆和公路三位一体的新型公路交通系统。它将先进的计算机处理技术、信息技术、数据通信传输技术、自动控制技术、人工智能及电子技术等有效地综合运用于交通运输管理体系中，建立一种在大范围内、全方位发挥作用的准时、准确、高效的交通运输管理体系。本文着重研究了智能交通系统中的道路交通检测系统，设计了基于环形线圈的车辆检测器。采用双环形线圈检测技术，对车辆通过线圈时检测电路所产生的振荡频率进行数据分析，从而完成车流量监测。本文介绍了一种基于单片机的环形线圈车辆检测器系统，并分析了系统的结构和功能。该系统的硬件主体以 AT89C51为控制核心。实现了路面动态交通数据的采集，采集到的数据实时反映了车辆的通过或存在状况。该系统结构简单，操作容易，能较精确地检测出车辆的存在，可应用于交通检测和道路监控领域。最后给出了该检测器详细的软硬件设计方案。

关键词关键词：智能交通系统；环形线圈；交通流检测；AT89C51

系统概述

随着世界城市化的进展和汽车的普及，不论是在发展中国家还是在发达家，交通拥挤加剧、交通事故频繁、交通环境恶化等问题日益严重。一般来说，解决交通拥挤的直接办法是建设更多的道路交通设施，提高路网的通行能力，但无论是哪个国家，其城市内部可供修建道路的空间有限，而且建设资金的筹措也是面临的一个难题。同时，由于交通系统是一个复杂的大系统，因而，单独从减少车辆或者增加道路设施方面考虑是无法根本解决问题的[1]。此

外，能源和环境问题也日益为人们所认识，能源的大量消耗，环境的严重污染，使人类的财富和健康受到极大的损失。在这种背景下，从系统的观念出发，把车辆和道路综合起来考虑，着眼于充分利用现有的道路交通设施，着重提高道路车辆的运行效率，从而运用各种高新技术系统解决交通问题的思想就应运而生。

随着车辆的增多和交通的飞速发展，在道路交通管理与控制中对交通信息的需求越来越多。实时准确地检测道路车辆的交通流信息并预测未来道路交通状况，进而将预测信息提供给交通控制中心，这样，就能够有效地诱导交通避免交通阻塞，减少出行时间和交通事故的发生。并且，交通数据检测在交通控制系统中也是十分重要的，精确和可靠的检测数据是在交通控制中进行合理的信号配时优化的基础：而实时准确地对交通流预测，即有效地利用实时的交通数据预测未来的交通状况，是实现有效的交通控制和交通诱导的关键所在。

第二章感应线圈的交通检测分析

2.1.车辆检测器的埋地方法车辆检测器的埋地方法

如图下图所示，前一个紧挨停车线，后一个埋设在距停车线 5--10cm 处，一般考虑埋设在预计可正常停车数量所占位置的 l-2倍处，检测驶入该车道的车量数；二者之差，既是该车道还存在的车辆数，也是等待通行的车辆数

电感线圈安装示意图

地感线圈埋设首先要用切路机在路面上切出槽来，在四个角上进行 45°倒角处理，防止尖角破坏线圈电缆，切槽宽度—般为 0．4--0．8cm，深度 3--

5cm，同时还要为线圈引线切一条通到路边的槽将双绞好的输出引线通过引出

线槽引出[5]。地感线圈埋设是在车道路面铺设完成后或铺设路面的同时进行的，在线圈埋好以后，为了加强保护，用沥青或软性树脂将切槽封上。

线圈安装时，应该尽量避免焊接点，万不得已则必须良好接触并做好绝缘；为避免电磁干扰，馈线使用屏蔽电缆，屏蔽电缆的屏蔽线在信号转换器端良好接地；使用双绞线，防止两个相邻线圈的馈线或与电源 220v之间的相互干扰。

感应线圈检测器的电磁感应工作原理

上图电路中：R b1 =Ru=62 kll；Ro=l kQ；R。=2．2 kn；Ce=Cb=10uf；c1

=Cz= pF；L为电感线圈，此时晶体管V T1为共射放大组态．工作在放大状态。

系统正常状态下即无车经过时。传感振荡电路的输出信号U0(t)为频率保持不变的正弦波。当有车经过时，U0(t)的频率变大，即f = fc ，其频率差为f = f’fc ，范围在几百赫兹到几千赫兹。

由公式（1）知，f 与电路中电感 L、电容c1，c2有关(c1，c2为固定值)，所以f 为L的单值函数，当L发生变化时，该振荡电路的振荡频率也发生反方向变化。把地线圈作为 L，直接连接到电路中．通过检测电路振荡频率的变化来反映L的变化，从而实现对金属物体的探测。

设正常状态下即无车经过时的输出信号频率为．而有车经过时的振荡频率为f0，则易获知．f’大f0，由于不易通过固定公式直接计算，而只能通过实验法大概估算，而且实际应用中无需知道具体数值，只需估计fc=f’ - f0的范围即可。

阈值的选取

在判别车辆时，需要利用阈值来判断车辆的到达，通过设定特殊的阈值，将受到车辆干扰后的磁场与无车辆干扰情况下的磁场分割开来。主要表现在当所获得磁场波形数据波动超过一定阈值时，就确定为有车辆到达，否则将波动判别为干扰。

如果阈值选取的太大，当有小型车快速通过检测器时，波动幅度太小，而无法达到阈值，就会检测不到车辆。如果阈值选取太小的话，因为检测器收到周围磁场的干扰，会有小的波动，阈值太小，干扰大于波动后，算法将干扰判别为车辆，也会影响检测器的精度。而且当车辆过去后，偶尔有基准值漂移的问题，可能会与原始基准值有所偏差，因此在选取基准值的时候，也好考虑基准值漂移的问题。因此，阈值的选取直接影响相关检测算法的准确率。

线圈检测的方法介绍

线圈检测的方法介绍双线圈检测是在路面下一前一后铺设两个线圈，且两个线圈的放置有一定的距离，其示意图如下图所示：

环形线圈检测器示意图

假设前线圈的的长度为Sa，后线圈的长度为Sb，两个线圈之间的的距离为Sb ，(在示意图上对应的值为Sa=Sb=2m ,Sm=3m )，当车辆到达前线圈的时间

为Ta，车辆到达后线圈的时间为Tb，检测器的计数周期为T，Ni位低i 车道检测器的计数值，则 i 车道在该周期内的交通流量为：

因为线圈通过检测电路连接到CUP上，当车辆经过前线圈时，就会改变谐振电路的频率，以此就可以检测出车辆的存在；要检测车辆的速度，只要测出汽车从开始通过前线圈到到达后线圈的前后时间T = T T ，就可以测出通过的速度：

如果再测出车辆离开后线圈的时间 Tc，车辆从进入线圈到完全离去的时间为T2=Tc-Ta。，假设车的长度为 L，那么根据公式：

从而就可以得到车辆型号的大小。