InSb磁阻传感器在智能交通应用

1、InSb磁阻传感器在智能交通应用摘要？N车辆信息进行监测，从而为交通监管部门提 供实时交通信息，构建智能交通监测系统。本文介磁阻式传 感器通过对汽车经过时引起的地磁扰动精确地转换为清晰 的电压信号，利用该信号可对车长、车速等多绍一种利用磁 阻式传感器构建的无线智能系统。关键词 传感器 智能 交通0 引言随着我国机动车保有量的飞速增长，越来越多的城市开 始面对严峻的交通拥堵问题，如北京、上海及各省会城市， 尤其是北京目前为缓解交通压力已实施尾号限行政策。如何 及时的监测各个路网的交通流量，并对车辆进行疏导，成为 智能交通的重点研究问题。目前国际上通常使用的车辆监测 技术主要有环形线圈法、视频和微

2、波雷达。（ 1）测速不准。线圈是根据电磁感应定律，与速度有 关系，响应时间长，低速无法正确识别；（ 2）漏拍率高。线圈之间互相串扰，高底盘车无法正 常检测；（ 3）灵敏度低。无法检测高底盘车，容易漏掉小型车辆（如：摩托车）（ 4）误报。车辆在线圈分界线检测，会造成同一辆车 测试有两条记录；（5）测量超速和逆行 单线圈没法测量，需要双线圈而 且保持一定距离，占地面积大 。本公司利用 InSb 磁阻原理制成的磁阻传感器在智能交 通监测方面的应用研究发展较快。基于该传感器的交通监测 系统具有尺寸小、安装方便、造价低廉、对非铁磁性物体无 反应、可靠性高等特点，同时可以避免地感线圈的相关技术 缺点。实验

3、证明将磁阻式传感器用于交通监测，对车辆的车 长进行估计、车型进行分类有较好的效果。利用AD 公司的ARM 芯片以及 WiFi 设计了基于磁阻式传感器的无线 W iFi 智能交通监测设备。该系统前端采用ADHC7026 来采集磁阻式传感器在车辆通过时产生的电压信号，之后通过无线 WiFi 网络传送给安置在附近的信息收集节点，最后由信息收集节 点经过数据分析和过滤后，通过GPRS网络传送给交通部门的实时监控中心，最终实现对交通的智能监控。本文首先介 绍了基于地磁车辆监测的工作原理，之后阐述了WiST 的总体架构设计，之后从硬件节点设计与软件设计上进行了分析。 最后通过半实物仿真对 wiST 系统的

4、性能进行了实验。1 基于磁阻式传感器对车辆监测的原理（ 1）磁阻式传感器。其阻值随着磁场变化而改变。磁 阻式传感器的基础元件是惠斯通电桥，组成电桥的电阻是InSb薄膜沉积于硅晶片表面制成，惠斯通电桥将磁场的变化 转换为差分电压的形式输出是同一种结构，则所有 4 只电阻 器的电阻是相同的。正交施加磁场使 2 只反向放置的电阻， 目标物通过电阻的先后顺序，使电阻有一个增量尺。在剩 下的2只反向放置的电阻器中，导致电阻减少厶 R。电桥输 出为 Vout= （ R/R ） Vb 。（2）车辆通过时磁阻式传感器的电压变化当车辆通过 具有磁阻式传感器监溯地区时，地磁传感器将收到汽车车体 铁质材料干扰引起磁

5、通量变化从而引起磁阻测量值的变化。 地磁传感器一般置于车辆行驶的道路中央，基本出于汽车通 过时的正下方。对于多车道的公路，则需要置放多个地磁传 感器监测设备并需对车道问的干扰进行有效的滤波，以提高测量的精度性。2 WiST的总体设计其中地磁传感器监测设备作为整个系统中最重要的前 端设备， 其采用短距离 43 3MHZ 的载波频率与道路信息中转 设备进行无线数据通信，其可接收道路信息中转设备的控制 命令，如：何时休眠、对敏感车型的重点监铡、隔多长周期 进行一次数据汇报等。道路信息中转中心在WiST系统中主要起信息中转作用，其由太阳能供电，定期通过GPRS模块 向交管部门的数据处理中心发送数据。同

6、时，道路信息中转中心也可接收交管部门下发的控制信息，对前端的各地磁传 感器监测设备进行配置 位于交管部门的道路数据处理中心， 其是 WiST 系统的后端设备， 其主要由道路数据信息库， 专 家知识库、道路决策中心三部分组成，负责对前端地磁传感 器监测设备采集到的数据信息进行分析与处理。2.1 基于地磁传感器监测设备的硬件设计系统 InSb 磁阻芯片作为道路磁场测量传感器， 该传感器 为一维磁阻微电路传感器， ，磁阻式传感器可在无外部线圈 辅助的情况下，达到 30 Gauss 的监测分辨率。处理器选用 AD公司的ADuc7026，选用该款传感器芯片，主要因为该芯 片优良的 AD 采集处理能力，该

7、处理器具有 40M 的主频 ARM7 处理器， 16 路 1 2 位 AD 采样通道，采样速率可达 lMIPS 为了能够提高地磁传感器监测设备的运算与处理能力，硬件 设计时外扩了数据带宽为 16bit的两块256KB的RAM。此外， 系统采用微网高通的 w i M433MUA0I无线模块，该模块内 置TCP协议栈，使用433MHZ的载波频率，最高能够达到 38.4Kbps 的无线数据传输速率，对于车辆通过时产生的数据 传输要求，该模块足可胜任。地磁传感器监测设备主要可划 分为配置管理模块、数据采集处理模块、无线收发模块。 v= （ Ioo）/（f 3600） （1）。2.2 基于地磁传感器监测

8、设备的软件设计 磁场传感器监测设备的软件编写，主要包括监测设备上 信息数据的采集， 对采集的数据进行峰值提取，无线数据 发送三个模块。其中数据采集模块较为简单，只要通过设置 ADuc7026 的相关寄存器， 便可对数据采样率进行控制。 由上 节最后一段叙述可知，对采集到的数据特征值点所在时间点 精确的提取，将有助于精确的测量车速与车长。地磁传感器 监溯设备一般采用蓄电池供电， 因此，在硬件上实现滤波 一方面会增加设备的成本， 另一方面则会增加设备能耗， 降 低设备生存期。因此本文采取软件滤波与平滑的策略。2.3 基于地磁传感器设备的数据采集 处理模块设计地磁传感器设备上电后，会首先设置复位 并读取设备上存储的配置信息，对 AD 采集模块、无线收发 模块等模块进行配置。最后，地磁传感器设备进入 AD 数据 的采集处理循环程序，对数据采集后进行滤波处理。由于大 地磁场随着环境，如：天气，温度、时间会有一定的变化， 并不会如图3中X轴那样的平稳，因此本文设计，当AD数