Download miễn phí Khóa luận Xây dựng thiết bị nhận biết phương tiện giao thông sử dụng cảm biến từ trở
Tóm tắt
Hiện nay, với công nghệ mạch tích hợp và công nghệ màng mỏng phát triển
mạnh mẽ, công nghệ cảm biến từ đã được cải tiến về độ cảm nhận và giảm thiểu kích
thước, phù hợp khi ghép nối với các thiết bị điện tử. Các cảm biến từ được ứng dụng
rộng rãi trong thực tế, đặc biệt là trong đo lường và điều khiển. Trong khoá luận này,
em tập trung nghiên cứu cảm biến từ trở và xây dựng thiết bị đo sự thay đổi từ trường,
thiết bị này được ứng dụng để phát hiện các phương tiện giao thông. Thiết bị được xây
dựng, để đưa vào ứng dụng rộng rãi, phải thỏa mãn các yêu cầu như: độ ổn định cao,
giá thành hạ, thuận lợi trong lắp đặt và sử dụng Từ đó, khoá luận này sẽ nghiên cứu
các vấn đề sau:
Một số loại cảm biến thường được sử dụng để phát hiện phương tiện
giao thông.
Hiệu ứng từ trở dị hướng trong vật liệu.
Xây dựng thiết bị phát hiện phương tiện giao thông sử dụng cảm biến từ
trở.
Các kết quả nghiên cứu bước đầu cho thấy thiết bị được xây dựng có thể xác
định một số thông số như: lưu lượng ô tô, vân tốc của chúng qua một điểm nút . Đây
là tiền đề cho việc xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển giao thông thông minh
trong tương lai.
Mục lục
Chương 1 Một số loại cảm biến sử dụng để phát hiện phương tiện giao
thông
.2
1.1 Những thông số cơ bản trong giám sát và điều khiển giao thông .2
1.2 Một số loại cảm biến sử dụng để phát hiện phương tiện giao thông .3
1.2.1 Vòng cảm ứng từ 3
1.2.2 Radar .5
1.2.3 Camera 7
1.2.4 Cảm biến hồng ngoại 7
1.2.5 Cảm biến từ 9
Chương 2 Cảm biến từ trở di hướng AMR .11
2.1 Cơ bản về vật liệu từ 11
2.2 Hiệu ứng từ trở dị hướng .12
Chương 3 Ứng dụng cảm biến từ trở dị hướng để nhận biết phương tiện
giao thông .18
3.1 Mô tả ứng dụng 18
3.1.1 Sơ đồ khối và chức năng 18
3.1.1.1 Cảm biến từ trở HMC 1052 .20
3.1.1.2 Khối khuếch đại .22
3.1.1.3 Khối biến đổi tương tự - số (ADC) .23
3.1.1.4 Khối truyền thông nối tiếp(UART) .25
3.1.1.5 Mạch thực hiện tạo xung Set/Reset .26
3.2 Kết quả thực nghiệm và nhận xét 29
Tài liệu tham khảo .36
Phụ lục 1 .37
Phụ lục 2 .38
Lời mở đầu
Các thiết bị hoạt động dựa trên tác động của từ trường đã được sử dụng từ rất
sớm, cách đây hơn 2000 năm. Những ứng dụng ban đầu chủ yếu là trong việc xác định
hướng, định vị trí Ngày nay, các cảm biến từ vẫn chủ yếu được dùng trong các ứng
dụng đạo hàng, nhưng chúng ngày càng được sử dụng nhiều hơn trong các ứng dụng
khác ( như: cảm biến từ được sử dụng trong các đầu đọc cho băng đĩa, ổ lưu trữ dữ
liệu, trong các mũi khoan ). Đặc biệt với cảm biến từ trở dị hướng, có độ cảm nhận
cao, hoạt động trong vùng từ trường của trái đất, đã được sử dụng trong các ứng dụng
về giao thông như: ứng dụng điều khiển thanh ngang trong hệ thống đường sắt, điều
khiển xe ôtô tìm vị trí trống để đỗ xe, phát hiện xe ôtô Vì vậy, em đặt mục tiêu
nghiên cứu và xây dựng thiết bị phát hiện phương tiện giao thông, có thể triển khai
trong thực tế ở nước ta.
