地磅系统车检器的设计和实现

时间：2019-02-20

该文基于超声波测距的原理,设计并实现了一款能够应用于地磅上的车辆检测器,用来替代传统的地感线圈。由于地感线圈对于铁磁性物质敏感,因而地磅会影响线圈检测器正常工作,致车辆误判,所以在地磅称重系统中,地感线圈不是较佳选择。项目实践表明,该设计具有性能稳定、功耗低、安装方便等优点,能够满足地磅上进行车辆检测的要求。

目前国内外在交通检测系统和交通信息采集系统中广泛应用了电磁传感技术、雷达探测技术、视频检测技术、计算机技术、通信技术等高新科技技术,相应的车辆检测技术主要有:线圈检测器、视频检测器、红外检测器、微波检测器等川。从性价比和高可靠性上来考虑,目前在国内的交通检测系统中使用较多的仍然是线圈检测器。在地磅称重系统中, 由于地磅本身就是铁磁性物质,会影响线圈检测器正常工作,导致车辆信息的不正确。本文主要研究一种基于超声波测距原理的车辆检测器,其性能几乎不受光线、烟雾、粉尘、电磁干扰、和有毒气体的影响,而且安装方便、灵敏度高。

1 超声波车检器的工作原理及模块电路车检器的安装图如图1所示:

1.1 超声波车检器的工作原理超声波车检器主要是基于超声波测距原理而设计的,超声波的发生和接收由一个收发一体的探头来完成,超声波是一种机械波,它的产生是利用压电陶瓷的逆压电效应,在交变电压或是脉冲电压的作用下, 将电能转变成机械振荡而产生超声波。变为电压的变化。超声波测距的原理一般采用渡越时间法超声波的接收则是利用压电陶瓷的正电压效应将声压转,即:D二 cx 李Z(1 )式中,D 为超声波探头与被测车辆之间的距离,c为声波在介质中的传输速率。在空气中声波的传输速率为:一扣受“S(2 )式中,T为**温度,在测量精度要求不高的情况下,一般认为。为常数 34 0耐s。t 为超声波从发射到接收到回波之间的时间差。每台车检器由两个收发一体的超声波探头组成,图1中车检器检测到障碍物离探头的距离小于某一预设值时,则认为有车辆经过地磅,使用两个超声波探头可以用来判断车辆的行驶方向。1.2超声波车检器的模块电路超声波车检器主要由3大部分组成: 微处理器单元、超声波发射接收单元、输出单元,这3大部分又可以细分为多个模块电路,结构如图2所示:

1.2.1 超声波发射模块超声波换能器所需的40kHz脉冲信号由微处理器来产生。本设计选用的超声波探头为封闭式防水型探头,适用于户外工作,需要较高的激励电压,在此采用超声波**的中周来提升激励电压。发射模块电路图如图3所示:微控制器的引脚连接Pusle端,提供40kHz的脉冲控制开关管Ql, 由中周把电压提升到120V左右,加载在超声波探头的两端,由换能器转换成超声波向外发射。1.2.2前置放大电路图3发射模块由于超声波换能器的输出阻抗较大,所以前置放大器要具有阻抗匹配和变换的功能。本设计中前置放大电路由一个精密、高输人阻抗的仪表放大器AD620构成的差动放大器,具有低偏移、高增益、高共模抑制比的特点,特别适合用于放大传感器信号,如图4所示。由于采用了收发一体的超声波换能器,因而收发之间会产生干扰,较大的发送信号能量可以直接进人接收放大电路,它的幅值比回波大的多,会使得放大电路进人饱和状态,电路工作不稳定。所以,前置放大器的输人端需要接人一个籍位电路,通常由一对互为反向的二极管构成,以保护后边的电路。

*三级是一个检波电路,由检波二极管3D、电阻lRl、电容5C组成,用于取出回波信号的包络线。*四级是一个电压比较电路,把*三级检波出来的信号,与一个参考电平进行比较, 输出脉宽信号。同时装修以调整电阻1R31R4的阻值,改变参考电平的大小,从而调整车检器的探测距离。*五级是一个反向电路,集电极输出连接单片机。车检器回波接收电路的测量结果,如图6一8 所示。图6为滤波电路输出的波形,为检波电路的输出波形,为开关三极管甲的集电极输出波形。图6中的*三个波就是超声波的回波信号。

结束语

本设计经项目实践表明,在地磅系统中能够很好地取代地感线圈检测器,灵敏度高、对车辆存在检测准确率高。而且,可以通过车检器上两个探头检测到车辆存在的先后顺序来判断车辆的行驶方向,不同方向执行不同的操作。

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