关于AMR磁阻传感器的无线车位检测设计研究

来源: 发布时间:2019-08-07 09:36:49

  摘要:随着我国经济的快速发展,各个城市的汽车拥有量越来越多,由于城市的各种交通设施还相对比较落后,这就在一定程度上加剧了城市的交通压力,因此造成了许多交通安全事故的发生。其中城市交通系统中巨大的压力之一就是城市的泊车问题,针对城市日益增长的车位需求,本篇文章就分析了一种基于各向异性磁阻传感器在城市车位检测中的应用,这种车位检测设计利用车辆影响周边磁场分布的原理,利用高灵敏度的各项异性磁阻传感器以及特定的磁场检测方法,判断实际车位的占用情况。

  关键词:磁阻传感器;ZigBee;车位检测;多状态机算法

  一、AMR磁阻传感器的原理及应用

  现如今,车辆的检测技术可以有效的调度城市有限的停车资源,在许多大型场所,有线的车辆检测技术不利于实际的应用,而无线传感器网络则十分有利于车辆的检测和调试。本篇文章所提出的AMR磁阻传感器可以有效检测车辆周围的磁场变化,进而起到测量信号采集的效果。

  磁阻效应指的是某一物质在磁场中电阻会发生变化,尤其是对于强金属来说,当金属的外加磁场与磁体内部磁化方向相同时,电阻几乎不会随着外加磁场的变化而变化,当外加磁场与金属内部磁场发生偏离之后,金属电阻值变小的现象就是各向异性磁阻小欧应。

  AMR是一种新型的地磁感应器,非常适合工作在地球的磁场范围之内,并且这种地磁感应器的灵敏度高、体积小、能耗少、兼容性较强,各向异性磁阻传感器的基础元件就是惠斯通电桥,当电阻中有电流流过时,在电桥中施加一个偏离磁场,会使得两个相对放置的磁场变化顺着电流方向转动,使得电阻的阻值增加,另外两个相对放置的电阻磁场方向会逆着电流方向的变化而变化,电阻阻值会减小,而外加磁场的变化可以利用电压的变化进行判断。

  二、车辆对地磁扰动的模型

  不管汽车是运动的还是静止的,由于汽车内部存在铁磁性物质,必定会影响原本分布均匀的磁场。车位检测系统的总体设计思路就是在每一个车位中安装一个AMR传感器,判断车位上是否存在车辆,同时,这个传感器还可以远程监测,进行车位磁场数据的读取工作,经过一段时间的实践,相关检测人员还发现,汽车产生磁场扰动与汽车的大小、形状以及汽车与传感器的距离有着很大的联系。

  三、车辆检测节点硬件设计

  1.系统设计结构图

  车辆节点检测系统利用HMC1022采集汽车车位的节点信号,然后再利用CC2530进行数据转换,最后由系统的ZigBee进行数据的传输,STM32F10X分析接收到的数据,并分析检测车位的占用状况。

  2.HMC1022接口电路

  HMC1022输出的信号分别设置为OUTA和OUTB,两种信号的放大利用AD622进行,然后利用参考端对设置进行精密补偿,获得最佳的数据处理效果

  3.AMR传感器的复位

  由于HMC1022磁阻传感器的磁场强度在5-6G之间,因此可以在装置中加入置位复位电路进行消磁处理,在设计过程中一定要考虑系统的低功耗因素,保障装置可以达到良好的消磁效果。

  四、车辆检测软件设计

  1.信号平滑滤波处理

  采集的信号经过转换和处理之后得到电压的变化量,然后进行滤波的处理,利用相关软件以及阈值处理方法进行车辆有无信息的检测。为了提高数据测量的精准度,就需要对这些噪声进行滤波处理,本篇文章所提出的磁阻传感器车位监测设计利用的是对数据进行连续检测,然后取数据的平均值,每一次采样的数据进行一次均值的输出,既保证了车辆检测的实时性,同时也达到了滤波的效果。

  2.多状态机的车位检测算法

  多中间状态的状态机检测主要包括五个状态,即nocar、car、count1、count0、 count00,其中后两者为中间状态,前两者为输出状态,通过利用多状态机的五个状态检测方法可以检测车辆由何时进入检测区,还可以检测车辆离开检测器的中间状态,可以更好地从时间序列当中提取准确的车辆信息。

  3.AMR终端节点组网

  由于cc2530带有Z-STACK协议栈,测量节点作为路由器和终端STM32构成协调器,然后对ZigBee网络拓扑结构进行组建,网络组建成功之后,利用协调器可以搜索这一结构当中是否有新的节点加入,然后为新的节点分配相应的网络地址,随后为系统设置每隔一段时间进行数据采集,并且主动接收或者通过路由器向协调器发送数据采集的信息,实时的监测系统采集数据之后,将数据分析传送给pc机。

  五、车辆检测试验数据分析

  在本次研究过程当中,一共进行了40组的数据检测,通过采集原始电压以及车辆停入车位之后的电压变化,利用多状态机的算法判断车辆是否存在,这种磁阻传感器的车位检测方法与人工数据测量相比,精准度更高,检测有效率可以达到97%,误差检测的主要原因是因为相邻车位的消防栓以及铁闸门干扰所致的。

  总结

  总而言之,本次设计最终实现了车位占用情况的实时检测,利用低功耗高效率的设计原则,设计出来了适合我国现阶段城市车位检测的城市实时车位检测系统。虽然如此,但是本次设计还存在着不足。比如说检测的有效率会受到相邻车位消防栓和铁闸门的干扰,并且节点的绿色能源充电方面还没有达到相应的标准,需要后续的不断改进。

  参考文献:

  [1]庞家成,徐新民.基于AMR磁阻传感器的无线车位检测设计[J].微型机与应用,2016,(12).

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