PROIECT 1 FINAL.docx

Universitatea Politehnica din BucuretiFacultatea Transporturi

ECHIPAMENT DE DETECTARE A AUTOVEHICULELOR CU BUCLA INDUCTIVA

Coordonatori: Studenti:As.dr.ing Andrei GheorghiuMarin Dan Alexandru An IVPascal Mihai Andrei An IV

Bucureti, 2015

CUPRINS

Introducere

1. Prezentare concept

1.1. Prezentare algoritm de control a intersectiei

2. Memoriu Tehnic

2.1. Schema bloc functionala

2.2. Schema electrica

2.3. Realizare practica si rezultate experimentale

3. Calcul economic

4. Concluzii

Bibliografie

IntroducereCirculaia rutier reprezint micarea general de vehicule i persoane, concentrat pe suprafee de teren amenajate special n acest scop, respectiv drumuri. Fenomenul circulaiei rutiere sau a traficului rutier se manifest tot att de clar pe distane mari, n teritorii largi, ct i n zone restrnse (orae i alte tipuri de aezri). Ca urmare a perfecionrii continue a autovehiculelor, s-a ajuns astzi la ritmuri ridicate i proporii foarte mari de evoluie a circulaiei rutiere. Practic are loc o explozie rutier. Parcul mondial de autovehicule a ajuns la cifre impresionante. n ntreaga lume circul n prezent peste 700 milioane de autovehicule de toate tipurile i categoriile i an de an sunt produse din ce n ce mai multe astfel de mijloace de transport. Aceast situaie a dus la atingerea limitei de saturaie a gradului de motorizare, n special n rile puternic industrializate.Gradul de monitorizare are tendina continu de cretere i n celelalte ri. n Romnia, la sfritul deceniului nou erau nregistrate peste 3.200.000 de autovehicule de toate felurile (autoturisme, autocamioane, autobuze, microbuze, motorete, motociclete) i tendina de cretere a parcului s-a meninut i n ultimii ani. Nu exist indicii ca acest proces s se opreasc. Este cunoscut faptul c limita de saturaie a gradului de motorizare a unei ri este n jur de 2,5...3 persoane la un autoturism convenional.n condiiile dezvoltrii oraului, circulaia rutier se schimb, viteza de circulaie crete, volumul de transport crete n concordan cu tendinele de dezvoltare material i social a locuitorilor. Se impune deci transformarea vechiului sistem al reelei de circulaie, ntr-un nou sistem eficient corespunztor unui ora nou, cu vitalitate sporit n toate domeniile. Creterea calitii transportului public urban se realizeaz prin introducerea unor sisteme de sigurana circulaiei moderne i eficiente, n special prin crearea unui sistem integrat de transport urban i suburban.Sistemele inteligente de transport (ITS) sunt sisteme de transport care utilizeaz informaia, comunicaiile i tehnologiile de control pentru mbuntirea reelelor de transport. Culegerea, prelucrarea, integrarea i furnizarea informaiilor se afl n centrul sistemelor ITS, oferind informaii n timp real privind condiiile de trafic curente ale unei reele prin informaii on-line pentru planificarea cltoriei. Instrumentele oferite de sistemele ITS permit autoritilor, operatorilor i cltorilor s fie ct mai bine informai i s ia decizii potrivite.Aplicarea sistemelor inteligente de transport n sectorul rutier, care asigur ponderea transporturilor de persoane, are ca obiectiv: Sporirea securitii traficului Creterea mobilitii Limitarea impactului asupra mediului Interoperabilitatea i integrarea n reelele rutiere europene Managementul eficient al proceselor de transportImplementarea sistemelor ITS trebuie fcut n baza unei strategii stabilite de ctre toi factorii de decizie locali, pornind de la definirea unei arhitecturi a sistemului, adaptat la condiiile specifice zonei, deciznd asupra opiunilor pentru indicatorii ce vor fi utilizai la evaluarea impactului sistemului asupra cltorilor ca i asupra celorlali participani la trafic, care sunt aspectele majore ce ar putea afecta fezabilitatea sistemului i alte aspecte.Detecia vehiculelor i a condiiilor de trafic se poate realiza prin dispozitive plasate pe suprafaa drumului, n pavaj sau sub pavaj, sau montate n lungul drumului. Dei o parte din semafoare nu au nici un fel de detectoare, fiind pur i simplu cronometrate indiferent de momentul zilei, n suburbii i pe drumurile de la ar detectoarele sunt comune. Acestea pot detecta atunci cnd o main ajunge la o intersecie, atunci cnd prea multe maini sunt stivuite pn la o intersecie (pentru a controla durata timpilor de semaforizare), sau atunci cnd mainile au intrat ntr-o band unde pot vira (pentru a activa lumina cu sgeat).Exist tot felul de tehnologii pentru detecia autovehiculelor de la lasere pn la furtunuri de cauciuc umplute cu aer, dar de departe cea mai comun tehnic este bucla inductiv. O bucl inductiv este pur i simplu o bobin de srm integrat n suprafaa drumului. Pentru a instala bucla, toarn asfaltul, apoi l secioneaz folosind un ferstru. Srma este plasat n gaur i este sigilat cu un compus din cauciuc. Buclele mari i dreptunghiulare se pot observa prin tieturile mari din asfalt acoperite, cci compusul este evident.Prin macheta proiectat mi-am propus realizarea unui senzor cu bucl inductiv pentru detecia vehiculelor.

