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高速公路车辆超高检测系统研究与设计

作　者: 杨晓丹
导　师: 丁同强；王力强
学　校: 吉林大学
专　业: 交通运输工程
关键词: 高速公路超高车辆相位法抗干扰能力
分类号: U491.116
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着现代城市交通朝立体化趋势发展,高架桥、立交桥、人行天桥、隧道、路灯照明系统等交通设施越来越多,这些设施一方面起到了提高路网通行能力,缓解交通拥挤的压力的作用,一方面也使路网结构越来越复杂,给交通安全带来了隐患,进而影响到电力供应、通讯线路、道路通行、照明设施等城市命脉,甚至危及群众的生命安全。随着现代城市交通发展越来越快,交通事故特别是超高货车卡桥、撞桥事故的发生越来越频繁。虽然交通管理部门已经采用增设限高标志等措施进行防范,但是此类的交通事故仍然时有发生。为了减少超高车辆所造成的交通事故,论文研究并设计了一种车辆超高检测系统。它具有安装方便、价格便宜、抗干扰能力强等特点,并且可以精确反映车辆的超高高度。论文首先介绍研究背景,车辆超高检测系统的发展现状,阐述了研究的内容、意义以及应用价值。其次,对车辆超高检测系统进行了总体设计,对系统进行了需求分析,并对超高的检测原理进行了初步分析和比对。第三,论文对车辆超高检测系统的硬件设计进行了研究。硬件设计主要包括对MC9S12DG128最小系统的设计、发射和接收电路的设计、信号处理电路的设计以及激光校准电路的设计四个部分,介绍了MC9S12DG128最小系统的组成及各部分的结构,发射接收电路的结构原理,信号处理电路主要阐述了光调制原理和光解调原理。第四,论文对车辆超高检测系统的软件进行了研究和设计,将软件部分分为发射模块和接收模块,发射模块介绍了通过发射程序控制循环延时信号的产生和发射,接收模块主要讨论了脉冲宽度测量方法和高度测量方法,同时也研究了相应的抗干扰措施,并对误差来源做了简要的分析。第五,通过实物对系统进行了实验和分析,验证了论文所设计的车辆超高检测系统的有效性,并分析了该系统误差产生的原因及最大测量误差。实验表明,论文设计的系统能够判断车辆是否超过限制高度,并能测量出具体高度,测量精度为-5cm。最后,总结了论文的研究成果,并对存在的问题和需要改进的地方做了进一步的说明。论文的主要做了以下工作:1、利用发射传感器阵列和接收传感器阵列组成的光幕来完成车辆的实际超高高度测量,相邻传感器之间中心距为5cm。该方法提高了测量的精度,同时节约了成本。2、针对光电开关之间的干扰,提出了相位算法,减小了测量误差,提高了系统的精确度。3、设计了光调制电路和光解调电路,解决了自然光的干扰问题,提高了系统的测量精度。4、兼顾系统的实时性和准确性原则,利用16位单片机对数据进行分析和处理。提高了数据处理速度,较好的完成了车辆超高的动态测量。5、根据设计制作了实物,通过实验获得了准确的数据,验证了本论文设计的车辆超高检测系统。6、分析了系统误差产生的原因及最大测量误差。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-17
  1.1 研究背景  11-13
  1.2 研究意义  13
    1.2.1 理论意义  13
    1.2.2 实际应用价值  13
  1.3 车辆超高检测系统研究现状  13-15
    1.3.1 国外研究现状  13-14
    1.3.2 国内研究现状  14-15
  1.4 研究内容  15
  1.5 本章小结  15-17
第2章车辆超高检测系统总体设计  17-23
  2.1 需求分析  17
  2.2 检测原理研究  17-21
    2.2.1 脉冲式激光测距测量车辆高度的方法  17-19
    2.2.2 激光法  19-20
    2.2.3 红外延时法  20
    2.2.4 红外离散法  20-21
  2.3 设计方案  21-22
  2.4 本章小结  22-23
第3章车辆超高检测系统硬件研究与设计  23-39
  3.1 硬件设计原理框图  23
  3.2 MC9S12DG128 微处理器最小系统设计  23-26
    3.2.1 MC9S12DG128 的最小系统组成  24
    3.2.2 供电电路  24
    3.2.3 时钟电路  24-25
    3.2.4 RS485 驱动电路  25
    3.2.5 复位电路  25-26
    3.2.6 BDM 接口电路  26
  3.3 发射和接收电路设计  26-32
    3.3.1 光电开关的选择  26-28
    3.3.2 光耦的选择  28-29
    3.3.3 发射和接收电路  29-30
    3.3.4 激光校准电路  30-32
  3.4 信号处理电路设计  32-37
    3.4.1 信号处理电路原理框图  32
    3.4.2 555 电路的结构组成和工作原理  32-33
    3.4.3 光调制原理  33-35
    3.4.4 光解调原理  35-37
    3.4.5 信号发射与接收  37
  3.5 印刷电路板的制作  37-38
  3.6 本章小结  38-39
第4章车辆超高检测系统软件研究与设计  39-48
  4.1 软件设计总体结构  39-40
  4.2 发射模块程序设计  40-41
  4.3 接收程序设计  41-46
    4.3.1 初始化部分  42-44
    4.3.2 脉冲长度测量部分  44-46
    4.3.3 高度测量算法  46
  4.4 本章小结  46-48
第5章系统实验与实证  48-55
  5.1 预置值的确定  49-50
  5.2 误差分析  50-53
    5.2.1 最大的测量误差分析  50-51
    5.2.2 接收传感器数量不同测量误差分析  51-52
    5.2.3 遮挡物位置不同测量误差分析  52-53
  5.3 本章小结  53-55
第6章总结与展望  55-56
  6.1 论文总结  55
  6.2 研究展望  55-56
参考文献  56-59
附录A 发射模块程序  59-61
附录B 接收模块程序  61-66
附录C 发射模块原理图  66-67
附录D 接收模块原理图  67-68
致谢  68

高速公路车辆超高检测系统研究与设计

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