磁阻傳感器HMC5883L在車輛檢測及分類中的應(yīng)用

摘 要 本文采用三軸各向異性磁阻傳感器HMC5883L設(shè)計了一種車輛檢測與車型分類系統(tǒng)，針對車輛首尾相接與大型車輛的檢測矛盾，利用磁阻傳感器三軸磁場信息提取車輛特征信號對車輛進行分類。該系統(tǒng)成本低、傳感器節(jié)點小、車輛檢測分類精度高，可廣泛用于軍事偵察及智能交通等領(lǐng)域的車輛檢測及分類。

【關(guān)鍵詞】HMC5883L 車輛檢測 車型分類

1 引言

目前，各國學者對磁阻傳感器檢測車輛的原理及相關(guān)算法進行了研究，這些研究都是基于地磁場強度垂直分量展開的，已提出的車輛檢測算法均沒有考慮大型車輛被判為多輛車與車輛漏檢的情況對最終車輛檢測數(shù)量的相互彌補，而本文要在車輛檢測的基礎(chǔ)上對車型進行分類。

國內(nèi)外現(xiàn)有的研究多數(shù)是基于單軸或雙軸磁場信號實現(xiàn)車輛的檢測與分類，沒有充分利用空間磁場信息，不能全面體現(xiàn)車輛的擾動，導致車輛檢測分類精度不高、車型劃分種類少。針對車輛檢測分類的需求，采用新型三軸磁阻傳感器HMC5883L以及無線通信模塊XL02-232AP1研制了一種車輛檢測分類系統(tǒng)。

2 磁阻傳感器檢測分類車輛原理

磁阻傳感器的基礎(chǔ)器件是恵斯通電橋，組成電橋的電阻由鎳鐵合金材料制成，該電阻的阻值在一定范圍內(nèi)與磁場矢量變化呈線性關(guān)系。當含鐵磁物質(zhì)的物體（ 如車輛） 經(jīng)過磁阻傳感器時，會對傳感器周圍的地磁場造成擾動，磁阻傳感器可以檢測出由于車輛的經(jīng)過而產(chǎn)生的地磁場變化，不同類型的車輛包含的鐵磁性材料大小和形狀均不同，從而不同類型的車輛對地磁場產(chǎn)生的擾動也不同，依據(jù)這個原理可以對車輛進行分類。

3 傳感器節(jié)點設(shè)計

本文選用一種三軸數(shù)字式磁阻傳感器HMC5883L，該傳感器采用霍尼韋爾各向異性磁阻（AMR）技術(shù)，封裝在3.0×3.0×0.9 mm LCC 表面裝配中，具有12 bit 的ADC 模塊，能在±8 高斯的磁場中實現(xiàn)5 毫高斯分辨率。內(nèi)部帶有自檢功能、驅(qū)動電路以及I2C 數(shù)字接口。該傳感器可以同時實現(xiàn)X、Y、Z 三軸磁場測量，具有測量精度高、測量范圍廣、體積小、集成度高等特點。該傳感器在測量過程中，產(chǎn)生一次置位脈沖進行一次測量，產(chǎn)生一次復位脈沖后再次測量，兩次測量差值的一半放置在輸出寄存器上，這樣不僅可以消除內(nèi)部偏差以及溫度漂移，還從源頭上削弱了傳感器輸出基準值的漂移。

傳感器節(jié)點由HMC5883L磁阻傳感器及輔助電路組成。針對車輛檢測和車型分類僅使用了節(jié)點上的磁阻傳感器，具有低功耗特性，工作在測量模式時平均電流功耗僅為100 μA，節(jié)點最大能量消耗主要是在無線發(fā)送與接收數(shù)據(jù)中，平均電流功耗約為43 mA，所以應(yīng)盡可能減少發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的頻率。

4 數(shù)據(jù)采集

本文數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。傳感器節(jié)點采集車輛磁場信號，通過無線通信模塊XL02-232AP1將數(shù)據(jù)發(fā)送給匯聚節(jié)點，匯聚節(jié)點通過RS232 串口將數(shù)據(jù)發(fā)送給PC 上位機。

5 車輛檢測及車型分類

現(xiàn)有的車輛檢測算法是宏觀統(tǒng)計系統(tǒng)檢測出的車輛數(shù)和實際經(jīng)過的車輛數(shù)，沒有考慮車輛首尾相接的漏檢以及大型車輛誤判為多輛車的相互彌補，因此易得出較高的檢測精度，而本文需要在檢測出車輛的基礎(chǔ)上對車型進行分類，而車輛漏檢以及多檢會直接影響后續(xù)的車型特征提取與車型分類，對車輛檢測提出了更高的要求。由于不同類型的車輛鐵磁性材料以及結(jié)構(gòu)不同，從而對地磁場產(chǎn)生的擾動也會不同，傳感器檢測到的車輛磁場波形也不同，而同一類型的車輛對地磁場的擾動大致相同，因此不同波形的特征間接表現(xiàn)出車輛的類型，波形特征提取的優(yōu)劣直接影響車型分類精度，良好的特征應(yīng)具有4 個特點：可區(qū)別性（ 不同類特征值有明顯差異） 、可靠性（ 重復性好）、獨立性（ 各特征之間應(yīng)彼此不相干） 、數(shù)量少（ 特征向量的維數(shù)決定了模式檢測系統(tǒng)的復雜程度） 。

本文在賈寧等人提出的將原始車輛磁場強度矢量信號處理后直接作為特征向量的特征提取方法基礎(chǔ)上，簡化了向量維數(shù)歸一化算法，并且待分析信號選擇信息量更豐富的X、Y、Z 三軸磁場信號對采集的原始數(shù)據(jù)進行分析，確定最佳分類數(shù)量為5，參考中國汽車分類標準（ GB 9417—89） 得知這五類分別代表了微型轎車、中高型轎車、公交車、摩托車以及城市SUV（ 測試地點沒有卡車、大卡車、牽引車、掛車等） 。

6 結(jié)論

使用新型磁阻傳感器HMC5883L對車輛進行檢測和分類，獲得了傳感器三軸磁場數(shù)據(jù)，可以有效解決車輛首尾相接與大型車輛（ 如公交車） 檢測之間存在的矛盾，利用三軸磁場數(shù)據(jù)重新提取車輛磁場信號特征，對車型進行分類。該車輛檢測分類系統(tǒng)可廣泛用于軍事偵察及智能交通等領(lǐng)域的車輛檢測及分類。

參考文獻

[1]楊波，鄒富強.異向性磁阻傳感器檢測車流量的新方法[J].浙江大學學報：工學版，2011，45（12）：2109-2114.

[2]尚群立，殷玲玲.基于磁阻原理非接觸式位移測量的非線性方法[J].儀器儀表學報，2007，28（03）：524-528

[3]賈寧，馬壽峰，陳華.一種基于地磁感應(yīng)的車型分類算法[J].計算機應(yīng)用研究，2010，27（04）：1270-1272.

[4]張玉華，賈利民.新型智能車輛檢測儀靈敏度自修復與自校準技術(shù)研究[J].儀器儀表學報，2011，32（05）：1177-1182.

[5]潘霓，駱樂，聞育.基于磁阻傳感器的車輛檢測算法綜述[J].計算機工程與應(yīng)用，2009，45（19）：245-248.

作者簡介

李娣娜（1982-），女，陜西省富平縣人。碩士學位。現(xiàn)為延安大學西安創(chuàng)新學院講師。主要從事電子技術(shù)教學及信號處理、單片機等方面的研究。

作者單位

延安大學西安創(chuàng)新學院 陜西省西安市 710100