畢業(yè)設(shè)計--道路交通檢測系統(tǒng)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　近年來, 隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的高速發(fā)展，機動車輛擁有量也在急劇增長，交通流量日益增大，了解路況交通實時信息讓司機選擇道路通暢的路段是解決道路擁堵問題的一個重要手段。因此，研究開發(fā)適合我國交通現(xiàn)狀和具有穩(wěn)定性好的檢測設(shè)備變得尤為重要。</p><p>　　本文研究和提出了一種基于感應(yīng)線圈的道路車輛識別

2、方法，該方法利用感應(yīng)線圈車輛檢測器對車輛的電磁感應(yīng)特性進行數(shù)據(jù)采集，通過對振蕩器的頻率計數(shù)獲得通行車輛的信息（車流量包括車速及通過車輛的個數(shù)），再將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇偪刂破鳌?lt;/p><p>　　信號產(chǎn)生電路采用LC電容三點式振蕩電路，此電路主要用來產(chǎn)生正弦信號，適用于幾十千赫至幾百千赫的頻率范圍內(nèi)，由于51系列單片機測頻范圍有限，本系統(tǒng)選用分頻器HCF4040對振蕩電路頻率分頻后再進行測量。 </p>

3、<p>　　此外，本文的另外一個重點是實測數(shù)據(jù)的分析。本文以大量實測數(shù)據(jù)為依據(jù)，分析了車輛通過線圈上方時，車輛檢測器中LC振蕩電路頻率的變化情況，找出了車輛通過時振蕩頻率變化的最佳閾值，并且實地驗證了結(jié)果的可行性。</p><p>　　基于LC振蕩電路與51系列單片機組成的環(huán)形線圈檢測器，不僅經(jīng)濟，還能夠保證系統(tǒng)的檢測精度和抗干擾性，為進一步應(yīng)用于實際打下了堅實的基礎(chǔ)。</p><p

4、>　　關(guān)鍵詞：環(huán)形線圈傳感器；LC振蕩電路；51單片機；數(shù)碼顯示</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In recent years，the quantity of vehicles and the traffic flow increase rapidly with the development of China eco

5、nomy. So it is important for the drivers to know the real-time information of the traffic system. Therefore，it is also very important to research a stable equipment which can detect the traffic situation.</p><

6、p>　　This paper provides a device of vehicle and its velocity detection based on an induction loop sensor，The device collects the data of electromagnetic induction characteristics with the inductive loop sensor. This d

7、evice can obtain the information of vehicles by measuring the frequency of the oscillator circuit，then transmits the data to the total controlling center.</p><p>　　The signal circuit of the device adopts LC

8、oscillator circuit，and this oscillator circuit is mainly used to produce sinusoidal signal，and the frequency of the sinusoidal signal is between scores of kHz to hundreds of kHz. Because of the frequency-measurement limi

9、t of the MCU, the system selects the frequency divider HCF4040 in order to easily measure the frequency.</p><p>　　Furthermore, another emphasis of this paper is the practical measurement analysis. This paper

10、 is based on much practical data，and analyzes the frequency change of the vehicle detector when vehicles traveling through the loop. This paper also identifies the optimal threshold of frequency changing when the vehicle

11、s passes and verify the theoretical feasibility.</p><p>　　The inductive loop vehicle detector which is based on LC oscillator circuit and MCU, is economic, accurate and stable. It laid a solid foundation for

12、 further practical application.</p><p>　　Keywords：Circular coil sensor；LC oscillator circuit；51 Series MCU；Digital display;</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 序言

13、1</b></p><p>　　1.1 課題背景1</p><p>　　1.2 課題研究的目的和意義2</p><p>　　1.3 課題研究的發(fā)展趨勢2</p><p>　　1.4 本文主要研究內(nèi)容3</p><p>　　第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計4</p><p>　　2.1

14、車輛檢測原理4</p><p>　　2.2系統(tǒng)硬件框圖6</p><p>　　2.3雙線圈車速檢測6</p><p>　　第3章 硬件設(shè)計8</p><p>　　3.1 LC振蕩電路設(shè)計8</p><p>　　3.1.1 工作原理9</p><p>　　3.1.2 振蕩頻率和起振條件

15、9</p><p>　　3.2 檢測線圈設(shè)計10</p><p>　　3.3 電阻參數(shù)計算10</p><p>　　3.4 波形變換電路11</p><p>　　3.5 分頻電路設(shè)計11</p><p>　　3.6測頻電路及顯示電路設(shè)計12</p><p>　　3.7 485總線接口

16、電路12</p><p>　　第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計15</p><p>　　4.1 系統(tǒng)軟件總體框圖15</p><p>　　4.2 頻率測量15</p><p>　　4.3 車流量檢測16</p><p>　　4.4 車輛速度的測量17</p><p>　　4.5 顯示電路軟件設(shè)計

17、19</p><p>　　4.6 485通信軟件流程19</p><p>　　第5章 試驗結(jié)果分析21</p><p>　　第6章 總結(jié)和展望25</p><p>　　6.1 全文總結(jié)25</p><p><b>　　6.2 展望25</b></p><p>　

18、　6.3 經(jīng)濟效益26</p><p><b>　　致 謝27</b></p><p><b>　　參考文獻28</b></p><p>　　附錄Ⅰ 元件清單31</p><p>　　附錄Ⅱ 總電路圖33</p><p>　　附錄Ⅲ 程序清單34</p