1. Prezentare concept: Detectia, Identificarea si Determinarea Parametrilor de Pozitie la Vehicule Rutiere

Unul din elementele cheie, fr de care un proces de optimizare adaptiv automat a traficului rutier nu poate exista, este detecia vehiculelor. Detecia vehiculelor reprezint un proces de captare a informaiilor din trafic, cunoscndu-se astfel n orice moment care este gradul de eficien a sistemului n cadrul procesului de reglare a traficului. Captarea informaiilor de trafic se poate face n timp real, cvasi-real sau cu analiza ulterioar a datelor de trafic. Exist mai multe tehnologii utilizate n captarea datelor de trafic, detectoare derivate din acestea, care vor fi analizate n cele ce urmeaz. Metodologiile acestea sunt destul de diversificate, iar precizia senzorilor depinde de mai muli factori, printre care: Principiul fizic de detecie a vehiculelor; Distana de la care se face detecia; Condiiile de mediu; Tipul vehiculului etc.Sistemele Inteligente de Transport de tip ATMS includ n componen sub-sisteme de detecie a traficului de comunicaii, precum i tehnologii de control (pri componente ale strategiilor de management al traficului). Aceste tehnologii servesc la satisfacerea solicitrilor tot mai mari sistemelor de transport la suprafa. Detecia vehiculelor i sistemele de supraveghere sunt n ntregime pri ale ITS, deoarece ele culeg toate sau cel puin o parte din datele folosite de ITS. n mod constant, sunt mbuntite tehnologiile de detecie a vehiculelor sau sunt create noi tehnologii, pentru monitorizarea vitezei, numrarea vehiculelor, detecia prezenei, direciei de deplasare, clasificarea vehiculelor i preluarea datelor relative la cntrirea n micare a vehiculelor. Tehnologiile de detecie i supraveghere a vehiculelor pot fi descrise ca avnd trei componente:

Fig. 1.1 Componentele necesare deteciei/supravegherii vehiculelorTraductorul are rolul de a detecta trecerea sau prezena unui vehicul sau a osiilor acestuia printr-un anumit punct. Dispozitivul de procesare a semnalelor convertete mrimile de la ieirea traductorului n semnale electrice. Dispozitivul de procesare a datelor este de obicei format din hardware/software destinat conversiei acestor semnale electrice n parametri de trafic. Aceti parametri de trafic includ: prezen vehicule, numrarea vehicule, vitez, clasificare, interval ntre vehicule, direcie de deplasare, gabarit, greutate i durata de tranzit. Dispozitivul de procesare a datelor se poate constitui ca parte a senzorului (traductorului) sau poate fi reprezentat de un controler n afara acestuia, legat prin dispozitive de separare galvanic, cum ar fi de exemplu optocuploarele sau releele electromagnetice.Sistemele de detecie/supraveghere se pot clasifica cel mai bine dup modul n care este afectat traficul la montarea acestora: Sisteme de detecie/monitorizare cu interaciune n trafic sunt acele echipamente la care, pentru instalare, este necesar efectuarea unor lucrri specifice (anuri, gropi n carosabil etc.) i care au ca efect gtuirea traficului i un grad redus de amovibilitate a sistemelor de deteie. Sistemele considerate deja clasice sunt majoritar din aceast categorie. Din aceast categorie fac parte: Buclele inductive; Magnetometrele; Senzorii micro-bucl; Detectoarele pneumatice rutiere; Detectoarele piezoelectrice rutiere cu cabluri sau alte tehnologii de cntrire n micare etc. Sisteme de detecie/monitorizare fr interaciune n trafic sunt acele echipamente ieftine i fiabile care pot fi montate i ntreinute cu un minim de intervenie n fluena traficului i la care precizia de detecie este cel puin de nivelul celei a buclelor inductive. Din aceast categorie fac parte tehnologiile mai noi, cum ar fi: Sistemele de detecie bazate pe procesarea imaginii video; Radarele cu microunde; Radarele laser; Detectoarele pasive cu radiaii infraroii (PIR); Detectoarele cu ultrasunete; Ariile pasive cu acustice; Combinaiile de tehnologii senzoriale cum ar fi PIR cu microunde Doppler sau PIR cu ultrasunete etc.n ultima vreme au fost implementate o serie de tehnologii combinate, care folosesc mpreun detecia cu infraroii i scanarea cu ultrasunete sau tehnologie radar Doppler, cu rezultate foarte bune. Combinaia detecie pasiv cu infraroii senzori cu ultrasunete asigur o precizie sporit pentru aplicaii de detecie a prezenei vehiculelor cu detecia cozii de autovehicule, numrarea vehiculelor, precum i de discriminare a vehiculelor dupa nlime sau distan ntre ele. Combinaia detecie pasiv cu infraroii radar Doppler este folosit n special la detecia prezenei sau determinarea formrii cozilor de vehicule, numrarea vehiculelor, msurarea vitezei sau clasificarea dup lungime. n general, este util comparaia ntre robusteea i fragilitatea unui senzor, caracteristici care provin n primul rnd din tehnologia folosit de acesta, dar i de modul n care este realizat. Trebuie s se in cont, de asemenea, de modul de instalare, parametrii msurai de senzor, performanele n condiii de mediu diferite, i de iluminare diferite, gradul de adaptabilitate la utilizarea unei conexiuni wireless. Tabelul de mai jos cuprinde o comparaie ntre principalele categorii de senzori, cu principalele avantaje i dezavantaje ale acestora.Tehnologie (tip) senzorAvantajeDezavantaje

Bucla inductiv Design felixibil, permite satisfacerea unei largi categorii de aplicaii Tehnologie bine pus la punct Asigur msurarea parametrilor de baz ai traficului (volum, prezen, gabarit, vitez, direcie i interval ntre vehicule) Dac se folosesc frecvene de lucru ridicate se pot asigura i informaii de clasificare a vehiculelor Instalarea necesit lucrri n pavaj Scade durata de exploatare a pavajelor rutiere Instalarea i ntreinerea necesit nchiderea benzii de circulaie Buclele de cablu sunt supuse solicitrilor externe (vibraii, umiditate, temperatur) Instalarea mai multor detectoare necesit o alt locaie central de comand

Magnetometrul(fluxul cu dou pori) Mai puin susceptibil la solicitri dect buclele inductive Permite transmiterea de date i prin legtur wireless Instalarea necesit lucrri n pavaj Scade durata de exploatare a pavajelor rutiere Instalarea i ntreinerea necesit nchiderea benzii de circulaie Unele modele au o raz de aciune modest

Magnetic (magnetometrul cu bobin de inducie Poate fi instalat n locuri inaccesibile pentru buclele inductive (poduri) Unele modele se pot monta fr a decoperta drumul Mai puin susceptibil la solicitri dect buclele inductive Instalarea necesit tierea pavajului sau realizarea de tunele pe sub acesta Nu pot detecta vehiculele aflate n staionare

Radarul cu microunde Relativ puin sensibil la efectele schimbrilor climatice Permite msurarea direct a vitezei Permite minitorizarea simultan a mai multor benzi de circulaie Lobul de radiaie a antenei i forma de und trebuie s fie adaptate aplicaiei Senzorii de tip Doppler nu permit detecia vehiculelor oprite

