地感線圈在車輛通行自動檢測控制系統(tǒng)中的應用

鄧奕DENG Yi；鞠靜文JU Jing-wen

（①漢口學院協(xié)同創(chuàng)新中心，武漢 430212；②武漢理工大學自動化學院，武漢 430070）

（①Collaborative Innovation Center of Hankou University，Wuhan 430212，China；②College of Automation，Wuhan University of Technology，Wuhan 430070，China）

0 引言

LC 振蕩電路是模擬電子技術(shù)中比較重要的部分，其在日常生活中有著重要的應用，本文通過改變LC 振蕩電路中的電感值來改變輸出波形的頻率，進而通過單片機實現(xiàn)控制電機的目的[1]。這種技術(shù)廣泛應用于擋車器的電路中，其作用是在檔桿下落過程中其下方有車輛時可以自動感應車輛，并且使檔桿升起防止砸中車輛，因此具有很高的實用價值。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡介

本控制系統(tǒng)框圖如圖1 所示，主要由地感線圈、地感線圈檢測電路、單片機、電機驅(qū)動電路和單相電機組成。其工作原理是：地感線圈檢測是否有車輛經(jīng)過，如果有車輛經(jīng)過則地感線圈電感值發(fā)生變化導致振蕩電路輸出波形的頻率改變，單片機檢測到頻率改變，從而輸出控制信號，通過驅(qū)動電路控制單相電機運轉(zhuǎn)。檢測電路采用了三點式LC 振蕩電路，振蕩電路輸出類似于正弦波的波形，當電感L 的值改變時輸出波形的頻率發(fā)生變化，這個頻率變化被單片機檢測到，當頻率變化大于設(shè)定的閾值時，輸出控制信號驅(qū)動電機，從而實現(xiàn)通過線圈電感量的變化控制電機的正反轉(zhuǎn)。

圖1 系統(tǒng)框圖

2 地感線圈檢測電路設(shè)計

地感線圈檢測電路如圖2 所示，其采用LC 電容反饋三點式振蕩器（考畢茲電路），它的優(yōu)點是：振蕩波形好；電路的頻率穩(wěn)定度較高，適當加大回路的電容量，就可以減少不穩(wěn)定因素對振蕩頻率的影響；工作頻率范圍比較大，可直接利用振蕩管的輸出、輸入電容作為回路的振蕩電容[2，3]。

圖2 地感線圈檢測電路

本設(shè)計中地感線圈的電感量在沒有車的情況下為100uH-150uH 左右，當有車輛經(jīng)過時電感量降低為50uH左右，輸出波形的頻率有明顯的提高。從振蕩電路輸出的波形還要經(jīng)過整形電路變?yōu)榉讲ǎ员阌趩纹瑱C的檢測。整形電路主要由一個LM339 電壓比較器構(gòu)成，當輸入電壓高于同相端電壓時輸出高電平，低于同相端電壓時輸出低電平，從而實現(xiàn)了將正弦波信號整形為方波信號。檢測電路輸出的方波信號送入單片機的CCP 口，CCP 口是單片機的脈寬捕捉模塊，該模塊有三種工作模式：輸入捕捉，輸出比較和脈沖寬度調(diào)制輸出[4]。本次設(shè)計中采用了它的輸入捕捉功能。捕捉輸入的脈沖寬度的變化，也就是頻率的變化，當超過設(shè)定閾值時輸出控制信號。為了驗證結(jié)論的正確性，設(shè)計過程中運用Multisim 10.0 軟件對振蕩電路進行仿真，將輸出波形的周期進行了比較。圖3、圖4 中橫坐標和縱坐標的量程和單位均相同，目的就是為了直觀地了解到周期的變化。

圖3 150μH 地感線圈檢測電路輸出波形圖

3 電機驅(qū)動電路設(shè)計

電機驅(qū)動電路如圖5 所示，它主要起到以下幾個作用：①將單片機輸出的控制信號轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動電機的驅(qū)動信號；②控制電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)；③當單片機控制信號輸出錯誤（例如同時輸出高低平時）時可以將電機互鎖，防止損壞電機。

電機驅(qū)動電路采用了單相力矩電機，兩個繼電器KK和KG 分別是電機的正轉(zhuǎn)開關(guān)和反轉(zhuǎn)開關(guān)。Q1 和Q2 是兩個開關(guān)三極管，當單片機從RA0 或者RA1 輸出一個高電平時，開關(guān)三極管Q1 或者Q2 導通，繼電器通電吸合電機轉(zhuǎn)動，同時在繼電器的線圈回路上設(shè)置了常閉開關(guān)，當一個繼電器吸和就會使另一個繼電器的常閉開關(guān)打開，從而達到互鎖的目的。

4 單片機軟件設(shè)計

圖5 電機驅(qū)動電路

圖6 程序流程圖

本設(shè)計采用了PIC16F877 單片機，它具有CCP 口，可以捕捉脈沖寬度的變化。單片機的I/O 口設(shè)置為RA0 口輸出電機正轉(zhuǎn)的控制信號，RA1 口輸出電機反轉(zhuǎn)的控制信號。程序開始后CCP 口處于檢測狀態(tài)，實時捕捉脈沖寬度，在沒有車輛的情況下，脈沖寬度保持一個定值，當有車輛經(jīng)過時CCP 口捕捉到脈寬的變化，當變化超過設(shè)定的閾值時，單片機從RA0 口輸出高電平控制電機正轉(zhuǎn)，檔桿抬升。抬升到一定位置后下落，這時如果沒有車輛經(jīng)過則一直下落到底，如果此時有車輛經(jīng)過，必然引起線圈電感量的變化，輸出波形頻率改變，單片機檢測到變化，并輸出信號控制電機停止反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)為正轉(zhuǎn)，從而達到通過線圈電感量的變化控制電機的目的。程序的流程圖如圖6 所示。

程序中延遲的作用主要是給車輛通過預留出時間，另外在CCP 模塊捕捉的時候也需要加入延遲環(huán)節(jié)，目的是消除車底盤末端離地面過高或帶有拖車的車輛對測量的影響。

5 結(jié)論

本文通過對擋車器的研究，提出了一種在車輛通行自動檢測控制電路中應用地感線圈的方法。對其硬件電路進行了設(shè)計，并通過仿真驗證了方案的可行性。該方案可以滿足實時自動檢測車輛并提升檔桿的要求，達到防止檔桿砸中車輛的目的，具有較高的實用價值和應用前景。

[1]林峰，嚴瑾，葉振洲，邵建文.新型地感線圈測速儀檢定裝置關(guān)鍵技術(shù)研究[J].自動化儀表，2012(08)：64-66.

[2]葉振洲，嚴瑾，林峰，邵建文.電流型地感線圈測速儀檢定裝置[J].輕工機械，2012(02)：57-59.

[3]郝憲鋒，劉廣孚.機動車地感線圈測速儀校準系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].科學技術(shù)與工程，2009(13)：3912-3914.

[4]林仲揚.利用地感線圈測速時遇到的問題及解決方案[J].中國計量，2012（06）：88-89.