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基于线形调频理论的车流量检测仪的研究

作　者: 徐琬婷
导　师: 吕虹
学　校: 安徽工程大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 车流量检测仪调频连续波雷达体制 FPGA 硬件软件
分类号: U495
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着城市现代化水平的不断提高,城市交通车辆也迅速增多,交通拥堵问题已成为城市发展过程中出现的主要问题之一。智能交通系统的产生就是为了有效的解决这一难题,它在城市交通建设中起着举足轻重的作用。步入新世纪,城市交通建设的难度越来越大,智能交通系统的技术也随之在不断发展,立足建立安全可靠的智能交通体系。车流量检测系统作为智能交通系统中不可缺少的一部分,它也在不断的自我完善和发展,由原先的单一的接触式线圈发展成混合型非接触方式,由大型化转变成微型化。目前车流量检测仪的技术水平已较为成熟,安装与调试也非常方便,具有广阔的应用前景。本文以调频连续波体制下的雷达工作原理以及微波车流量检测雷达各项功能的应用为背景,以车流量检测雷达功能框架为基础,通过对数字雷达技术等一系列软硬件算法的研究,解决实际应用中的各种关键问题,开发出精度高、稳定性好以及全天候的实用化车流量检测仪,以满足智能交通发展的需求。数字雷达技术在雷达系统的发展中占有重要地位,本文针对数字雷达技术在车流量检测雷达中的应用,分别从实时信号处理、系统控制及信号波形产生方面给出了利用各种数字技术在系统中的运用,同时详细介绍了基于FPGA在车流量检测雷达中的硬件设计及软件设计。FPGA采用的是CycloneⅢEP3C25,这种芯片具有低成本,低功耗的特点。本文首先对数字板的核心部件FPGA进行了简要的介绍。其次,本文从信号处理和A/D采样、外部存储接口、三角波产生、通讯接口、实时时钟、电源及复位电路等六大部分分别进行了详细的论述。最后对硬件电路中的抗干扰设计进行了简要的论述。通过实际的应用,数字板的功能性和稳定性满足实际应用的需要。本文的主要工作有：1、研究线性调频连续波雷达的测距原理和提高精度的算法。2、根据实际情况以及测距原理,运用了线性调频连续波雷达体制(Linear Frequency Modulated Continuous Wave简称LFMCW),提出了系统的硬件设计方案和软件设计方案。3、根据车流量测试仪的性能指标,设计调试硬件电路板和编写软件部分。4、调试车流量检测仪的硬件系统,现场实验样机的效果。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-15
  1.1 现代智能交通系统及其国内外发展现状  10-11
  1.2 车流量检测仪的发展情况  11-13
  1.3 主要内容简介  13-15
第2章车流量检测仪的工作频段及工作体制  15-22
  2.1 车流量检测仪的工作频段  15
  2.2 车流量检测仪的工作体制  15-21
    2.2.1 线性调频信号的原理  16-18
    2.2.2 调频连续波(LFMCW)  18-20
    2.2.3 调频连续波(LFMCW)信号的处理方法  20-21
  2.3 总结  21-22
第3章车流量检测仪的系统方案设计与实现  22-26
  3.1 车流量检测仪的系统要求  22-23
  3.2 基于FPGA的车流量检测仪的设计方案  23-25
    3.2.1 车流量检测仪的硬件设计方案  23-24
    3.2.2 车流量检测仪的软件设计方案  24-25
  3.3 总结  25-26
第4章车流量检测仪硬件实现  26-41
  4.1 数字信号处理部分  26-31
    4.1.1 FPGA的选择  26-28
    4.1.2 数字信号处理框图  28
    4.1.3 系统与外部设备连接图  28-29
    4.1.4 FPGA电源部分设计  29-30
    4.1.5 JTAG模式  30-31
  4.2 AD模块  31-35
    4.2.1 AD芯片的选择  31-32
    4.2.2 ADC模块设计参数  32
    4.2.3 LTC2355的使用  32-34
    4.2.4 AD电路设计中应该注意的事项  34-35
  4.3 调制三角波产生部分  35-39
    4.3.1 DAC的性能  36-37
    4.3.2 LPF滤波器  37-39
  4.4 FLASH模块  39-40
  4.5 系统通信模块  40
  4.6 总结  40-41
第5章车流量检测仪雷达提高测距精度的各种算法处理  41-54
  5.1 LFMCW雷达提高测距精度  41-50
    5.1.1 LFMCW雷达发射信号  41-44
    5.1.2 减少测频噪声的影响  44-45
    5.1.3 抑制各种杂波基本方法  45-46
    5.1.4 信号处理中各种杂波处理做法  46-49
    5.1.5 系统零信号的处理方法  49-50
  5.2 提高线性调频连续波的线性度  50-53
  5.3 总结  53-54
第6章车流量检测仪的软件部分  54-67
  6.1 ADC模块软件控制  55-58
    6.1.1 采样频率的选择  56-57
    6.1.2 FIFO  57-58
  6.2 调制三角波的产生  58-59
  6.3 滤波器组的分析与设计  59-63
    6.3.1 滤波器组的设计方案  59-60
    6.3.2 窗函数的特性及设计方法  60-63
  6.4 FLASH的模块  63-65
  6.5 串行通信接UART设计  65-66
  6.6 总结  66-67
第7章车流量检测仪的调试及实物图  67-70
  7.1 车流量检测仪安装方式  67-68
  7.2 车流量检测仪的检测情况  68-69
  7.3 总结  69-70
第8章总结与展望  70-71
参考文献  71-74
攻读学位期间发表的学术论文目录  74-75
致谢  75

基于线形调频理论的车流量检测仪的研究

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