19、><p><b>　　第1章 序言</b></p><p>　　近年來，隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展和汽車數(shù)量的增多，城市交通堵塞問題越來越嚴重。為了解決我國城市的交通問題，改善交通系統(tǒng)的性能，一方面，人們需要不斷修建新道路；另一方面，人們開始利用現(xiàn)代科技手段科學(xué)合理地組織交通，最大限度的挖掘現(xiàn)有交通設(shè)施的潛力，以進一步提高道路通行能力。經(jīng)過長期和廣泛的研究，智能交通系統(tǒng)(IT

20、S)成為公認的解決交通問題的最有效手段。</p><p><b>　　1.1 課題背景</b></p><p>　　在這個科學(xué)技術(shù)和世界經(jīng)濟飛速發(fā)展的時代，交通系統(tǒng)的空前發(fā)展是必然的，也是經(jīng)濟繼續(xù)持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。交通運輸在經(jīng)濟和社會發(fā)展中起著舉足輕重的作用，隨著交通需求急劇增長，交通運輸所帶來的交通擁堵，交通事故等負面效應(yīng)也日益突出，交通問題逐漸成為經(jīng)濟和社會發(fā)展中的

21、全球性共同問題。因此為解決交通擁擠阻塞，交通事故頻發(fā)，交通污染嚴重，能源短缺等世界性問題，本世紀80年代末90年代初出現(xiàn)了智能交通系統(tǒng)ITS(Intelligent Transport System)，許多發(fā)達國家和發(fā)展中國家相繼提出各自的發(fā)展戰(zhàn)略，并試圖通過發(fā)展ITS帶動本國基于車輛、通訊、電子、計算機以及網(wǎng)絡(luò)等高新技術(shù)的經(jīng)濟大發(fā)展。ITS通過對有關(guān)交通信息的實時采集、傳輸和處理，并借助多種手段和設(shè)備，把握當(dāng)前交通運行狀況和預(yù)測未來的

22、交通狀況，對各種交通情況進行處理，通過有力的信息交流手段，使用戶迅速獲知交通信息，從而有效地提高了交通效率和安全，并使交通設(shè)施得到充分利用，實現(xiàn)交通運輸?shù)募s式發(fā)展。它是在較完善的道路設(shè)施基礎(chǔ)上，將先進的電子技術(shù)、信息技術(shù)、傳感器技術(shù)和系統(tǒng)工程技術(shù)集成運用于交通管理所建立的一種實時、準(zhǔn)確、高效、大范圍、全</p><p>　　車輛檢測屬于交通信息采集系統(tǒng)是高速公路和城市道路監(jiān)控系統(tǒng)中不可缺少的基本組成部分，交通信

23、息采集系統(tǒng)技術(shù)水平的高低直接影響到高速公路和城市道路監(jiān)控系統(tǒng)的整體運行和管理水平。近10年來，微電子技術(shù)的革命和近年來智能車路系統(tǒng)(IVHS--Intelligent Vehicle Highway Systems)的飛速發(fā)展已經(jīng)大大改變了交通控制技術(shù)的性質(zhì)。今天，像基于微處理器的信號控制設(shè)備，大范圍的車輛檢測器，光纖通信的網(wǎng)絡(luò)，強有力的計算機及用于工程模塊化的人工智能工具等都成為交通工程師實用且強有力的工具，可滿足智能車輛系統(tǒng)中不斷增

24、加的實時控制的要求。</p><p>　　1.2 課題研究的目的和意義</p><p>　　車輛檢測器的種類很多，根據(jù)其檢測原理的不同，可分為超聲波檢測器、激光檢測器、雷達檢測器、視頻檢測器、環(huán)形線圈檢測器等。各式車輛檢測器中，以環(huán)形線圈車輛檢測器使用最廣、歷史最久，也被認為是價格低廉，準(zhǔn)確度高，且積累了較多的經(jīng)驗，雖然環(huán)形線圈檢測器有其安裝不方便的缺憾，但是，由于它具有檢測參數(shù)精度高、適

25、用性強、可靠性高、漏檢率低、使用壽命長、性能價格比合適等諸多優(yōu)點，這種檢測器仍然是目前用于高速公路控制系統(tǒng)最為廣泛、效果也較好的一種車輛交通信息檢測設(shè)備。</p><p>　　1.3 課題研究的發(fā)展趨勢</p><p>　　近年來，隨著高速公路和城市交通監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展需要，車輛檢測器已得到了廣泛的應(yīng)用，同時車輛檢測技術(shù)也隨著傳感器技術(shù)，通信技術(shù)，計算機和人工智能等技術(shù)的發(fā)展而得到了迅速提高

26、?，F(xiàn)今的交通流檢測設(shè)備己經(jīng)逐步由原來的埋設(shè)型轉(zhuǎn)向了非埋設(shè)型，由單一類型向多種組合類型發(fā)展。就安裝條件來說，有龍門架、天橋的地段可以使用超聲波、微波等設(shè)備；在己經(jīng)有視頻監(jiān)控光纖傳輸?shù)穆范危稍黾訖z測專用攝像頭實施視頻檢測；在其余路段可以使用微波側(cè)掛設(shè)備。就需求來說，超速抓拍可以使用線圈和微波系統(tǒng)；公交車專用道以及某些車型車輛禁行路段的違章檢測可以使用超聲波檢測設(shè)備；對車型分辨要求較高(如需分辨客貨車等)，以及在擁堵情況下對流量檢測精度要求

