摘要：多车道线圈式车辆检测器是根据电磁感应原理而开发的一款监控产品,它广泛应用于城市交通监控系统和高速公路监控系统中，为交通管理者提供多项精确的交通数据（包括车速、车型、车道占有率等）。车辆检测器可通过以太网或公用通讯链路将交通数据上传监控中心,从而为交管部门统一调配干线资源,准确快速统计车辆信息、规范交通秩序、对路段异常及时预警等提供了有力的保障，是交管决策的重要依据之一。
关键词：多车道线；圈式车辆；检测器；研究与应用
一、原理简介
线圈式车辆检测器是利用了铁磁性物体的电磁感应原理来探测车辆存在与否的设备。检测器的前端感应部分是一个金属线绕制成的环形线圈，通常我们使用1.0-2.0mm截面积的带PVC护套的电缆在路面上辅设一个四匝的尺寸大约为2mX2m的线圈，使其位于路面下30-40mm并与路面保持平行。线圈通过馈线与检测器相连接，线圈受到检测器的激励并处于谐振状态。如果此时有车辆通过线圈表面，与线圈发生电磁感应作用，引起线圈电感量的变化，检测器中的信号调理电路将此变化量调理后，控制电路将模拟信号转换为数字信号，交微处理器处理。微处理器用数据处理结果和检测器工作参数进行比较，即可以得到行驶速度，车辆类型(大型、中型、小型)，道路占有率和车流计数等交通参量。
二、多线圈式车辆检测器的系统功能与技术指标+
1.检测器能适应车型为二轮以上机动车辆。
2.检测器能自动适应线圈的工作环境（如温度，湿度等）的变化。随时检测线圈的工作状态（线圈短路、断路），并上报监控中心。
3．检测器可自动补偿线圈特性因某种原因发生的非损坏性变化。
4．检测器本身具有实时日历时钟电路（后备电池支持运行），可随时与监控中心校正日期和时间，并与中心时钟同步运行。
5．当车辆在任一线圈上停留超过3分钟时，将记录为一辆车，并上报车辆滞留。
6．检测器能够准确记录正常行驶的各种单车和挂车。挂车通过可正确记录为一辆车。
7．对距线圈500mm以上行驶的车辆不检测。
8．检测器的工作参数可在现场及监控中心随时进行调整。
9．检测器可记录连续30天每天24小时以5分钟为时距的检测数据。
10．检测器可以每1--60分钟为时距上报车流量、平均车速、占有率及平均车头距等交通统计数据。
11．当通讯发生故障时，检测器可独立工作并存贮30天内的统计数据。此数据可用便携计算机现场通讯提取或恢复通讯后由监控中心通过通讯提取。
12．检测精度
车速范围：0－250km/h,
车流计数准确度：≥99.8%
车速误差：≤3%
占有率精度：≥98%
在通常路面条件下的各种不规范行车均会对检测精度产生微弱影响。
13．检测器可以每天24小时，每周7天连续工作，MTBF≥30,000小时。
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14．工作环境要求
供电：AC220V±25％50Hz±5％
功耗：30W
温度：-30℃--+65℃
湿度：5%--95%
15. 调谐范围：电感50-1000µH自动调谐（典型值），在调谐范围内连续自动补偿。
三、多线圈式车辆检测器电路结构的说明介绍
3.1车辆检测器组成部分
车辆检测器由车辆检测单元、通讯单元、电源模块、防雷模块、RS232/485转换器五部分组成。
1. 检测单元：检测单元是车辆检测器的核心部分，主要负责车辆的检测、数据的存贮、处理计算和数据上报等。
2.通讯单元：主要负责数据的上报下发和通讯协议的转换。
3.电源模块：由两块开关电源组成，分别产生DC5V\DC±12V电压。
4.防雷模块：由气体放电管、瞬态抑制二极管等器件组成，在线圈受到雷击时保护内部电路不受到损坏。
5.RS232/485转换器：在远距离通讯时用于信号电平的转换，以增加通讯距离。