Các hệ thống giám sát và điều khiển giao thông đã được sử dụng ở nhiều
nước trên thế giới, chúng có ưu điểm: độ chính xác cao, hoạt động thông minh Tuy
nhiên nhược điểm quan trọng làm cho chúng không thể áp dụng ngay tại Việt Nam đó
là đặc điểm hạ tầng cơ sở giao thông ở nước ta mang đặc thù riêng và giá thành của
các hệ thồng này rất cao. Ở nước ta đã có một số nhóm nghiên cứu và xây dựng hệ
thống giám sát giao thông (như nhóm nghiên cứu ở trường ĐH GTVT, sử dụng xử lý
hình ảnh để giám sát phương tiện giao thông), tuy nhiên chúng vẫn chưa được triển
khai trong thực tế. Vì vậy một thiết bị giám sát giao thông hoạt động ổn định có độ
chính xác cao, giá thành thấp có ý nghĩa quan trọng để xây dựng hệ thống mạng giám
sát giao thông trong thành phố hay trên các tuyến đường cao tốc ở vùng ngoại thành
Trên thực tế có nhiều phương pháp để nhận biết phương tiện giao thông, sử
dụng nhiều loại cảm biến từ đơn giản đến tinh vi như: vòng từ, radar, cảm biến từ, phát
sóng siêu âm, camera Những loại cảm biến này có những ưu điểm và nhược điểm
riêng. Việc lựa chọn loại cảm biến phù hợp là cần thiết để xây dựng được thiết bị
mong muốn. Trong khoá luận này, em sẽ tìm hiểu một số loại cảm biến thông thường
đã được sử dụng trong thực tế ở một số nước trên thế giới, trong các hệ thống giám sát
giao thông. Cảm biến phù hợp nhất sẽ được lựa chọn để xây dựng thiết bị và thiết bị
phải được kiểm nghiệm trong thực tế đối với các yêu cầu đặt ra.

http://s1.luanvan.co/qYjQuXJz1boKCeiU9qAb3in9SJBEGxos/swf/2013/06/23/khoa_luan_xay_dung_thiet_bi_nhan_biet_phuong_tien.GIw4PLWRXY.swf luanvanco /luan-van/de-tai-ung-dung-tren-liketly-32210/
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí

Tóm tắt nội dung tài liệu:

ình sử dụng hai vòng cảm ứng, và thuật toán
thích hợp ta sẽ xác định được thông số tốc độ của phương tiện. Với các vòng cảm ứng
từ tốt và khối điện tử xử lý thích hợp, các thông tin thu được từ thiết bị này có thể
phân loại được các phương tiện giao thông.
Hoạt động của các vòng cảm ứng từ là đơn giản và dễ hiểu, và cung cấp các
thông số cơ bản trong giao thông. Giá thành khi chế tạo thiết bị sử dụng vòng cảm ứng
từ thấp hơn so với công nghệ cảm biến không phá huỷ mặt đường như: phương pháp
sủ dụng Camera, sử dụng radar…
Điều hạn chế đối với việc sử dụng vòng cảm ứng từ là phải phá huỷ đường
giao thông khi cài đặt và sửa chữa. Ngoài ra các vòng cảm ứng từ chịu tác động của
nhiệt độ [7].
1.2.2 Radar
Radar (Radio Detection And Ranging) dùng sóng viba được đặt bên lề các
tuyến đường giao thông, với bước sóng sử dụng thường trong vùng tần số 10.525 GHz
(vùng tần số của tia X). Radar sẽ phát ra năng lượng trong một vùng trên đường, độ
rộng của vùng có thể điều khiển được, gọi là vùng quan sát. Một phần năng lượng phát
ra sẽ bị phản xạ bởi các phương tiện giao thông đến cảm biến. Tại đó cảm biến sẽ phát
hiện và chuyển đổi thành các thông tin về giao thông. Có thể sử dụng một cảm biến
hay có thể kết nối nhiều cảm biến, đặt bên lề đường giao thông [7].
6
Hình 3. Radar nhận tín hiệu phản xạ từ các phương tiện giao thông
Radar sử dụng trong các ứng dụng giao thông thường sử dụng hai loại sóng.
Loại thứ nhất phát sóng liên tục (CW) có tần số không đổi theo thời gian. Loại thứ hai
phát ra sóng đã được điều tần. Radar phát ra sóng liên tục mà tần số không thay đổi
theo thời gian, theo nguyên lý Doppler, thì sự chuyển động của các phương tiện giao
thông trong vùng nhìn của Radar làm thay đổi tần số của tín hiện phát ra. Tín hiệu
phản xạ lại khi gặp các phương tiện có tần số khác tần của tín hiệu phát ra. Do đó nó
có thể phát hiện được khi có phương tiện giao thông di chuyển qua. Tuy nhiên nhược
điểm của phương pháp này không thể phát hiện được phương tiện khi chúng không
chuyển động [8].
Radar sử dụng sóng đã được điều tần phát ra sóng có tần số thay đổi tuần
hoàn theo thời gian. Do đó nó thể phát hiện được các phương tiện khi chúng không
chuyển động.
Hình 4. Tín hiệu điều tần được phát ra và thu được về Radar
7
Bằng cách sử dụng Radar, thiết bị có thể cung cấp các thông tin như: lưu
lượng phương tiện giao thông, tốc độ của phương tiện, độ dài hàng đợi…nhưng không
thể phân loại được phương tiện. Tuy nhiên sử dụng Radar là tốn kém, không phù hợp
với điều kiện kinh tế đất nước ta.
1.2.3 Camera
Các camera vốn được sử dụng trong các hệ thống quản lý giao thông dựa trên
khả năng truyền hình ảnh tới hệ thống vô tuyến đến trung tâm điều hành. Trong các
ứng dụng quản lý giao thông ngày nay, các camera cung cấp hình ảnh được tự động
phân tích các tình huống giao thông và rút ra các thông tin phục vụ cho giám sát và
điều khiển giao thông. Các hệ thống xử lý hình ảnh video thường bao gồm một hay
nhiều camera, một bộ vi xử lý để số hoá và phân tích hình ảnh, và phần mềm phân tích
các hình ảnh thành các thông tin mong muốn [7].