27、較高的交通流檢測可以使用超聲波檢測設(shè)備；需要配以直觀圖像時，可以選擇視頻檢測設(shè)備。由于現(xiàn)今的任何一種檢測器都不能完全達到交通監(jiān)控的全部要求，他們各自的優(yōu)缺點都十分明顯。所以當(dāng)今的趨勢是一個功能完備的監(jiān)測系統(tǒng)必須是由多種檢測設(shè)備配合使用，相互取長補短。如北京四環(huán)路的交通流檢測，就采用了視頻、微波、超聲波等多種檢測器組成了完整的檢測系統(tǒng)。</p><p>　　早在60年代末，70年代初國外的科學(xué)家就對車輛的自動識別進

28、行了研究，由于受到當(dāng)時技術(shù)發(fā)展的影響，曾采用彩色條形碼、磁感應(yīng)、攝像、照相、聲表面波等技術(shù)來實現(xiàn)車輛的自動識別，但都因現(xiàn)場的具體應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜，始終沒有解決系統(tǒng)識別精度不高，抗干擾性能差這一技術(shù)難題，因此沒有得到廣泛使用。進入80年代，隨著計算機技術(shù)和微波技術(shù)的迅猛發(fā)展，國外許多公司都在致力于采用微波反射調(diào)制技術(shù)來實現(xiàn)車輛自動識別的研究由于此項技術(shù)具有較高的抗干擾性能和較高的識別精度因而得到了廣泛的使用。</p><p

29、>　　綜上所述，各種交通信息采集系統(tǒng)的配合運用，以及光纖通信技術(shù)、計算機信息處理系統(tǒng)和人工智能技術(shù)的應(yīng)用，必將使交通控制系統(tǒng)向大范圍、全方位、智能化和實時控制方向發(fā)展。</p><p>　　1.4 本文主要研究內(nèi)容</p><p>　　本文研究內(nèi)容是利用環(huán)形線圈作為道路交通檢測的傳感器，設(shè)計一種用于車流量計數(shù)、車速等參數(shù)檢測的環(huán)形線圈道路交通檢測系統(tǒng)。它采用雙線圈檢測技術(shù)，與單線圈檢

30、測器相比在車速的測量上精度更高。在硬件設(shè)計上我們利用電容三點式LC振蕩電路產(chǎn)生波形信號，采用分頻器HCF4040對波形分頻，最后選用AT89S52單片機作為主控制芯片，將數(shù)據(jù)上傳到總控制器。最后根據(jù)系統(tǒng)功能需求，完成各個部分的軟硬件設(shè)計。</p><p>　　第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計</p><p>　　環(huán)形線圈檢測器是在同一車道的道路上埋設(shè)一組感應(yīng)線圈。檢測器則是由檢測單元同環(huán)形線圈組成一個

31、調(diào)諧電路，此電路的電感主要決定于環(huán)形線圈，與檢測器的振蕩回路一起形成LC諧振回路，當(dāng)諧振回路中有電流通過環(huán)形線圈時，在其周圍形成一個電磁場，當(dāng)車輛行至線圈上方時，車體底盤產(chǎn)生自成回路的感應(yīng)電渦流，渦流損耗環(huán)形線圈產(chǎn)生的電磁能，使環(huán)形線圈的電感量減少，振蕩頻率發(fā)生變化。只要檢測到此頻率的變化，就可以檢測到車輛的通過信息，并完成車流量及車速的統(tǒng)計。</p><p>　　系統(tǒng)原理框圖如圖2.1所示。</p>

32、<p>　　圖2.1 系統(tǒng)原理框圖</p><p>　　2.1 車輛檢測原理</p><p>　　當(dāng)車輛經(jīng)過環(huán)形線圈上方時，渦流效應(yīng)會使環(huán)形線圈的電感量發(fā)生變化，即車輛接近環(huán)形線圈時，電感量減小，在整個車輛通過的過程中，頻率將變化，當(dāng)車輛離開線圈后，電感恢復(fù)到?jīng)]有車輛時的數(shù)值。</p><p>　　環(huán)形線圈與車輛的等效電路如下圖2.2所示。</

33、p><p>　　圖2.2 感應(yīng)線圈等效電路圖</p><p>　　設(shè)環(huán)形檢測線圈參數(shù)為：</p><p>　　—線圈電感，決定于線圈幾何尺寸及匝數(shù)；</p><p><b>　　—線圈電阻；</b></p><p><b>　　—線圈阻抗，；</b></p>&

34、lt;p>　　—車輛渦流回路中的等效電阻；</p><p>　　—車輛渦流回路中的等效電感；</p><p>　　—互感系數(shù)，取決于線圈與車輛靠近程度。</p><p>　　根據(jù)基爾霍夫定律，存在如下關(guān)系:</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p><b>　

35、?。?.2）</b></p><p>　　由式（2.1）、（2.2）可得</p><p><b>　　（2.3）</b></p><p><b>　?。?.4）</b></p><p>　　由（2.3）可得電感線圈總阻抗為</p><p><b>　?。?/p>

