基于锁相环技术的高灵敏车辆探测

LL用于跟踪传感电路输出信号的频率变化，产生本振信号u1(t)，具体要求是：

　　(1)在us(t)的频率变化范围(f0~fmax)内，PLL锁定 换句话说，PLL的中心频率应设定在f0与fmax的之间，且PLL的"捕捉范围"应大于或至少等于us(t)的频率变化范围。这样就保证当频率发生变化时，PLL始终能够达到锁定状态。

　　(2)PLL建立的锁定时间不能太长或太短如果建立的锁定时间太短，PLL很快锁定，不能看到差频信号。如果建立的锁定时间太长，PLL很难从失锁状态恢复到锁定状态，使得反映速度变慢。因此要选择适当的积分电阻R和C，选择适当的锁定时间。

　　该设计选用了集成锁相环CD4046来实现。图2为其连接电路。根据CD4046的工作原理，其中心频率是由引脚6，7之间的C1及引脚11的接地电阻R1决定的，所以要选择适当的R1，C1，使得PLL的中心频率达到要求。为了增加PLL中心频率的可调性，在R1上串联一只可变电阻R2。因为这里的PLL对输入频率的宽度无要求，所以引脚12悬空。

　　按照图2所示，调节可变电阻R3，使得引脚9的电压U9=Ucc/2=4．5 V，此时引脚4的输出频率即为PLL的中心频率。选取C1=1 000 pF，R1=5．1 kΩ，R2=10 kΩ，此时中心频率f0=23．7 kHz，刚好满足系统要求。

3．2．2 确定建立锁定时间

　　根据锁相环CD4046的工作原理，建立锁定时间则由引脚13(或引脚2)与引脚9之间的积分电阻电容决定。引脚13的输出通过积分电容C2充放电，使得U9发生变化，从而调节VCO的输出，即引脚4的输出频率。

4 实验及其结果分析

　　为了验证设计的可行性，在实验室做了验证试验。车辆和线圈都按相同比例缩小。采用直径为5 mm的普通，电线绕了100 cmx2 cm的线圈(匝数n=16)，用于模拟实际应用的地线圈；再用一块20 cmxl0 cm的矩形金属板模拟实际的车辆。实验证明，正常状态下的输出频率f0=23．7 kHz，有车经过时的最大输出频率(将金属板完全放在线圈上时所测得值)为fmax=24．5 kHz，因此△fmax=0．8 kHz。

　　改变金属板到线圈的垂直距离，测量金属板移动到线圈上方后PLL的输出频率。实验结果表明，金属板距离线圈越近，PLL的输出频率越大。利用示波器观察PLL从失锁到锁定的状态发现，在金属板距离线圈2～15 cm时，均能观察到明显的从失锁到锁定的变化。当金属板长时间静止于线圈上时，PLL也均能恢复锁定状态。金属板到线圈的垂直距离，对应于实用中车辆底盘到地下线圈的距离，按相应比例看，实验所能测量的范围完全能满足实用的需要。因为实验是通过观察示波器判定PLL失锁的，为了效果明显，则设定的锁定时间较长。实用中可采用其他方式检测PLL失锁，以判定有车经过，可调整相应的电路参数，使锁定时间变得更短，探测灵敏度也会相应提高。实验证明，利用PLL实现的探测灵敏度完全达到系统要求。

5 结语

　　采用锁相环技术实现的车辆检测技术比现行采用单片机计数的车辆检测技术可靠性更高，而且通过检测锁相环失锁判定是否有车量经过，是以相对的频率变化而非绝对的频率变化进行判断，因此具有自我调节能力，不会因为周围电磁环境的改变导致中心频率偏移而失效。因此本文提出的锁相环技术在提高灵敏度方面确有明显效果，而且成本低，具有广泛的应用前景。