InSb磁阻傳感器在智能交通應用

丁加春

摘 要 種車輛信息進行監測，從而為交通監管部門提供實時交通信息，構建智能交通監測系統。本文介磁阻式傳感器通過對汽車經過時引起的地磁擾動精確地轉換為清晰的電壓信號，利用該信號可對車長、車速等多紹一種利用磁阻式傳感器構建的無線智能系統。

關鍵詞 傳感器 智能 交通

0引言

隨著我國機動車保有量的飛速增長，越來越多的城市開始面對嚴峻的交通擁堵問題，如北京、上海及各省會城市，尤其是北京目前為緩解交通壓力已實施尾號限行政策。如何及時的監測各個路網的交通流量，并對車輛進行疏導，成為智能交通的重點研究問題。目前國際上通常使用的車輛監測技術主要有環形線圈法、視頻和微波雷達。

（1）測速不準。線圈是根據電磁感應定律，與速度有關系，響應時間長，低速無法正確識別；

（2）漏拍率高。線圈之間互相串擾，高底盤車無法正常檢測；

（3）靈敏度低。無法檢測高底盤車，容易漏掉小型車輛（如：摩托車）；

（4）誤報。車輛在線圈分界線檢測，會造成同一輛車測試有兩條記錄；

（5）測量超速和逆行 單線圈沒法測量，需要雙線圈而且保持一定距離，占地面積大 。

本公司利用InSb磁阻原理制成的磁阻傳感器在智能交通監測方面的應用研究發展較快。基于該傳感器的交通監測系統具有尺寸小、安裝方便、造價低廉、對非鐵磁性物體無反應、可靠性高等特點，同時可以避免地感線圈的相關技術缺點。實驗證明將磁阻式傳感器用于交通監測，對車輛的車長進行估計、車型進行分類有較好的效果。利用AD公司的ARM 芯片以及WiFi設計了基于磁阻式傳感器的無線W iFi智能交通監測設備。該系統前端采用ADHC7026來采集磁阻式傳感器在車輛通過時產生的電壓信號，之后通過無線WiFi網絡傳送給安置在附近的信息收集節點，最后由信息收集節點經過數據分析和過濾后，通過GPRS網絡傳送給交通部門的實時監控中心，最終實現對交通的智能監控。本文首先介紹了基于地磁車輛監測的工作原理，之后闡述了WiST的總體架構設計，之后從硬件節點設計與軟件設計上進行了分析。最后通過半實物仿真對wiST系統的性能進行了實驗。

1基于磁阻式傳感器對車輛監測的原理

（1）磁阻式傳感器。其阻值隨著磁場變化而改變。磁阻式傳感器的基礎元件是惠斯通電橋，組成電橋的電阻是InSb薄膜沉積于硅晶片表面制成，惠斯通電橋將磁場的變化轉換為差分電壓的形式輸出是同一種結構，則所有4只電阻器的電阻是相同的。正交施加磁場使2只反向放置的電阻，目標物通過電阻的先后順序，使電阻有一個增量△尺。在剩下的2只反向放置的電阻器中，導致電阻減少△R。電橋輸出為Vout= （△R/R ）Vb 。

（2）車輛通過時磁阻式傳感器的電壓變化當車輛通過具有磁阻式傳感器監溯地區時，地磁傳感器將收到汽車車體鐵質材料干擾引起磁通量變化從而引起磁阻測量值的變化。地磁傳感器一般置于車輛行駛的道路中央，基本出于汽車通過時的正下方。對于多車道的公路，則需要置放多個地磁傳感器監測設備并需對車道問的干擾進行有效的濾波， 以提高測量的精度性。

2 WiST的總體設計

其中地磁傳感器監測設備作為整個系統中最重要的前端設備，其采用短距離43 3MHZ的載波頻率與道路信息中轉設備進行無線數據通信，其可接收道路信息中轉設備的控制命令，如：何時休眠、對敏感車型的重點監鍘、隔多長周期進行一次數據匯報等。道路信息中轉中心在WiST系統中主要起信息中轉作用，其由太陽能供電，定期通過GPRS模塊向交管部門的數據處理中心發送數據。同時，道路信息中轉中心也可接收交管部門下發的控制信息，對前端的各地磁傳感器監測設備進行配置 位于交管部門的道路數據處理中心， 其是WiST 系統的后端設備， 其主要由道路數據信息庫， 專家知識庫、道路決策中心三部分組成，負責對前端地磁傳感器監測設備采集到的數據信息進行分析與處理。

2.1基于地磁傳感器監測設備的硬件設計

系統InSb磁阻芯片作為道路磁場測量傳感器，該傳感器為一維磁阻微電路傳感器，，磁阻式傳感器可在無外部線圈輔助的情況下，達到30 Gauss的監測分辨率。處理器選用AD 公司的ADuc7026，選用該款傳感器芯片，主要因為該芯片優良的AD 采集處理能力，該處理器具有40M 的主頻ARM7處理器，16路1 2位AD 采樣通道，采樣速率可達lMIPS。為了能夠提高地磁傳感器監測設備的運算與處理能力，硬件設計時外擴了數據帶寬為16bit的兩塊256KB的RAM。此外，系統采用微網高通的w i—M433MUA0l無線模塊，該模塊內置TCP協議棧，使用433MHZ的載波頻率，最高能夠達到38.4Kbps的無線數據傳輸速率，對于車輛通過時產生的數據傳輸要求，該模塊足可勝任。地磁傳感器監測設備主要可劃分為配置管理模塊、數據采集處理模塊、無線收發模塊。v=（ loo）/（f 3600） （1）。

2.2基于地磁傳感器監測設備的軟件設計

磁場傳感器監測設備的軟件編寫，主要包括監測設備上信息數據的采集， 對采集的數據進行峰值提取，無線數據發送三個模塊。其中數據采集模塊較為簡單，只要通過設置ADuc7026的相關寄存器，便可對數據采樣率進行控制。由上節最后一段敘述可知，對采集到的數據特征值點所在時間點精確的提取，將有助于精確的測量車速與車長。地磁傳感器監溯設備一般采用蓄電池供電， 因此，在硬件上實現濾波一方面會增加設備的成本，另一方面則會增加設備能耗， 降低設備生存期。因此本文采取軟件濾波與平滑的策略。

2.3基于地磁傳感器設備的數據采集

處理模塊設計地磁傳感器設備上電后，會首先設置復位并讀取設備上存儲的配置信息，對AD 采集模塊、無線收發模塊等模塊進行配置。最后，地磁傳感器設備進入AD 數據的采集處理循環程序，對數據采集后進行濾波處理。由于大地磁場隨著環境，如：天氣，溫度、時間會有一定的變化，并不會如圖3中X軸那樣的平穩， 因此本文設計，當AD數據采集，濾波完成后，將會判斷波形是否發生了較大變化，若沒有，則將此波形對沒有車輛通過時的波形進行記錄。

3結語

本文敘述了一種基于InSb磁阻式傳感器的無線只能交通監測系統， 并著重介紹了其中最重要的設備一無線磁阻式傳感器監測設備的設計方案以及軟硬件實現。