Senzorii cu radiaie infraroie Senzorii de tip activ pot transmite mai multe fascicule pentru msurarea precis a poziiei vehiculelor, vitezei i clasificare acestora Senzorii de tip multizon pasivi pot msura viteza Este posibil monitorizarea simultan a mai multor benzi de circulaie Operarea senzorului de tip activ poate fi afectat de cea, cnd vizibilitatea scade sub 6 m sau cnd este zpad viscolit Senzorii pasivi (PIR) pot avea o sensibilitate redus n cmpul vizual, n condiii de cea sau ploaie

Senzorii cu ultrasunete Este posibil monitorizarea simultan a mai multor benzi de circulaie Unele condiii de mediu, cum ar fi schimbrile de temperatur sau turbulenele n aer pot afecta performanele. Unele modele au compensare intern cu temperatura Senzorii care utilizeaz msurarea n impulsuri cu durat mare de repetiie pot detecta cu dificultate gradul de ocupare a benzii de circulaie pentru vehicule care se deplaseaz cu viteze de la moderat la ridicate

Senzori acustici Detecia este pasiv Insensibilitate la precipitaii Este posibil monitorizarea mai multor benzi de circulaie Dupa unele determinri, se pare c temperaturile sczute afecteaz precizia msurrilor Anumite modele nu sunt recomandate pentru operarea n zone n care vehiculele se deplaseaz lent sau se afl oprite la semafoare

Senzori video cu procesare de imagine Permit supravegherea simultan a mai multor benzi i a mai multor zone / band Uor de adugat sau modificat zonele de detecie Gam bogat de date disponibile Permit furnizarea de date de detecie pe arii extinse atunci cnd camerele video sunt interconectate Sensibili la orice variaii ale mediului care implic variaii de iluminare, ocluziuni ntre obiectele monitorizate, trecere zi-noapte, contrast ntre vehicul-drum, picturi de ploaie, cea, fulgi de zpad sau depuneri de praf pe obiectivul camerei etc. Necesit montare la nlime de cel puin 15 20 m pentru o bun vizibilitate n domeniul msurrii de vitez i deteciei vehiculelor Dac nu sunt dotate cu stabilizatoare de imagine, unele modele pot fi susceptibile de afectarea calitii acesteia la vibraii sau vnt puternic i n rafale Raportul pre/calitate satisfctor mai ales cnd sunt necesare mai multe zone de detecie pentru o aceeai camer

Tab. 1.1. Comparaie ntre diferitele tehnologii folosite pentru senzorii de trafic