36、2.5）</b></p><p>　　可知此時線圈的等效電感：</p><p><b>　?。?.6）</b></p><p>　　由上式（2.6）可見電路參數(shù)為的函數(shù)，電路振蕩頻率取決于環(huán)形線圈的等效電感和電容，即，當(dāng)為常數(shù)，電路中振蕩頻率取決于線圈等效電感。當(dāng)線圈磁場內(nèi)無車輛存在時，有 =0，=，：當(dāng)車輛靠近線圈時，將變大，變小

37、，變大；反之，當(dāng)車輛遠離線圈時，將變小，變大，變??；因此，利用此變化規(guī)律，即可檢測車輛個數(shù)。</p><p>　　由于本設(shè)計應(yīng)用兩個環(huán)形線圈，只要兩線圈之間的距離固定，檢測車輛通過線圈1與線圈2之間的時間，即可計算出車輛的通過速度。</p><p><b>　　2.2系統(tǒng)硬件框圖</b></p><p>　　圖2.3 系統(tǒng)硬件原理框圖<

38、/p><p>　　本頻率采集模塊的工作原理如下：</p><p>　　利用經(jīng)典的LC振蕩電路產(chǎn)生正弦信號，利用三極管對正弦波進行波形轉(zhuǎn)換，使其輸出方波信號，由于產(chǎn)生的頻率很大，所以必須通過分頻器將其頻率變小，利用單片機對輸出頻率較低的頻率信號進行測量。數(shù)據(jù)結(jié)果通過485總線將數(shù)據(jù)傳送到總控制端，然后再由總控制端將信息傳送給各個司機，使各個司機能夠了解各個路口的道路車輛通行情況。</p&g

39、t;<p>　　2.3雙線圈車速檢測</p><p>　　傳統(tǒng)的環(huán)形線圈檢測器為了準(zhǔn)確測量車速，通常要在車流方向埋設(shè)兩個性能相同的環(huán)形線圈，線圈中心距為3~5米。當(dāng)車輛分別經(jīng)過兩個線圈時，由于線圈電感量的變化，車輛的通過狀態(tài)將被檢測到，同時狀態(tài)信號傳輸給車輛檢測器，由此進行頻率采集和分析，并利用車輛通過兩個線圈的時間差來計算車速。</p><p>　　雙線圈檢測的原理圖如圖2

40、.4所示。</p><p>　　圖2.4 雙線圈檢測示意圖</p><p>　　當(dāng)車輛通過兩個相鄰的環(huán)形線圈時，車輛檢測器可以分別獲得兩個時刻和，再由兩相鄰線圈的實際距離，就可以檢測到車輛通過的速度值：</p><p><b>　　(2.7)</b></p><p><b>　　第3章 硬件設(shè)計</b&

41、gt;</p><p>　　硬件設(shè)計主要包括LC振蕩電路、波形變換電路及分頻電路，利用這些電路完成車輛信號的采集工作，單片機系統(tǒng)對此信號進行分析處理，得出車輛計數(shù)結(jié)果與車輛平均通行速度，然后將數(shù)據(jù)結(jié)果經(jīng)由485現(xiàn)場總線傳向總控制端。</p><p>　　車流量采集系統(tǒng)硬件框圖如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 系統(tǒng)硬件原理框圖</p>&

42、lt;p>　　3.1 LC振蕩電路設(shè)計</p><p>　　在實踐中，廣泛采用各種類型的信號產(chǎn)生電路，就其波形來說，有正弦波或非正弦波兩種形式。環(huán)形線圈車檢器的振蕩電路模塊實際上也就是正弦波信號的產(chǎn)生電路，正弦信號產(chǎn)生電路主要有兩種：RC振蕩電路以及LC振蕩電路。后一種振蕩電路主要用來產(chǎn)生高頻正弦信號，適用于幾十千赫至幾百兆赫的頻率范圍，因而在車輛檢測器中得到應(yīng)用。</p><p>

43、　　本設(shè)計選用電容三點式LC振蕩電路基本形式，如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 振蕩電路圖</p><p>　　3.1.1 工作原理</p><p>　　根據(jù)正弦波振蕩電路的判斷方法，由圖3.2所示，電路中包含了放大電路、選頻網(wǎng)絡(luò)、反饋網(wǎng)絡(luò)和非線性元件（晶體管）四個組成部分，而且放大電路能夠工作在放大狀態(tài)下。分析過程：首先斷開反饋網(wǎng)絡(luò)，加頻率為輸入電

44、壓，給定其極性，判斷出從上所獲得的反饋電壓的極性與輸入電壓相同，故電路滿足正弦波振蕩的相位條件，各點瞬時極性如圖中所標(biāo)注。只要電路參數(shù)選擇得當(dāng)，電路就可滿足幅值條件，而產(chǎn)生正弦波振蕩。</p><p>　　3.1.2 振蕩頻率和起振條件</p><p>　　當(dāng)由、和所構(gòu)成的選頻網(wǎng)絡(luò)的品質(zhì)因數(shù)遠大于1時，振蕩頻率為：</p><p><b>　?。?.1）&

45、lt;/b></p><p>　　設(shè)和的電流分別為和，則反饋系數(shù)</p><p><b>　?。?.2）</b></p><p><b>　　電壓放大倍數(shù)</b></p><p><b>　?。?.3）</b></p><p>　　在空載情況下，由

46、上式（3.3）中集電極等效負載</p><p><b>　?。?.4）</b></p><p>　　根據(jù) ，利用式（3.3）和（3.4），可得起振條件為</p><p><b>　?。?.5）</b></p><p>　　若增大，則一方面反饋系數(shù)數(shù)值隨之增大，有利于電路起振；另一方面，它又使減小，從

