道路無線地磁傳感器設計方案

1、無線地磁車檢器設計方案一、開發(fā)背景由于道路建設周期一般較長，其增長遠遠跟不上車輛的 急劇增長，使得交通狀況日益惡化，這幾乎成為所有城市的 通病。改變目前這種交通現(xiàn)狀的有效辦法就是在城市交通管 理部門建立完善的交通監(jiān)控系統(tǒng)。交通監(jiān)控系統(tǒng)的主要目標 是適應動態(tài)交通狀況的變化，即通過采集交通數(shù)據(jù)并將其傳 輸?shù)浇煌ü芾碇行?，在中心進行分析，根據(jù)分析結果，中心 通過控制車輛出入和信號燈，從而更好地管制交通。中心還 可以利用這些數(shù)據(jù)在發(fā)生交通事故時迅速采取措施。同時管 理中心可把采集的交通數(shù)據(jù)傳給司機，這有助于減緩交通擁 擠，優(yōu)化行車路線。運用交通監(jiān)控系統(tǒng)可以提高現(xiàn)有道路的 通行能力，協(xié)調處理突發(fā)性交通事

2、件，緩和交通阻塞，從而 改善交通狀況。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在交通監(jiān)控系統(tǒng)中起著非常重要的作用， 所以研究有更高應用價值的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是必要的。傳感器 是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的關鍵部分，傳感器的性能對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 的準確性起決定作用。傳統(tǒng)的交通數(shù)據(jù)采集是通過在路面上 鋪設感應線圈傳感器，這種方法有以下缺點：一是線圈在安 裝或維護時必須直接埋入車道，這樣交通會受到阻礙；二是 埋置線圈的切縫軟化了路面，容易使路面受損；三是工程施 工時，出于無意或由于需要切斷線圈的現(xiàn)象也會發(fā)生，結果 常常使線圈無法使用；四是感應線圈易受到冰凍、鹽堿或繁 忙交通的影響；五是感應線圈壽命一般為23年，之后要破 壞路面，重新鋪設等。其它傳

3、感器如超聲波傳感器容易受環(huán) 境的影響，當風速6級以上時,反射波產生漂移而無法正常 檢測；探頭下方通過的人或物也會產生反射波，造成誤檢;紅 外傳感器工作現(xiàn)場的灰塵、冰霧會影響系統(tǒng)的正常工作。在 未來的智能交通運輸系統(tǒng)中，交通數(shù)據(jù)采集器將大范圍覆蓋 街道和公路，從而發(fā)揮數(shù)據(jù)采集的優(yōu)勢。傳感器的檢測準確 度對區(qū)域監(jiān)控方案的產生非常重要，所以用一種先進的、穩(wěn) 定準確的傳感系統(tǒng)代替現(xiàn)有的落后的傳感系統(tǒng)就成為一個 亟待解決的問題。在高速公路方面，目前的收費站大大地降低了高速公路 的通行能力，國外已有實行不停車收費的例子。在國內，不 停車收費也是發(fā)展的方向，在不停車收費中，需要數(shù)據(jù)采集 器自動識別車型以便根

4、據(jù)不同的車型收取相應的費用，這就 要求數(shù)據(jù)采集器不僅能檢測車流，而且還要準確識別出過往 車輛的類型?，F(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常都是根據(jù)車長來識別 車型，無法識別載重車輛，更不能滿足收費系統(tǒng)中根據(jù)車重 來收費的要求。二、設計目標及技術優(yōu)點設計目標根據(jù)交通監(jiān)管對交通信息采集的需要，設計和實現(xiàn)了一 種基于無線磁阻傳感器的車輛檢測系統(tǒng)，這種車輛檢測系統(tǒng) 與傳統(tǒng)的車輛檢測系統(tǒng)相比，有較高的檢測精度且方便安裝 和維護。根據(jù)磁阻傳感器檢測原理和EZRadioPRO無線通信 方式的特點，在此基礎上給出設計方案。對檢測器硬件系統(tǒng) 進行測試的過程中，總結出一種有利于提高檢測精度的檢測 器放置方式，并通過分析產生檢測誤

5、差的原因，提出了基于 小波變化的最優(yōu)閡值車輛檢測算法，并在傳統(tǒng)方法的基礎上 提出了基于時鐘同步的車速檢測方法，完成了車流量、車速 和車輛行駛方向的檢測功能。地磁傳感器技術及優(yōu)點地球的磁場在很廣闊的區(qū)域內（大約幾公里）是一定的。 大的鐵磁物體的磁擾動，如一輛汽車，可看作多個雙極性磁 鐵組成的模型。這些雙極性磁鐵具有北一南的極化方向，引 起地球磁場的擾動。這些擾動在汽車發(fā)動機和車輪處尤為明 顯，但也取決于在車輛內部、車頂或后備箱中有沒有其它鐵 磁物質。圖1說明了一個鐵磁性物體，如汽車，是如何擾動地球 磁場的，無論它是運動的還是靜止的。車輛經(jīng)過AMR傳感器 擺放的區(qū)域時，由于車輛內部鐵磁性物質的存在