3.2检测单元描述
一台检测器系统的基本配置为一个检测单元，每个检测单元可以连接4个线圈，管理两个车道。因此检测器基本系统可检测二车道的车流参数，基本系统经扩展最多可管理8车道16线圈。
检测单元选用美国意法半导体公司的增强型微处理器STM32F103为核心，该处理工作频率为72MHz，内置高速存储器(高达128K字节的闪存和20K字节的SRAM)，具有丰富的增强I/O端口、ADC转换端口和各种通讯端口。检测单元通过对线圈震荡频率的分析，判断有无车辆通过，通过车辆通过两个线圈的时间，根据线圈间的距离，计算车辆的通过速度；再依据速度计算车辆长度，判断车辆类型。
四、对现场基础制作及线圈施工的要求
机箱应安装于公路中间隔离带上，应使其前后两面顺沿公路方向，以保证有足够的操作和维护空间。安装基础做在接线井旁边，以混凝土预浇成长宽各为600mm,地下深300mm，地上高100mm的基座。地上部分要求表面平滑，顶面要用水平尺找平。预埋四根长310mm地脚螺栓，400mm X 400mm对中分布。基础中预留φ29mm塑管四根，其中两根分别引向左右路面用于引入线圈馈线，另外两根引入接线井内用于供电线路和通讯线路。
线圈线应能够耐受105℃高温。线圈布设在路面的行车道和超车道上，每车道设计有两个线圈，检测线圈电缆采用1.5mm2的专用电缆，其内芯为多股软铜线，外层为PVC护套。位于车道中央，制做尺寸为2m X 2.5m线圈槽(线圈宽度由用户定义)。线圈槽用4mm切割刀片切出，线槽深度要保证在35±5mm，拐角处斜切并将槽内所有尖锐处倒钝，以免线圈线护套被割伤。线槽洗净烘干后将线圈线在槽内环绕四匝，将线圈压紧排齐。直接利用线圈线两端延长线经绞合(每米不少于20次)后作为馈线引至检测器，这样有助于避免线圈与馈线的接头在保护层不严密的情况下被蚀断。以电表测试线圈的电阻要小于20Ω，电感量在100μH－500μH之间。测试合格后用环氧树脂将线圈封固，经一定时间的固化后即可放行通车。
车道线圈的尺寸一般建议为2m*2m,线圈的中心距离为5m,线圈的距离为检测车辆长度和速度的基准，应尽量减少误差。
检测单元板设有四个线圈检车指示，当有车进入线圈LED变亮，车离开线圈后LED熄灭。如果线圈上无车，LED闪烁，说明工作不稳定，应复位检测单元。复位后，工作还不稳定，应检查线路，维修检测单元电路板。检测单元上电后，不断检测线圈状态，并在显示屏上显示线圈状态，工作电压和谐振频率。工作电压范围在4.00～9.90伏之间，如低于4.00伏检测器检车灵敏度大大降低，如果超过9.99伏，说明电路故障。谐振频率f0应在18.0KHz≤f0≤38KHz范围内。如果不在工作范围内，说明检测器工作不正常。
一台车检器系统配置一块车检器通讯板，通讯板基本配置为一个网络接口和四个串口，其中网络接口用于与上位机通讯或者本地调试使用，4个串口用于与检测板通讯，因此一个通讯板最多可以带4块检测板，一台车检器最多可以检测8条车道。
五、总结
采用该方案生产的车辆检测器，在过去的十几年间，广泛的应用在各种需要车辆检测的场合；随着科学技术的发展，其核心控制芯片也从MCS51系列单片机逐步发展为ARM处理器，经历几代变革。最近几年，线圈式车检器因其施工繁琐、维护时间长等缺点应用市场有些减少；但是线圈式车检器因其良好的环境适用性（不受雨雪雾天的影响），继续在一些需要特殊应用的场合发挥着自己的作用。
论文作者:王聘
论文发表刊物:《基层建设》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/27
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