Observaii: La unele categorii de senzori se pot realiza msurtori de vitez numai prin montarea a ctedoi senzori (bucle inductive, magnetometre i IR) la o distan cunoscut unul fa de cellalt. Pentru buclele inductive, aplicaiile de clasificare a vehiculelor sunt disponibile numai prin ataarea unor module electronice care conin software specializat n acest sens. Diferitele aplicaii pentru senzorii radar cu microunde sunt disponibile funcie de forma de und emis de aceti senzori. Msurarea vitezei cu senzori IR este posibil numai la senzorii cu zone de detecie multiple. Clasificarea vehiculelor pentru senzori IR este disponibil numai n modul activ. Detecii multiple cu arii de senzori acustici sunt posibile numai pentru modulele cu prelucrare special a fasciculului de sunete i prelucrare a semnalului.Lrgimea de band solicitat de transmisiile de la camerele video este dependent de nivelul de acuratee al imaginii ce trebuie trasmis la centrele de procesare a imaginilor pentru aplicaiile respective (dac se transmit doar imagini cu rezoluie redus, sau i cu numr redus de cadre pe secund, aceste camere pot fi folosite doar pentru supravegherea vizual a condiiilor de trafic sau detecie a incidentelor; pentru aplicaii mai complexe, de identificare automat a vehiculelor, de supraveghere a unei zone extinse etc., sunt necesare lrgimi de band corespunztor mai mari). Lrgimea de band este redus medie numai dac sunt transmise date i comenzi/controale ntre senzor, controler i centrul de management al traficului. Lrgimea de band necesar se mrete corespunztor dac se transmit imagini n timp real la o vitez de 30 fps. Cerina de lrgime de band pentru sporit pentru linii telefonice care suport rate de transmisie de bps la o lrgime de band de 125 MHz sau pe fibr optic, poate fi redus dac se transmit imagini comprimate ( de exemplu, rate de transmisie de 256000 bps la o lime de band de 20,5 MHz), care pot fi n continuare utilizate cu succes pentru acest gen de aplicaii. Rata necesar de transmisie crete pe msur ce numrul de senzori, dispozitive de captare a informaiilor de la marginea drumului sau panouri de afiare cu mesaje variabile, baze de date privind informarea participanilor la trafic sunt tot mai intens folosite pentru implementarea strategiilor de management al traficului.Exist mai multe categorii de senzori, potrivii pentru cele mai uzuale aplicaii ITS: Detector/radar pneumatic rutier; Bucle inductive; Senzori magnetici; Benzi de presiune pentru cntrirea din mers (WIM); Senzori piezoelectrici pentru aplicaii WIM; Senzori capacitivi pentru WIM; Procesoare video de imagini; Radar cu microunde; Radar laser; Senzori IR pasivi sau activi; Arii acustice active etc.Dintre aceste categorii de senzori, buclele inductive detectoare continu s fie utilizate pe scar larg pentru monitorizarea traficului de vehicule rutiere sau feroviare (i cele urbane) i pentru controlul semafoarelor rutiere, datorit preului sczut al acestora, maturitii, esteticii i factorilor de natur politic (au fost utilizai cu succesc mult vreme). Mai multe aplicaii n care la prima vedere sunt destinate buclelor inductive, tind ns s fie suplinite n ultima vreme de sisteme senzoriale mai moderene, cum ar fi cele bazate pe procesarea imaginilor i utilizarea senzorilor multizonali cu IR sau microunde. n aceste aplicaii, costul mai prohibitiv al instalaiilor de captare a informaiilor poate fi compensat prin economiile de manoper la instalare si mentenan. Alegerea corect a amplasrii senzorului este critic pentru operarea cu succes a acestuia. Senzorii destinai a funciona deasupra solului trebuie testai o anumit perioad n condiiile reale, pentru a vedea cum rspund la variaii de iluminare, trafic, temperatur, umiditate, vibraii etc.1.1. Bucle inductiveDetectorul de tip bucl inductiv (DBI) este cel mai comun senzor utilizat n aplicaiile de management al traficului. Forma i mrimea variaz de la caz la caz, ntre ptrate, dreptunghiuri i cercuri cu diametre cuprinse n intervalul 1,5m 2m.Principalele componente ale DBI sunt una sau mai multe spire dintr-un conductor izolat amplasat ntr-un loca din drum, un cablu de alimentare care sosete dintr-o cutie de jonciune situat pe marginea drumului, un dulap de echipament i unitatea electronic din interior, conectat la surse de alimentare fixe cu rezervare.