47、而造成電壓放大倍數(shù)數(shù)值減小，不利于電路起振。因此，既不能太大，又不能太小，具體數(shù)值應(yīng)通過實驗來最終確定。</p><p>　　3.2 檢測線圈設(shè)計</p><p>　　圖3.3 線圈實物圖</p><p>　　本設(shè)計中線圈匝數(shù)為10，直徑為8cm，電感量為30。</p><p>　　3.3 電阻參數(shù)計算</p><p&g

48、t;　　現(xiàn)選定電容應(yīng)用容值為0.068的683J獨石電容，三極管為9013 NPN型三極管，放大倍數(shù)為185。</p><p>　　由式（3.1）可計算得到：</p><p><b>　?。?.6）</b></p><p><b>　　反饋系數(shù)：</b></p><p><b>　?。?.

49、7）</b></p><p>　　現(xiàn)假設(shè)的電阻為200，為1k；由于當(dāng)時，獲得最大不失真輸出電壓。此時，則，所以3.8/1.2，所以設(shè)定。</p><p>　　3.4 波形變換電路</p><p>　　圖3.4 正弦波轉(zhuǎn)換為方波電路</p><p>　　由圖3.4所示，由于當(dāng)，且時，進入截止區(qū)的條件，由于輸出電壓與上電壓的變化相

50、位相反，從而導(dǎo)致波形產(chǎn)生頂部失真；當(dāng)，時，輸出波形產(chǎn)生底部失真。因此電路輸出為方波。</p><p>　　3.5 分頻電路設(shè)計</p><p>　　HCF4040是12位二進制串行計數(shù)器，所有計數(shù)器位為主從觸發(fā)器。計數(shù)器在時鐘下降沿進行計數(shù)，RESET為高電平時，對計數(shù)器進行清零。由于在時鐘輸入端使用斯密特觸發(fā)器，對脈沖上升和下降時間無限制。所有輸入和輸出均經(jīng)過緩沖。</p>

51、<p>　　HCF4040功能表如表3.1所示。</p><p>　　表3.1 HCF4040功能表</p><p>　　3.6測頻電路及顯示電路設(shè)計</p><p>　　測量電路由單片機外部中斷引腳INT1、INT0來完成；顯示電路由八個數(shù)碼管顯示，前四位顯示車流量，后四位顯示車輛速度。</p><p>　　測頻電路及顯示電路

52、如圖3.5所示。</p><p>　　圖3.5 測頻電路及顯示電路</p><p>　　3.7 485總線接口電路</p><p>　　與傳統(tǒng)的RS-232協(xié)議相比，其在通信速率、傳輸距離、多機通信等方面，均有了非常大的提高，已經(jīng)足以滿足多數(shù)工業(yè)通信的需要，因此得到了十分廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　MAX485是一款低功耗RS-485

53、/RS-422標(biāo)準(zhǔn)接口電路。包含一個驅(qū)動器和一個接收器。MAX485的驅(qū)動器擺率不受限制，可以實現(xiàn)最高2.5Mbps的無差錯數(shù)據(jù)傳輸。收發(fā)器空載或滿載狀態(tài)下吸收電流僅為120-500uA之間，收發(fā)器在5V電源下工作。</p><p>　　MAX485是通過兩個引腳RE（2腳）和DE（3腳）來控制數(shù)據(jù)的輸入和輸出。當(dāng)RE為低電平時，MAX485數(shù)據(jù)輸入有效；當(dāng)DE為高電平時，MAX485數(shù)據(jù)輸出有效。在半雙工使用中

54、，通常可以將這兩個腳直接相連，然后由PC或者單片機輸出的高低電平就可以讓MAX485在接收和發(fā)送狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換了。</p><p>　　MAX485引腳說明如表3.2所示。</p><p>　　表3.2 MAX485引腳說明</p><p>　　接收功能表如表3.3所示。</p><p>　　表3.3 接收功能表</p>&l

55、t;p>　　RO、DI分別接到單片機的P30腳RXD和P31腳TXD上，運用單片機來傳輸數(shù)據(jù)</p><p>　　，DE腳是控制發(fā)送或接收引腳，本設(shè)計應(yīng)用P00口來控制發(fā)送和接收，由MAX485的A、B端口輸出數(shù)據(jù)。</p><p>　　485總線接口電路圖如圖3.6所示。</p><p>　　圖3.6 485總線接口電路圖</p><p

56、>　　第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計</p><p>　　4.1 系統(tǒng)軟件總體框圖</p><p>　　當(dāng)車輛通過線圈1后，定時器0開始計時，當(dāng)車輛通過線圈2時，定時器0計時停止，利用定時器0計時的時間，計算速度V。軟件總體流程圖如圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1 系統(tǒng)總體流程圖</p><p><b>　　4.2 頻率測

57、量</b></p><p>　　設(shè)被測脈沖的頻率為，周期為T，計數(shù)脈沖的周期為t，計數(shù)脈沖的個數(shù)為N，則通過公式（4.1）可以計算出被測脈沖的周期。</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　則 （4.2）<

58、;/p><p>　　由公式（4.2）可以看出，在計數(shù)脈沖周期 t 一定的情況下，被測脈沖的頻率，跟計數(shù)脈沖的個數(shù)有直接關(guān)系。</p><p>　　由于本設(shè)計單片機在12MHz的工作頻率下，工作方式選取方式一，N為初始化值</p><p>　　由公式 T= （4.3）</p><