Hệ thống xử lý hình ảnh sẽ phát hiện phương tiện giao thông bằng cách phân
tích hình ảnh thu được từ các camera, phân biệt sự thay đổi giữa các khung ảnh liên
tiếp. Thuật toán xử lý hình ảnh khảo sát sự thay đổi các mức xám theo các nhóm điểm
ảnh trong từng khung hình ảnh. Các thuật toán này sẽ tách các mức xám trong hình
ảnh gốc (background ) do các điều kiện thời tiết, thay đổi ánh sáng, sao cho vẫn giữ lại
được hình ảnh các vật thể cần phát hiện. Các thông tin khác (vận tốc, lưu lượng, phân
loại phương tiện…) đạt được thông qua phân tích các khung hình ảnh liên tiếp nhau
[8].
Các kỹ thuật xử lý hình ảnh liên tục cải tiến khả năng nhận biết các vật thể
trong bóng tối, hay thay đổi ánh sáng, phản chiếu ánh sáng, điền kiện thời tiết khắc
nghiệt. Các hệ thống xử lý hình ảnh có nhiều camera có thể cung cấp các thông tin
trong vùng rộng lớn. Tuy nhiên, khả năng thu nhận hình ảnh sẽ giảm sút trong các điều
kiện thời tiết khắc nghiệt, ánh sáng không tốt… hay khi xảy ra tắc nghẽn sẽ khó phân
biệt các phương tiện. Chi phí để xây dựng hệ phát hiện theo phương pháp là rất cao.
1.2.4 Cảm biến hồng ngoại
Các cảm biến hồng ngoại được sản xuất sử dụng trong các ứng dụng trong
giao thông, thường được gắn trên các thanh ngang qua làn đường giao thông. Có hai
loại cảm biến hồng ngoại thường được sử dụng để phát hiện phương tiện giao thông là:
tích cực và thụ động.
Thiết bị sử dụng cảm biến hồng ngoại tích cực (Active Infared Sensor): Loại
này sẽ phát sóng xuống một vùng hẹp với năng lượng thấp được tạo ra bởi các Diode
8
Laser. Các Diode Laser hoạt động trong dải bước sóng gần vùng hồng ngoại, xung
quanh bước sóng 0.85µm. Năng lượng do các Diode Laser phát ra sẽ bị phản xạ lại khi
gặp các phương tiện giao thông (mà chúng không hấp thụ năng lượng này). Năng
lượng phản xạ này sẽ được hướng tới cảm biến hồng ngoại đặt trên mặt phẳng vuông
góc và đi qua tiêu điểm (tiêu diện) của hệ quang học thu năng lượng hồng ngoại này.
Cảm biến Laser hồng ngoại tích cực có hai bộ quang học. Bộ quang học phát chia lối
ra thành hai chùm tia, lệch nhau khoảng vài độ (Hình 5). Bộ phận quang học nhận có
vùng nhìn rộng hơn, vùng này có thể nhận năng lượng bị phân tán do gặp các phương
tiện giao thông. Bằng cách phát ra một hay nhiều chùm tia, hệ thống này có thể xác
định xác định thời gian phương tiện đi vào mỗi chùm tia [6].
Sử dụng các cảm biến hồng ngoại tích cực cho phép phát hiện phương tiện,
xác định lưu lượng, độ dài phương tiện, phân loại phương tiện.
Hình 5. Diode Laser phát ra năng lượng hồng ngoại xuống làn đường giao thông
Thiết bị sử dụng cảm biến hồng ngoại thụ động: là loại không phát ra năng
lượng, mà nó chỉ thu nhận năng lượng hướng tới nó. Năng lượng hướng tới cảm biến
có thể được phát ra từ các phương tiện giao thông, từ bề mặt đường hay các vật thể
khác khi chúng nằm trong vùng nhìn (vùng cảm biến) của cảm biến. Vì vậy sử dụng
loại cảm biến này có vùng nhìn rộng hơn.
Các cảm biến hồng ngoại có thể được chế tạo để thu nhận năng lương tại bất
kỳ tần số nào. Một số loại được chế tạo thu nhận ở bước sóng trong dải hồng ngoại từ
8 đến 14 µm, có thể làm giảm thiểu được hiệu ứng của phản chiếu ánh sáng mặt trời và
sự thay đổi cường độ sáng do sự chuyển động của mây. Khi có phương tiện đi vào
9
vùng nhìn của cảm biến, làm thay đổi năng lượng mà cảm biến nhận được, do đó có
thể phát hiện được chúng. Năng lượng thu nhận được khi có phương tiện giao thông đi
qua tỉ lệ với tích của hiệu các hệ số phát và độ chênh lệch nhiệt độ khi nhiệt độ của bề
mặt đường và phương tiện giao thông bằng nhau. Hiệu h

---