Fig. 1.2 Modul de amplasare a echipamentului aferent unei bucle inductive detectoareAplicaiile se rezum la detecia trecerii vehiculelor, prezenei acestora, numrrii vehiculelor sau determinarea dimensiunilor de gabarit (lungime, lime). Cu toate c buclele inductive nu pot determina prin msurare direct viteza vehiculelor, aceasta poate fi totui aflat prin utilizarea unei perechi de bucle situate la distan cunoscut n acelai ax al drumului, sau o singur bucl prevzut cu algoritm de msur, ale crui intrri trebuie s fie lungimea buclei, lungimea medie a vehiculului, timpul de staionare n zona activ a detectorului i numrul de vehicule numrate. Noile versiuni de detectoare bucl suport si clasificarea vehiculelor, prin utilizarea unor frecvene superioare de lucru, n vederea prilor metalice specifice vehiculelor.Bucla realizat din cteva spire este excitat cu semnale avnd frecvenele cuprinse ntre 10 kHz 50kHz i funcioneaz ca un element inductiv cuplat cu un modul electronic. Atunci cnd vehiculul trece sau se oprete deasupra buclei, inductana acesteia se micoreaz. Ca urmare are loc o cretere a frecvenei oscilatorului, sesizat de montajul electronic asociat, care transform totul ntr-un impuls ce este transmis controlerului, indicnd astfel prezena unui vehicul.Detectoarele de tip bucl inductiv comerciale opereaz cu inductane cuprinse ntre 20 i 200 , cu toate c n general exist obiceiul de a menine acest domeniu doar n plaja 100 300 . O regul de calcul empiric este urmtoarea:L = ,n care P perimetrul buclei, exprimat n [m], N- numrul de spire ale buclei, L- inductana n [].Avantaje: Operarea cu acest tip de senzori este foarte bine experimentat i cunoscut pentru toate aplicaiile la care este potrivit (volum trafic, gabarit vehicule, prezen, direcie de deplasare i interval ntre vehicule). Preul exclusiv al echipamentului este redus, designul este flexibil. 2. Memoriu TehnicLa proiectarea circuitului cu microprocesor trebuie alese urmatoarele: Un microcontroler care sa fie potrivit realizarii simularii dorite. Un set minimal de circuite de suport pentru sistemul cu microcontroler. Circuitele adecvate pentru realizarea functiuniilor de baza ale intersectiei. O metoda de proiectare adecvata complexitatii schemei unui astfel de simulare. Un mediu de dezvoltare de programe eficient pentru punerea la punct a partii software a intrumentului.

2.1. Schema bloc functionala

Generator frecventaAcest generator furnizeaza frecventa semnalul folosit pentru acordarea circuitului bobina-condensator (LC) dorit. In cazul nostru pentru acordarea celor doua circuite LC frecventa semnalului este 485KHz, iar odata cu departarea celor doua bobine, aceasta frecventa va scadea.Circuitul generatorului de frecventa este format din un HEF4093B care este un quad poarta NAND cu doua intrari. Fiecare poarta de intrare are un circuit trigger Schimitt, care functioneaza ca un comutator intre doua puncte diferite pentru semnale negative si pozitive.

Circuit acordat LC1

Este format dintr-un grup, bobina(bucla inductiva) si condensator. Acest circuit se numeste circuit rezonant, este format din doua componente electronice conectate impreuna; o bobina de inductie si un condensator. Circuitul este utilizat pentru a genera o inductanta magnetica (semnal) care poate fi transmis la un alt circuit LC. Circuitul este adus la rezonanta modificand valoarea condensatorui in functie de marimea bobinei si frecventa pentru care dorim sa aducem circuitul la rezonanta. Transfer semnal circuit LCAcest bloc ajuta la transferul semnalului de la prima bucla la cea de-a doua bucla printr-un cuplaj magnetic.

Circuit acordat LC2Este realizat in acelasi mod ca si primul circuit cu o bobina si un condesator cu valori similare sau identice cu primul si acordat la aceeasi frecventa cu primul circuit rezonant si este folosit pentru a receptiona semnalul de la emitator (circuitul rezonant 1).AmplificatorEste folosit la amplificarea semnalului de la iesirea circuitului acordat LC2, pentru a facilita compararea semnalelor, ajutand la amplificarea (cresterea) unui semnal slab.Este format dintr-un LM741 intr-o configuratie cu un factor de amplificare de 20 ori, acest integrat prezinta doua intrari, unul inversor si unul neinversor si anume pinul 2, respectiv 3.

Circuit redresare si filtrareEste un circuit de rederesare si filtrare monoalternanta a semnalului primit de receptor si ajuta la eliminarea impuritatilor din semnal.Amplificator comparatorAcest bloc are rolul de a prelua semnalul redresat si filtrat de la circuitul de redresare pentru a-l putea amplifica, si apoi trimite catre blocul de procesare, adica catre microcontroller.Preluare semnal cu uCAcest bloc foloseste uC Atmega2560 pentru a prelua semnalul final de la amplificatorul 741 pentru a putea genera un semnal logic de 1 cand a trecut o bucata metalica pe deasupra bobinei, respectiv 0 cand pe deasupra bobinei nu este detectata o interferenta in campul de inductie.Compararea semnalului primitAcest bloc va primi semnalul si il va interpreta ca o valoare logica.Trimiterea datelor catre semaforIn acest bloc valoarea semnalului primit de la circuitul anterior este transmis catre semafor dupa ce va fi prelucrat sa execute o anumita functie.Acest semnal se va transmite catre semafor prin intermediul unei seriale cu intrarile Rx respectiv Tx.Inceperea ciclului de semaforizareIn momentul receptionarii semnalului 1 sau 0 de la fiecare circuit de detectie, va incepe ciclul de semaforizare in functie de regulile aplicate fiecarei situatii din intersectie.