59、p>　　可求得 N= （4.4）</p><p>　　車輛檢測頻率的流程圖如下圖4.2所示。</p><p>　　圖4.2 車輛檢測頻率的流程圖</p><p><b>　　4.3 車流量檢測</b></p><p>　　為了使車輛

60、檢測精確，減小誤檢率，本設(shè)計采用每250ms檢測一次頻率，n1為前250ms計數(shù)個數(shù)，n2為后250ms計數(shù)個數(shù)，通過判斷n1和n2差值，即可判斷是否有車輛通過。但是由于一些外界的干擾仍可使頻率改變，所以通過多次試驗及計算，若n1- n2 > 20，即可判斷有車輛通過。</p><p>　　車流量檢測流程圖如圖4.3所示。</p><p>　　圖4.3 車流量檢測的流程圖</

61、p><p>　　4.4 車輛速度的測量</p><p>　　車體切割磁通線，在車體內(nèi)將產(chǎn)生渦流，渦流對環(huán)形線圈的磁場有去磁作用，從而使環(huán)形線圈的電感量減少，進而改變LC振蕩電路的諧振頻率。檢測電路通過檢測振蕩電路頻率值的變化，即可判斷車輛通過狀況，通過軟件設(shè)計，利用定時器對車輛通過兩線圈的時間計時，計算車輛速度。環(huán)形雙線圈測量車輛速度原理如圖4.4所示。</p><p>

62、;　　圖4.4 測量車輛速度和長度原理圖</p><p>　　測量出車輛從進入線圈1到進入線圈2的時間間隔t0，進入線圈2到離開線圈2的時間間隔t1，在已知線圈的寬度為L0，線圈間距為L1的情況下，則車速為:</p><p><b>　?。?.5）</b></p><p>　　現(xiàn)設(shè)定兩個線圈之間的距離為1m，則只需測得車輛經(jīng)過兩線圈之間的時間

63、即可，本設(shè)計利用定時器0計時。當(dāng)車輛經(jīng)過線圈1時，打開定時器0，開始計時，當(dāng)車輛經(jīng)過線圈2時，關(guān)閉定時器0，該定時器的初值也同時設(shè)為50ms計時，當(dāng)有一次溢出中斷時，參數(shù)A加1，當(dāng)測時結(jié)束時，時間等于：</p><p>　　T=TL0+256*TH0+50*A（） （4.6）</p><p><b>　　則車輛速度為：</b></p&

64、gt;<p>　　V=1(m)/T() （4.7）</p><p>　　車輛速度計算流程圖如下圖4.5所示。</p><p>　　圖4.5 車輛速度計算流程圖</p><p>　　4.5 顯示電路軟件設(shè)計</p><p>　　本設(shè)計利用2個4位數(shù)碼管進行顯示輸出，前四位顯示車輛

65、的速度，后四位顯示經(jīng)過的車輛數(shù)，數(shù)碼管使用三極管驅(qū)動，單片機P1口接入數(shù)碼管的段選a-g，P2口接入數(shù)碼管的位選端；</p><p>　　顯示電路流程圖如圖4.6。</p><p>　　圖4.6 顯示電路流程圖</p><p>　　4.6 485通信軟件流程</p><p>　　本設(shè)計中，由于單片機的T1和T0都已經(jīng)被使用，所以使用T2作為

66、單片機的波特率發(fā)生器；同時由于T2的有效脈沖是每個機器周期1次，所以使用T2可以獲得更高的可控通信波特率，而且誤差很小，波特率設(shè)定為9600bit/s。 </p><p>　　T2作為波特率發(fā)生器時，串行口可以工作在工作模式1、3下，設(shè)置方式如下。</p><p><b>　　1）初始化串行口</b></p><p>　　2）

67、設(shè)置TCLK=1和RCLK=1。</p><p>　　3）設(shè)置C/ =0。</p><p>　　4）設(shè)置RCAP2H和RCAP2L初始值。</p><p><b>　　5）啟動T2</b></p><p>　　485通信程序流程圖如圖4.7所示。</p><p>　　圖4.7 485通信流程圖&

68、lt;/p><p>　　第5章 試驗結(jié)果分析</p><p>　　硬件實物如圖5.1，由圖可見總體電路包括一個單片機，兩個振蕩電路，兩個分頻電路，兩個感應(yīng)線圈，兩個四位共陽數(shù)碼管，以及一些電阻，電容等，兩線圈之間的固定距離為1m。</p><p>　　圖5.1 總體實物圖</p><p>　　系統(tǒng)調(diào)試結(jié)束后，開始測試功能，如下圖5.3所示，拿小

69、鋁盒視為車輛的底盤（即是導(dǎo)體），右手拿著鋁盒，左手拿著秒表，右手拿著鋁盒在線圈1經(jīng)過，同時左手開始計時，此時數(shù)碼管后四位加1，即顯示通過車輛數(shù)為1。</p><p>　　鋁盒經(jīng)過線圈1時現(xiàn)象如圖5.2所示。</p><p>　　圖5.2 鋁盒經(jīng)過線圈1時現(xiàn)象</p><p>　　當(dāng)鋁盒經(jīng)過線圈1后，開始計時，然后移動到線圈2，當(dāng)鋁盒到達線圈2時，同時計時停止，數(shù)碼

