童欣

摘?要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各個(gè)城市的汽車擁有量越來越多，由于城市的各種交通設(shè)施還相對(duì)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(duì)城市日益增長(zhǎng)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(cè)中的應(yīng)用，這種車位檢測(cè)設(shè)計(jì)利用車輛影響周邊磁場(chǎng)分布的原理，利用高靈敏度的各項(xiàng)異性磁阻傳感器以及特定的磁場(chǎng)檢測(cè)方法，判斷實(shí)際車位的占用情況。

關(guān)鍵詞：磁阻傳感器;ZigBee;車位檢測(cè);多狀態(tài)機(jī)算法

一、AMR磁阻傳感器的原理及應(yīng)用

現(xiàn)如今，車輛的檢測(cè)技術(shù)可以有效的調(diào)度城市有限的停車資源，在許多大型場(chǎng)所，有線的車輛檢測(cè)技術(shù)不利于實(shí)際的應(yīng)用，而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)則十分有利于車輛的檢測(cè)和調(diào)試。本篇文章所提出的AMR磁阻傳感器可以有效檢測(cè)車輛周圍的磁場(chǎng)變化，進(jìn)而起到測(cè)量信號(hào)采集的效果。

磁阻效應(yīng)指的是某一物質(zhì)在磁場(chǎng)中電阻會(huì)發(fā)生變化，尤其是對(duì)于強(qiáng)金屬來說，當(dāng)金屬的外加磁場(chǎng)與磁體內(nèi)部磁化方向相同時(shí)，電阻幾乎不會(huì)隨著外加磁場(chǎng)的變化而變化，當(dāng)外加磁場(chǎng)與金屬內(nèi)部磁場(chǎng)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(yīng)。

AMR是一種新型的地磁感應(yīng)器，非常適合工作在地球的磁場(chǎng)范圍之內(nèi)，并且這種地磁感應(yīng)器的靈敏度高、體積小、能耗少、兼容性較強(qiáng)，各向異性磁阻傳感器的基礎(chǔ)元件就是惠斯通電橋，當(dāng)電阻中有電流流過時(shí)，在電橋中施加一個(gè)偏離磁場(chǎng)，會(huì)使得兩個(gè)相對(duì)放置的磁場(chǎng)變化順著電流方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使得電阻的阻值增加，另外兩個(gè)相對(duì)放置的電阻磁場(chǎng)方向會(huì)逆著電流方向的變化而變化，電阻阻值會(huì)減小，而外加磁場(chǎng)的變化可以利用電壓的變化進(jìn)行判斷。

二、車輛對(duì)地磁擾動(dòng)的模型

不管汽車是運(yùn)動(dòng)的還是靜止的，由于汽車內(nèi)部存在鐵磁性物質(zhì)，必定會(huì)影響原本分布均勻的磁場(chǎng)。車位檢測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路就是在每一個(gè)車位中安裝一個(gè)AMR傳感器，判斷車位上是否存在車輛，同時(shí)，這個(gè)傳感器還可以遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，進(jìn)行車位磁場(chǎng)數(shù)據(jù)的讀取工作，經(jīng)過一段時(shí)間的實(shí)踐，相關(guān)檢測(cè)人員還發(fā)現(xiàn)，汽車產(chǎn)生磁場(chǎng)擾動(dòng)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(cè)節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

（一）系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖

車輛節(jié)點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)利用HMC1022采集汽車車位的節(jié)點(diǎn)信號(hào)，然后再利用CC2530進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，最后由系統(tǒng)的ZigBee進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，STM32F10X分析接收到的數(shù)據(jù)，并分析檢測(cè)車位的占用狀況。

（二）HMC1022接口電路

HMC1022輸出的信號(hào)分別設(shè)置為OUTA和OUTB，兩種信號(hào)的放大利用AD622進(jìn)行，然后利用參考端對(duì)設(shè)置進(jìn)行精密補(bǔ)償，獲得最佳的數(shù)據(jù)處理效果

（三）AMR傳感器的復(fù)位

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

四、車輛檢測(cè)軟件設(shè)計(jì)

（一）信號(hào)平滑濾波處理

采集的信號(hào)經(jīng)過轉(zhuǎn)換和處理之后得到電壓的變化量，然后進(jìn)行濾波的處理，利用相關(guān)軟件以及閾值處理方法進(jìn)行車輛有無信息的檢測(cè)。為了提高數(shù)據(jù)測(cè)量的精準(zhǔn)度，就需要對(duì)這些噪聲進(jìn)行濾波處理，本篇文章所提出的磁阻傳感器車位監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)利用的是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)，然后取數(shù)據(jù)的平均值，每一次采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行一次均值的輸出，既保證了車輛檢測(cè)的實(shí)時(shí)性，同時(shí)也達(dá)到了濾波的效果。

（二）多狀態(tài)機(jī)的車位檢測(cè)算法

多中間狀態(tài)的狀態(tài)機(jī)檢測(cè)主要包括五個(gè)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(jī)的五個(gè)狀態(tài)檢測(cè)方法可以檢測(cè)車輛由何時(shí)進(jìn)入檢測(cè)區(qū)，還可以檢測(cè)車輛離開檢測(cè)器的中間狀態(tài)，可以更好地從時(shí)間序列當(dāng)中提取準(zhǔn)確的車輛信息。

（三）AMR終端節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)

由于cc2530帶有Z-STACK協(xié)議棧，測(cè)量節(jié)點(diǎn)作為路由器和終端STM32構(gòu)成協(xié)調(diào)器，然后對(duì)ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行組建，網(wǎng)絡(luò)組建成功之后，利用協(xié)調(diào)器可以搜索這一結(jié)構(gòu)當(dāng)中是否有新的節(jié)點(diǎn)加入，然后為新的節(jié)點(diǎn)分配相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)地址，隨后為系統(tǒng)設(shè)置每隔一段時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并且主動(dòng)接收或者通過路由器向協(xié)調(diào)器發(fā)送數(shù)據(jù)采集的信息，實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)之后，將數(shù)據(jù)分析傳送給pc機(jī)。

五、車輛檢測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

在本次研究過程當(dāng)中，一共進(jìn)行了40組的數(shù)據(jù)檢測(cè)，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(jī)的算法判斷車輛是否存在，這種磁阻傳感器的車位檢測(cè)方法與人工數(shù)據(jù)測(cè)量相比，精準(zhǔn)度更高，檢測(cè)有效率可以達(dá)到97%，誤差檢測(cè)的主要原因是因?yàn)橄噜徿囄坏南浪ㄒ约拌F閘門干擾所致的。

六、總結(jié)

總而言之，本次設(shè)計(jì)最終實(shí)現(xiàn)了車位占用情況的實(shí)時(shí)檢測(cè)，利用低功耗高效率的設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)出來了適合我國(guó)現(xiàn)階段城市車位檢測(cè)的城市實(shí)時(shí)車位檢測(cè)系統(tǒng)。雖然如此，但是本次設(shè)計(jì)還存在著不足。比如說檢測(cè)的有效率會(huì)受到相鄰車位消防栓和鐵閘門的干擾，并且節(jié)點(diǎn)的綠色能源充電方面還沒有達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，需要后續(xù)的不斷改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]龐家成，徐新民.基于AMR磁阻傳感器的無線車位檢測(cè)設(shè)計(jì)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2016，（12）.