2.2. Schema electrica

Circuit generator de frecventa 4093

Acest generator de frecventa este compus dintr-un integrat 4093 care este un quad poarta NAND cu doua intrari are rolul de a comuta intre doua puncte diferite pentru semnale negative si pozitive pentru generarea frecventei. Este alimentat la 5V curent continuu, fiind compus dintr-o rezistenta semireglabila si un condensator cu rol de modificare a frecventei semnalului generat.

Circuit de detectare a unei mase metalice

Circuitul de detectie este format din doua circuite rezonante care este format din bobina(bucla inductiva) si condensator, acordat pentru o anumita frecventa. Circuitul este utilizat pentru a genera o inductanta magnetica (semnal). Circuitul este adus la rezonanta modificand valoarea condensatorui in functie de marimea bobinei si frecventa pentru care dorim sa aducem circuitul la rezonanta. Circuit de amplificare semnal

Acest circuit preia semnalul provenit de la circuitul rezonant receptor, amplificandu-l de 20 de ori prin intermediul integratului 741 cu ajutorul celor doua rezistente conectate in serie.Circuitul de redresare si filtrare

Este un circuit de rederesare si filtrare monoalternanta a semnalului primit de receptor si ajuta la eliminarea impuritatilor din semnal, acest lucru facandu-se cu ajutorul celor doua diode 1n4148 care sunt folosite la aplicatiile cu switching de pana la 100MHz.

Circuit de amplificare

2.3. Realizare practica si rezultate experimentale

Pentru inceput ne-am gandit la ce avem nevoie pentru realizarea practica a cablajului unui circuit de detectare a autovehiculelor de pe partea carosabila.Primul pas a fost sa identificam blocurile functionale ale intregului circuit, acestea fiind explicate mai sus.Ca prim bloc am ales un circuit generator de frecventa 4093 care are rolul de a ne permite selectarea frecventei necesara functionarii corecte a buclelor inductive.Frecventa de lucru dorita de noi a fost de 480kHz, pentru doua bobine ce acceasi dimensiune la o distanta de 20cm (desenele de mai jos arata functionalitatea acestei frecvente).Acel integrat 4093 este un astabil multivibrator cu rol de selectare a polarizarii semnalului.Condensatorul C6 are rolul de a modifica frecventa si astfel pentru o frecventa de 500kHz calculul a dus la o valoare a condensatorului de : C6 = t/Rln(Vdd/Vt) unde timpul pentru 500kHz este de 20ms. Potentiometrul are rolul de a ajusta frecventa si a fost ales 500kOhm pentru a putea compensa valoarea condensatorului.Al doilea bloc cel de detectare a unei mase metalice este un circuit de acordare. Formula dupa care s-a calculat valoare bobinei : L=0,01*D*N^2. (D = dimensiune; N = nr spire);Al treilea bloc cel de amplificare a semnalului a fost ales deoarece era nevoie de o marire a puterii semnalului receptionat pentru ca microcontrolerul sa poata primii semnalul nebruiat.Cele doua rezistente R1 si R2 avand acele valori au rolul de a amplifica semnalul de 20 de ori (Av = R20/R19) deoarece la acea amplificare am putut sa stabilizam semnalul primit.Al patrulea bloc este cel de redresare si filtrare deoarece aveam nevoie ca semnalul primit sa nu prezinte varfuri de curent pentru a putea avea un semnal cat mai limpede, astfel am ales doua diode 1N4148 care au rol de impedicare la alimentare cu curent negativ, iar condensatorul C12 are rol de filtrare la o valoare dorita calculata astfel : C12 = 1 / f R, astfel cu ajutorul acestui circuit am putut limita valoarea tensiunii de iesire astfel incat sa nu depaseasca 1,5 V ( am folosit pentru acesta si doua rezistente la iesire pentru a limita curentul).Ultimul bloc care este unul tot de amplificare a semnalului, a fost utilizat pentru a putea avea un semnal clar la iesire care ajunge la tensiunea de 12V (Av=R22+R21 / Rp + 1).