70、管前四位顯示速度，顯示為0.15m/s。</p><p>　　現(xiàn)象如圖5.3所示。</p><p>　　圖5.3 鋁盒經(jīng)過線圈2時的現(xiàn)象</p><p>　　鋁盒經(jīng)過線圈1和線圈2之間的時間如圖5.4所示。</p><p>　　圖5.4 鋁盒經(jīng)過線圈1和線圈2之間的時間</p><p>　　因為S=1m，測得T=6

71、.38s，則V=1/6.38=0.156m/s，而實際測量為0.15m/s，結(jié)果比較準(zhǔn)確，由于右手通過線圈1和左手計時之間一定會存在誤差，并且通過線圈2和停止計時還存在一些誤差，所以存在誤差是必然的。</p><p>　　經(jīng)過15次測試，測量出導(dǎo)體通過兩線圈的時間，并且計算速度， 將所得數(shù)據(jù)列于表5.1中。</p><p>　　表5.1 測試結(jié)果</p><p>

72、　　根據(jù)表5.1得出環(huán)形線圈之間距離的測量值與實際值的關(guān)系如圖5.5所示。</p><p>　　圖5.5 測量值與實際值的關(guān)系</p><p>　　通過上圖5.5可以看出測量值與實際值的誤差。</p><p>　　1．誤差存在的原因：</p><p>　　在測量中，在右手通過線圈1和左手計時期間必然不會正好同步，所以一定會存在計時誤差，同理

73、，在通過線圈2和停止計時期間，也會存在同樣的誤差。</p><p>　　2．在測量時遇到的問題：</p><p>　　在測量時，有時會出現(xiàn)誤檢或漏檢的問題，但是概率很小，能夠達到任務(wù)書中的要求，由于感應(yīng)頻率與線圈的磁感應(yīng)強度有關(guān)，不同的導(dǎo)體經(jīng)過線圈，渦流效應(yīng)使感應(yīng)線圈電感量變化差異很大，致使有時出現(xiàn)誤檢和漏檢現(xiàn)象。</p><p><b>　　第6章 總結(jié)

74、和展望</b></p><p><b>　　6.1 全文總結(jié)</b></p><p>　　車流量檢測是綜合應(yīng)用先進的信息、通信、網(wǎng)絡(luò)、自動控制、交通工程等技術(shù)，改善交通運輸系統(tǒng)的運行情況，提高運輸效率和安全性，減少交通事故，降低環(huán)境污染，從而建立一個智能化的、安全、便捷、高效、舒適、環(huán)保的綜合運輸體系。智能交通系統(tǒng)利用先進的科學(xué)技術(shù)在道路、車輛和駕駛?cè)酥g

75、建立起智能的關(guān)系。是未來道路交通管理發(fā)展的方向。本文著眼于系統(tǒng)中最基本的組成單元環(huán)形線圈車輛檢測器展開研究。</p><p>　　本論文以研究現(xiàn)有車輛檢測系統(tǒng)車輛的個數(shù)以及車輛速度作為根本出發(fā)點，在實際的研究過程中，進行了理論分析和實際測試，對車流量監(jiān)測技術(shù)進行了深入系統(tǒng)的分析與研究，研究結(jié)論主要有以下幾個方面：</p><p>　　（1）論文提出了基于雙線圈的車輛檢測系統(tǒng)的功能需求分析、

76、硬件及軟件設(shè)計框架，論文在分析環(huán)形線圈的基本組成及其檢測原理的基礎(chǔ)上，確定了該系統(tǒng)的工作原理，提出了線圈車輛檢測系統(tǒng)的設(shè)計需求，在硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上，根據(jù)線圈檢測器程序設(shè)計的需求分析，確定了車輛檢測程序的各輸入輸出數(shù)據(jù)類型、格式、數(shù)值范圍、精度等；</p><p>　?。?）本論文研究了一種根據(jù)線圈頻率變化來檢測車速的方法。并且運用HCF4040分頻器對頻率進行分頻，不僅以便于測量，并且能夠達到標(biāo)準(zhǔn)。本文深入研究車

77、輛通過線圈時，頻率的變化規(guī)律，通過試驗與調(diào)試，得到了能夠符合檢測要求的頻率范圍，以及一些參數(shù)的設(shè)定。本文設(shè)計的基于雙線圈的車輛識別系統(tǒng)克服了外界天氣的影響，大大提高了識別率，并且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。</p><p><b>　　6.2 展望</b></p><p>　　盡管論文在基于雙線圈的車流輛檢測取得了一些研究成果，但是鑒于研究內(nèi)容涉及面廣、難度高，以及作者自身水平和精

78、力的限制，研究工作還需要在以下方面繼續(xù)完善和探索：</p><p>　?。?）該系統(tǒng)只是一個試驗的小系統(tǒng)，并沒有在實際道路上進行測量，只是在理論上有了一定的分析，在小系統(tǒng)上能夠完成任務(wù)，若想用到實際中，還需要進一步的考慮實際的一些問題，在經(jīng)濟和實用方面應(yīng)該考慮的更多一些，所以下一步工作重點應(yīng)該是放到實際中，檢測在實際檢測中是否能夠達到標(biāo)準(zhǔn)，達到要求。</p><p>　?。?）由于導(dǎo)體與檢