6、導致了該區(qū) 域磁場分布不均勻。AMR傳感器可檢測由于車輛干擾而引起 的地磁場的變化，可以用于很多應用場合。磁阻傳感器感應到磁場分布這一變化，引起MR的阻值 發(fā)生變化，從而電路中的電流電壓產生變化，通過AD 一記 錄連續(xù)的電壓，通過信號的分析得出相應區(qū)域的交通流參 數(shù)，如車速、車流量等。傳感器位置不同 位置地磁偏量 一一、一v圖1車輛通過引起的地磁場變化基于磁阻傳感器的車輛檢測器有幾種應用方式：單軸檢 測器可以用來檢測車輛是否存在，根據(jù)車輛鐵磁物質含量的 不同，最遠檢測距離可達15米；兩個檢測器可以檢測車速; 檢測器還可以用于停車場的車位指示，讓司機選擇將車停在 何處。三個檢測器可以檢測車輛長度

7、識別不同類型的車輛， 可應用于交費系統(tǒng)中。AMR磁阻傳感器的優(yōu)點有：安裝、維修方便，不必封閉 車道、破壞路面，只需在需要檢測的檢測點吊架或路面裝置 即可；維修時只需換下AMR磁阻傳感器即可；檢測點不易遭 到破壞，不受路面移動影響；因為AMR磁阻傳感器是利用地 球磁場在鐵磁物體通過時的變化來檢測，所以它不受氣候的 影響；非車輛的鐵磁性物體通過時通過對數(shù)據(jù)庫的查詢可以 避免誤檢；容易集成化。EZRadioPRO無線通訊應用及優(yōu)點基于無線磁阻傳感器的車輛檢測系統(tǒng)分為路上設備（無 線傳感器節(jié)點sensorNode）和路旁設備（路邊匯聚節(jié)點 AeeessPoint）， sN采集到交通流信息后傳輸給AP。

8、所以采 用ZigBee通訊方式來進行SN和AP之間的數(shù)據(jù)傳輸。硬件 采用了 EZRadioPRO低功耗無線模塊來實現(xiàn)。ZigBee技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數(shù)據(jù) 傳輸速率、低成本的雙向無線通信技術，主要適合于自動控 制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備中，同時支持地理定 位功能。zigBee是一種基于IEEE802.15.4規(guī)范的全新無線網(wǎng)絡 數(shù)據(jù)通信技術協(xié)議，是一個由可多到65000個無線數(shù)據(jù)傳輸 模塊組成的一個無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡平臺。每一個zigBee網(wǎng) 絡數(shù)傳模塊類似移動網(wǎng)絡的一個基站，在整個網(wǎng)絡范圍內， 它們之間可以進行相互通信；每個網(wǎng)絡節(jié)點間的距離可以從 標準的75米，到擴展

9、后的幾百米，甚至幾公里；整個ZigBee網(wǎng)絡還可以與現(xiàn)有的其它的各種網(wǎng)絡連接。三、設計內容1.總圖IRAM地磁處理電路數(shù)據(jù)存儲電池管理電路時鐘電IRAM地磁處理電路數(shù)據(jù)存儲電池管理電路時鐘電信號處理器主CPU無線通訊電路2.各單元設計分析（1）信號處理器為了滿足低功耗的需求，特采用了 Sillicon公司的 SI1004處理器為信號處理器，該處理器可以達到250UW/MHz 的低功耗水平，而且自帶10位AD傳感器、EZRadioPRO無線 模塊和DC-DC電源轉換器，極大的減少了外圍器件，降低了 系統(tǒng)的整體功耗，提高了系統(tǒng)的可靠性。（2）AMR地磁感應處理電路為了今后擴展和升級的需要，特采用了3軸的地磁傳感 器進行數(shù)據(jù)的采集，通過調研最后采用了霍尼韋爾的 HMC1021單軸、HMC1022雙軸AMR地磁傳感器構成3軸地磁 傳感器。然后將得到的信號通過放大器進行放大，經(jīng)過帶通 濾波器進行信號處理，最后通過SI1004單片機自帶的10位 AD進行轉換得到所需要的數(shù)據(jù)。（3）射頻電路EZRaidoPRO無線模塊載波率段設定在