地磅系統(tǒng)車檢器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

時(shí)間：2019-02-20作者：上海新鷹衡器有限公司瀏覽：55

該文基于超聲波測(cè)距的原理,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一款能夠應(yīng)用于地磅上的車輛檢測(cè)器,用來(lái)替代傳統(tǒng)的地感線圈。由于地感線圈對(duì)于鐵磁性物質(zhì)敏感,因而地磅會(huì)影響線圈檢測(cè)器正常工作,致車輛誤判,所以在地磅稱重系統(tǒng)中,地感線圈不是較佳選擇。項(xiàng)目實(shí)踐 表明,該設(shè)計(jì)具有性能穩(wěn)定、功耗低、安裝方便等優(yōu)點(diǎn),能夠滿足地磅上進(jìn)行車輛檢測(cè)的要求。




目前國(guó)內(nèi)外在交通檢測(cè)系統(tǒng)和交通信息采集系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用了電磁傳感技術(shù)、雷達(dá)探測(cè)技術(shù)、視頻檢測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)等高新科技技術(shù),相應(yīng)的車輛檢測(cè)技術(shù)主要有:線圈檢測(cè)器、視頻檢測(cè)器、紅外檢測(cè)器、微波檢測(cè)器等川。從性價(jià)比和高可靠性上來(lái)考慮,目前在國(guó)內(nèi)的交通檢測(cè)系統(tǒng) 中使用較多的仍然是線圈檢測(cè)器。在地磅稱重系統(tǒng)中, 由于地磅本身就是鐵磁性物質(zhì),會(huì)影響線圈檢測(cè)器正常工作,導(dǎo)致車輛信息的不正確。本文主要研究一種基于超聲波測(cè)距原理的車輛檢測(cè)器,其性能幾乎不受光線、煙霧、粉塵、電磁干擾、和有毒氣體的影響,而且 安裝方便、靈敏度高。




1 超聲波車檢器的工作原理 及模塊電路車檢器的安裝圖如圖1所示:

1.1 超聲波車檢器的工作原理超聲波車檢器主要是基于超聲波測(cè)距原理而設(shè)計(jì)的,超聲波的發(fā)生和接收由一個(gè)收發(fā)一體的探頭來(lái)完成,超聲波是一種機(jī)械波,它的產(chǎn)生是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng),在交變電壓或是脈沖電壓的作用下, 將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械振蕩而產(chǎn)生超聲波。變?yōu)殡妷旱淖兓?。超聲波測(cè)距的原理一般采用渡越時(shí)間法超聲波的接收則是利用壓電陶瓷的正電壓效應(yīng)將聲壓轉(zhuǎn),即:D二 cx 李Z(1 )式 中,D 為超聲波探頭與被測(cè)車輛之間的距離,c為聲波在介質(zhì)中的傳輸速率。在空氣 中聲波的傳輸速率為:一扣受“S(2 )式中,T為**溫度,在測(cè)量精度要求不高的情況下,一般認(rèn)為。 為常數(shù) 34 0耐s。t 為超聲波從**到接收到回波之間的時(shí)間差。每臺(tái)車檢器由兩個(gè)收發(fā)一體的超聲波探頭組成,圖1中車檢器檢測(cè)到障礙物離探頭的距離小于某一預(yù)設(shè)值時(shí),則認(rèn)為有車輛經(jīng)過(guò)地磅,使用兩個(gè)超聲波探頭可以用來(lái)判斷車輛的行駛方向。1.2超聲波車檢器的模塊 電路超聲波車檢器主要由3大部分組成: 微處理器單元、超聲波**接收單元、輸出單元,這3大部分又可以細(xì)分為多個(gè)模塊電路,結(jié)構(gòu)如圖2所示:




1.2.1 超聲波**模塊超聲波換能器所需的40kHz脈沖信號(hào)由微處理器來(lái)產(chǎn)生。本設(shè)計(jì)選用的超聲波探頭為封閉式防水型探頭,適用于戶外工作,需要較高的激勵(lì)電壓,在此采用超聲波**的中周來(lái)提升激勵(lì)電壓。**模塊電路圖如圖3所示:微控制器的引腳連接Pusle端,提供40kHz的脈沖控制開(kāi)關(guān)管Ql, 由中周把電壓提升到120V左右,加載在超聲波探頭的兩端,由換能器轉(zhuǎn)換成超聲波向外**。1.2.2前置放大電路圖3**模塊由于超聲波換能器的輸出阻抗較大,所以前置放大器要具有阻抗匹配和變換的功能。本設(shè)計(jì)中前置放大電路由一個(gè)精密、高輸人阻抗的儀表放大器AD620構(gòu)成的差動(dòng)放大器,具有低偏移、高增益、高共模抑制 比的特點(diǎn),特別適合用于放大傳感器信號(hào),如圖4所示。由于采用了收發(fā)一體的超聲波換能器,因而收發(fā)之間會(huì)產(chǎn)生干擾,較大的發(fā)送信號(hào)能量可以直接進(jìn)人接收放大電路,它的幅值比回波大的多,會(huì)使得放大電路進(jìn)人飽和狀態(tài),電路工作不穩(wěn)定。所以,前置放大器的輸人端需要接人一個(gè)籍位電路,通常由一對(duì)互為反向的二極管構(gòu)成,以保護(hù)后邊的電路。




*三級(jí)是一個(gè)檢波電路,由檢波二極管3D、電阻lRl、電容5C組成,用于取出回波信號(hào)的包絡(luò)線。*四級(jí)是一個(gè)電壓比較電路,把*三級(jí)檢波出來(lái)的信號(hào),與一個(gè)參考電平進(jìn)行比較, 輸出脈寬信號(hào)。同時(shí)裝修以調(diào)整電阻1R31R4的阻值,改變參考電平的大小,從而調(diào)整車檢器的探測(cè)距離。*五級(jí)是一個(gè)反向電路,集電極輸出連接單片機(jī)。車檢器 回波接收電路的測(cè)量結(jié)果,如圖6一8 所示。圖6為濾波電路輸出的波形,為檢波電路的輸出波形,為開(kāi)關(guān)三極管甲的集電極輸出波形。圖6中的*三個(gè)波就是超聲波的回波信號(hào)。

結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)經(jīng)項(xiàng)目實(shí)踐表明,在地磅系統(tǒng)中能夠很好地取代地 感線圈檢測(cè)器,靈敏度高、對(duì)車輛存在檢測(cè)準(zhǔn)確率高。而且,可以通過(guò)車檢器上兩個(gè)探頭檢測(cè)到車輛存在的先后順序來(lái)判斷車輛的行駛方向,不同方向執(zhí)行不同的操作。


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