79、測線圈距離不同所產(chǎn)生的渦流效應(yīng)也不同，進而使得頻率變化范圍也很大，又因為車輛底盤結(jié)構(gòu)不均，檢測也會產(chǎn)生一些意想不到的問題，大大降低了車輛的識別率，以及速度的測量，影響了系統(tǒng)實際應(yīng)用前景。</p><p>　　由于本人知識面、經(jīng)驗及能力等方面有所不足，錯誤和不當(dāng)之處在所難免，懇請各位老師指正。</p><p><b>　　6.3 經(jīng)濟效益</b></p>

80、<p>　　本設(shè)計單片機使用51單片機，價格經(jīng)濟實惠，并且完全能夠達到任務(wù)要求，與ARM板相比，雖然并沒有ARM那樣精準(zhǔn)，但是51單片機足以完成相應(yīng)的功能，本設(shè)計中應(yīng)用三個定時器，兩個用于定時作用，另外一個定時器T2用于通信，本設(shè)計中充分使用了定時器，完全符合經(jīng)濟原則。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本論文是在指導(dǎo)教師

81、***副教授的悉心指導(dǎo)下完成的，在此十分感謝xx老師在本次畢業(yè)設(shè)計中給我的那么多的幫助，在xx老師的悉心教導(dǎo)下，我學(xué)到了很多的知識，那是從書本上無法學(xué)到的，無論是技術(shù)層面上的問題，還有做人的道理，我都受益匪淺。</p><p>　　在此，我還必須感謝我的父母，如果沒有他們，我就不可能走進這個世界，更不用提走入大學(xué)，感謝他們對我20多年無微不至的照顧，謝謝他們。</p><p>　　都說人多

82、力量大，畢業(yè)設(shè)計中，必然少不了同學(xué)之間的互幫互助，我的畢業(yè)設(shè)計也必須少不了朋友的幫助，謝謝那些幫助我的所有人，謝謝你們，在你們的幫助下，我發(fā)現(xiàn)我學(xué)會了很多，不僅在知識上，還有為人處事，應(yīng)變能力等等，衷心的感謝你們。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 周宇輝. 走進智能交通系統(tǒng)[J]．商用汽車．2003．</p>&

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100、;/p><p>　　[34] 楊勝天, 李軼．MATLAB仿真應(yīng)用詳解[M]．人民郵電出版社．2001． </p><p><b>　　附錄Ⅰ 元件清單</b></p><p><b>　　附錄Ⅱ 總電路圖</b></p><p><b>　　附錄Ⅲ 程序清單</b></p&

101、gt;<p>　　#include<reg51.h></p><p>　　#include<intrins.h></p><p>　　unsigned int t1oc=5;</p><p>　　unsigned int count,i,z,V,precount,precount1,n,n1,n2,n3,n4,count1,m,

102、flag=0,flag1=0,A,K;</p><p>　　unsigned char code dispcode[]={ 0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90</p><p>　　,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0x00};</p><p>　　unsigned char

103、 dispbitcode[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};</p><p>　　unsigned char dispbuf[8]={0,0,0,0,0,0,0,0};</p><p>　　unsigned char dispbitcnt;</p><p>　　//------------------------

104、-----------------------------顯示函數(shù)-----------------------------------------------------</p><p>　　void display( )</p><p><b>　　{</b></p><p>　　P2|=0xff;//關(guān)位選</p><

105、p>　　P1=dispcode[dispbuf[dispbitcnt]];//定時顯示</p><p>　　P2=dispbitcode[dispbitcnt];</p><p>　　if(dispbitcnt==6) </p><p>　　P1=dispcode[((precount1%10000)%1000)/100]&0x7f; //小數(shù)點顯示&

106、lt;/p><p>　　dispbitcnt++;</p><p>　　if(dispbitcnt==8)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　dispbitcnt=0;</p><p><b>　　}</b></p><p>&l

107、t;b>　　}</b></p><p>　　//-------------------------------------------------定時器0函數(shù)--------------------------------------------------</p><p>　　void t1int1() interrupt 1</p><p>&

108、lt;b>　　{</b></p><p>　　TH0=(65536-50000)/256;</p><p>　　TL0=(65536-50000)%256;</p><p><b>　　A++;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>

109、;　　//-------------------------------------------------定時器1函數(shù)--------------------------------------------------</p><p>　　void t1int() interrupt 3</p><p><b>　　{</b></p><p>

110、;　　TR1=0; </p><p><b>　　t1oc--;</b></p><p>　　TH1=(65536-50000)/256;//定時器初裝值為50ms </p><p>　　TL1=(65536-50000)%256; </p><p>　　if(t1oc==0)&

111、lt;/p><p><b>　　{ </b></p><p>　　flag=!flag;</p><p>　　flag1=!flag1;</p><p><b>　　EX0=0;</b></p><p><b>　　EX1=0;</b></p>

112、<p>　　t1oc=5;//1000MS=1S;</p><p>　　if(flag==0)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　n2=count;</b></p><p><b>　　}</b></p><p

113、>　　if(flag==1)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　n1=count;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(flag1==0)</p><p><b>

114、　　{</b></p><p>　　n4=count1;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(flag1==1)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　n3=count1;</p><p>

115、;<b>　　}</b></p><p><b>　　count=0;</b></p><p><b>　　count1=0;</b></p><p><b>　　EX0=1;</b></p><p><b>　　EX1=1;</b>

116、</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　TR1=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　//-------------------------------------------------外部中斷0函數(shù)-----