關于AMR磁阻傳感器的無線車位檢測設計研究

童欣

摘?要：隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，各個城市的汽車擁有量越來越多，由于城市的各種交通設施還相對比較落后，這就在一定程度上加劇了城市的交通壓力，因此造成了許多交通安全事故的發(fā)生。其中城市交通系統(tǒng)中巨大的壓力之一就是城市的泊車問題，針對城市日益增長的車位需求，本篇文章就分析了一種基于各向異性磁阻傳感器在城市車位檢測中的應用，這種車位檢測設計利用車輛影響周邊磁場分布的原理，利用高靈敏度的各項異性磁阻傳感器以及特定的磁場檢測方法，判斷實際車位的占用情況。

關鍵詞：磁阻傳感器;ZigBee;車位檢測;多狀態(tài)機算法

一、AMR磁阻傳感器的原理及應用

現(xiàn)如今，車輛的檢測技術可以有效的調度城市有限的停車資源，在許多大型場所，有線的車輛檢測技術不利于實際的應用，而無線傳感器網(wǎng)絡則十分有利于車輛的檢測和調試。本篇文章所提出的AMR磁阻傳感器可以有效檢測車輛周圍的磁場變化，進而起到測量信號采集的效果。

磁阻效應指的是某一物質在磁場中電阻會發(fā)生變化，尤其是對于強金屬來說，當金屬的外加磁場與磁體內部磁化方向相同時，電阻幾乎不會隨著外加磁場的變化而變化，當外加磁場與金屬內部磁場發(fā)生偏離之后，金屬電阻值變小的現(xiàn)象就是各向異性磁阻小歐應。

AMR是一種新型的地磁感應器，非常適合工作在地球的磁場范圍之內，并且這種地磁感應器的靈敏度高、體積小、能耗少、兼容性較強，各向異性磁阻傳感器的基礎元件就是惠斯通電橋，當電阻中有電流流過時，在電橋中施加一個偏離磁場，會使得兩個相對放置的磁場變化順著電流方向轉動，使得電阻的阻值增加，另外兩個相對放置的電阻磁場方向會逆著電流方向的變化而變化，電阻阻值會減小，而外加磁場的變化可以利用電壓的變化進行判斷。

二、車輛對地磁擾動的模型

不管汽車是運動的還是靜止的，由于汽車內部存在鐵磁性物質，必定會影響原本分布均勻的磁場。車位檢測系統(tǒng)的總體設計思路就是在每一個車位中安裝一個AMR傳感器，判斷車位上是否存在車輛，同時，這個傳感器還可以遠程監(jiān)測，進行車位磁場數(shù)據(jù)的讀取工作，經(jīng)過一段時間的實踐，相關檢測人員還發(fā)現(xiàn)，汽車產(chǎn)生磁場擾動與汽車的大小、形狀以及汽車與傳感器的距離有著很大的聯(lián)系。

三、車輛檢測節(jié)點硬件設計

（一）系統(tǒng)設計結構圖

車輛節(jié)點檢測系統(tǒng)利用HMC1022采集汽車車位的節(jié)點信號，然后再利用CC2530進行數(shù)據(jù)轉換，最后由系統(tǒng)的ZigBee進行數(shù)據(jù)的傳輸，STM32F10X分析接收到的數(shù)據(jù)，并分析檢測車位的占用狀況。

（二）HMC1022接口電路

HMC1022輸出的信號分別設置為OUTA和OUTB，兩種信號的放大利用AD622進行，然后利用參考端對設置進行精密補償，獲得最佳的數(shù)據(jù)處理效果

（三）AMR傳感器的復位

由于HMC1022磁阻傳感器的磁場強度在5-6G之間，因此可以在裝置中加入置位復位電路進行消磁處理，在設計過程中一定要考慮系統(tǒng)的低功耗因素，保障裝置可以達到良好的消磁效果。

四、車輛檢測軟件設計

（一）信號平滑濾波處理

采集的信號經(jīng)過轉換和處理之后得到電壓的變化量，然后進行濾波的處理，利用相關軟件以及閾值處理方法進行車輛有無信息的檢測。為了提高數(shù)據(jù)測量的精準度，就需要對這些噪聲進行濾波處理，本篇文章所提出的磁阻傳感器車位監(jiān)測設計利用的是對數(shù)據(jù)進行連續(xù)檢測，然后取數(shù)據(jù)的平均值，每一次采樣的數(shù)據(jù)進行一次均值的輸出，既保證了車輛檢測的實時性，同時也達到了濾波的效果。

（二）多狀態(tài)機的車位檢測算法

多中間狀態(tài)的狀態(tài)機檢測主要包括五個狀態(tài)，即nocar、car、count1、count0、count00，其中后兩者為中間狀態(tài)，前兩者為輸出狀態(tài)，通過利用多狀態(tài)機的五個狀態(tài)檢測方法可以檢測車輛由何時進入檢測區(qū)，還可以檢測車輛離開檢測器的中間狀態(tài)，可以更好地從時間序列當中提取準確的車輛信息。

（三）AMR終端節(jié)點組網(wǎng)

由于cc2530帶有Z-STACK協(xié)議棧，測量節(jié)點作為路由器和終端STM32構成協(xié)調器，然后對ZigBee網(wǎng)絡拓撲結構進行組建，網(wǎng)絡組建成功之后，利用協(xié)調器可以搜索這一結構當中是否有新的節(jié)點加入，然后為新的節(jié)點分配相應的網(wǎng)絡地址，隨后為系統(tǒng)設置每隔一段時間進行數(shù)據(jù)采集，并且主動接收或者通過路由器向協(xié)調器發(fā)送數(shù)據(jù)采集的信息，實時的監(jiān)測系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)之后，將數(shù)據(jù)分析傳送給pc機。

五、車輛檢測試驗數(shù)據(jù)分析

在本次研究過程當中，一共進行了40組的數(shù)據(jù)檢測，通過采集原始電壓以及車輛停入車位之后的電壓變化，利用多狀態(tài)機的算法判斷車輛是否存在，這種磁阻傳感器的車位檢測方法與人工數(shù)據(jù)測量相比，精準度更高，檢測有效率可以達到97%，誤差檢測的主要原因是因為相鄰車位的消防栓以及鐵閘門干擾所致的。

六、總結

總而言之，本次設計最終實現(xiàn)了車位占用情況的實時檢測，利用低功耗高效率的設計原則，設計出來了適合我國現(xiàn)階段城市車位檢測的城市實時車位檢測系統(tǒng)。雖然如此，但是本次設計還存在著不足。比如說檢測的有效率會受到相鄰車位消防栓和鐵閘門的干擾，并且節(jié)點的綠色能源充電方面還沒有達到相應的標準，需要后續(xù)的不斷改進。

參考文獻：

[1]龐家成，徐新民.基于AMR磁阻傳感器的無線車位檢測設計[J].微型機與應用，2016，（12）.