Am constatat ca odata cu marirea distantei dintre cele doua bobine amplificarea va scadea si atunci va fi necesara reglarea frecventa de lucru a circuitului.Cu cat distanta dintre bobine este mai mare cu atat factorul de cuplaj este mai bun, detectand corect masina ce trece pe deasupra acestor bobine.Am observat ca la frecventa de 500kHz apare fenomenul de rezonanta.In momentul in care un obiect metalic apare in raza acestor bobine atunci semnalul sinusoidal primit de receptor va scadea ca in figura 2.3.2 de mai jos.

Fig.2.3.1. Reprezentare semnal nemodificat

Fig.2.3.2. Reprezentare semnal modificat la trecerea unui obiect metalic

Fig.2.3.3. Realizarea practica a principiului de detectie

Pentru validarea solutiei propuse am realizat o simulare numerica a functionarii intersectiei utilizant platforma arduino. Codul sursa aferent simularii este prezentat in anexa nr.1.

3. Calculul EconomicNume componentaNr.de componentePret (LEI)

Integrat 409312.5

Semiregrabil 500k11.2

Condensator 120pF10.27

Rezistenta 50010.2

Condensator 330nF20.3

Bobinele210

Rezistenta 1k30.2

Rezistenta 20k10.3

Condensator 1nF10.2

Dioda 1n414820.8

Condensator electrolitic 100nf11.5

Rezistenta 100k10.2

Semireglabil 100k11.2

UA741CN20.8

Rezistenta 20010.2

Led verge 5mm50.4

LED rosu 5mm40.4

Led galben 5mm40.4

Rezistente 10080.2

Rezistente 47040.3

Comutatoare42

Arduino mega1250

Placa polistiren110

Autocolant215

Textolit15

TOTAL:55343.47

Etape de realizare ale cablajului se pregateste placuta de cablaj imprimat,taindu-se la dimensiunea necesara slefuindu-se cu un glasspapier foarte fin; se utilizeaza cablajul gaurit in vederea lipirii componentelor electronice

4. ConcluziiEchipamentul de dirijare si fluidizare al traficului rutier cu bucle inductive pare a fi unul din cele mai reusite sisteme care reprezinta o eficienta mai ridicata decat alte metode de detectie insa are si anumite dezavantaja, deoarece nu exista echipamente perfecte.Avantajul buclelor inductive este acela ca au un design flexibil si permit satisfacerea unei largi categorii de aplicatii, asigura masurarea parametrilor de baza ai traficului (volum, prezenta, gabarit, viteza, directie si interval de timp intre vehicule. Daca se folosesc frecvente de lucru ridicate se pot asigura si informatii de clasificare al vehiculelor.

Bibliografie

[1]R.S. Zebulum, M.A. Pacheco, M.M. Velasco, Evolutionary Electronic Automatic Design of Electronic Circuits and Systems by Genetic Algorithms, CRC PRESS, Boca Raton, Florida, 2002.

[2]E. Sanchez, M. Tomassini, Towards evolvable hardware, Springer Verlag, Berlin Heidelberg New York, 1996.

[3]I. Sztojanov, S. Paca, On a genetic Algorithm based optimization study for a traffic light controller, The 10-th International Scientific and Applied Science Conference ELECTRONICS ET 2001, September 2628, Sozopol, Bulgaria, 2001.

[4] Stefan Antoniu, Stefan Poli, Eduard Antoniu Masurari electronice, Ed.Cartea Studenteasca, Bucuresti, 2011.[5] Angel Ciprian Cormos, Dorin Laurentiu Buretea, Valentin Iordache Circuite Logice, Ed. Cartea Studenteasca, Bucuresti,2011.[6] Angel Ciprian Cormos, Valentin Iordache,Claudia Maria Surugiu Materiale si componente pasive electronice, Ed.Cartea Studenteasca, Bucuresti, 2011. [6] http://www.wikipedia.org

[7] http://www.electronics-lab.com/

[8] http://www.arduino.cc/

1