地磅系統車檢器的設計和實現

該文基于超聲波測距的原理,設計并實現了一款能夠應用于地磅上的車輛檢測器,用來替代傳統的地感線圈。由于地感線圈對于鐵磁性物質敏感,因而地磅會影響線圈檢測器正常工作,致車輛誤判,所以在地磅稱重系統中,地感線圈不是最佳選擇。項目實踐 表明,該設計具有性能穩定、功耗低、安裝方便等優點,能夠滿足地磅上進行車輛檢測的要求。

目前國內外在交通檢測系統和交通信息采集系統中廣泛應用了電磁傳感技術、雷達探測技術、視頻檢測技術、計算機技術、通信技術等高新科技技術,相應的車輛檢測技術主要有:線圈檢測器、視頻檢測器、紅外檢測器、微波檢測器等川。從性價比和高可靠性上來考慮,目前在國內的交通檢測系統 中使用最多的仍然是線圈檢測器。在地磅稱重系統中, 由于地磅本身就是鐵磁性物質,會影響線圈檢測器正常工作,導致車輛信息的不正確。本文主要研究一種基于超聲波測距原理的車輛檢測器,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距原理而設計的,超聲波的發生和接收由一個收發一體的探頭來完成,超聲波是一種機械波,它的產生是利用壓電陶瓷的逆壓電效應,在交變電壓或是脈沖電壓的作用下, 將電能轉變成機械振蕩而產生超聲波。變為電壓的變化。超聲波測距的原理一般采用渡越時間法超聲波的接收則是利用壓電陶瓷的正電壓效應將聲壓轉,即:D二 cx 李Z(1 )式 中,D 為超聲波探頭與被測車輛之間的距離,c為聲波在介質中的傳輸速率。在空氣 中聲波的傳輸速率為:一扣受“S(2 )式中,T為絕對溫度,在測量精度要求不高的情況下,一般認為。 為常數 34 0耐s。t 為超聲波從發射到接收到回波之間的時間差。每臺車檢器由兩個收發一體的超聲波探頭組成,圖1中車檢器檢測到障礙物離探頭的距離小于某一預設值時,則認為有車輛經過地磅,使用兩個超聲波探頭可以用來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、超聲波發射接收單元、輸出單元,這3大部分又可以細分為多個模塊電路,結構如圖2所示:

1.2.1 超聲波發射模塊超聲波換能器所需的40kHz脈沖信號由微處理器來產生。本設計選用的超聲波探頭為封閉式防水型探頭,適用于戶外工作,需要較高的激勵電壓,在此采用超聲波專用的中周來提升激勵電壓。發射模塊電路圖如圖3所示:微控制器的引腳連接Pusle端,提供40kHz的脈沖控制開關管Ql, 由中周把電壓提升到120V左右,加載在超聲波探頭的兩端,由換能器轉換成超聲波向外發射。1.2.2前置放大電路圖3發射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。本設計中前置放大電路由一個精密、高輸人阻抗的儀表放大器AD620構成的差動放大器,具有低偏移、高增益、高共模抑制 比的特點,特別適合用于放大傳感器信號,如圖4所示。由于采用了收發一體的超聲波換能器,因而收發之間會產生干擾,較大的發送信號能量可以直接進人接收放大電路,它的幅值比回波大的多,會使得放大電路進人飽和狀態,電路工作不穩定。所以,前置放大器的輸人端需要接人一個籍位電路,通常由一對互為反向的二極管構成,以保護后邊的電路。

第三級是一個檢波電路,由檢波二極管3D、電阻lRl、電容5C組成,用于取出回波信號的包絡線。第四級是一個電壓比較電路,把第三級檢波出來的信號,與一個參考電平進行比較, 輸出脈寬信號。同時裝修以調整電阻1R31R4的阻值,改變參考電平的大小,從而調整車檢器的探測距離。第五級是一個反向電路,集電極輸出連接單片機。車檢器 回波接收電路的測量結果,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,為開關三極管甲的集電極輸出波形。圖6中的第三個波就是超聲波的回波信號。

結束語

本設計經項目實踐表明,在地磅系統中能夠很好地取代地 感線圈檢測器,靈敏度高、對車輛存在檢測準確率高。而且,可以通過車檢器上兩個探頭檢測到車輛存在的先后順序來判斷車輛的行駛方向,不同方向執行不同的操作。