【正文】 所有的從機(jī)都將以這樣得數(shù)據(jù)傳輸模式進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)基站有道數(shù)據(jù)后就會(huì)拿出每個(gè)從機(jī)的固有 ID 號(hào)與自己的已經(jīng)存儲(chǔ)的 ID 號(hào)進(jìn)行比較匹配，如果最后能夠成功匹配，則基站可以響應(yīng)從機(jī)所要求得具體動(dòng)作，否則主機(jī)不與相應(yīng)此從機(jī)的數(shù)據(jù)處理要求。 傳感器節(jié)點(diǎn)與數(shù)據(jù)控制基站的通信 前文中講述， AMR 傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)通過(guò) TI 公司的無(wú)線射頻芯片 CC11O1 進(jìn)行鏈接通信 ，由于本文的系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般為停車(chē)場(chǎng)或者路邊停車(chē)位，所以再考慮到不影響檢測(cè)準(zhǔn)確度的前提下，本文采取一個(gè)數(shù)據(jù)控制基站可以控制多個(gè) AMR 傳感器前端。 待檢測(cè)區(qū)域就是指車(chē)輛還沒(méi)有駛?cè)雮鞲衅鞯臋z測(cè)范圍內(nèi)的時(shí)候，此時(shí)傳感器穩(wěn)定后的返回 值為其純外界條件的返回值，即靜態(tài)基準(zhǔn)值。 27 車(chē)輛檢測(cè)算法 本文中采取的數(shù)據(jù)點(diǎn)是基于時(shí)間順序而依次 輸出的，可以得到數(shù)據(jù)組合為 X 的離散數(shù)據(jù)，因此車(chē)位檢測(cè)的算法就可以依照時(shí)間順序展開(kāi)，具體如下：時(shí)間間隔相等的時(shí)間數(shù)據(jù)集合就是數(shù)據(jù)序列，其可以表達(dá)為 ? ?nxxxxX , 321 ???? ，其中 ? ?iii vtx ,? ，其中 ix 為其時(shí)間序列的狀態(tài)點(diǎn)， iv 則表示在對(duì)應(yīng)的 it 時(shí)刻所輸出的磁場(chǎng)值大小。從上圖得數(shù)據(jù)反應(yīng)和實(shí)際測(cè)量對(duì)應(yīng)車(chē)輛行駛情況來(lái)看， Z 軸 X 軸和 Y 軸都是在橫軸坐標(biāo)為 26 150 得位置得時(shí)候分別輸出自己的最大磁場(chǎng)值或者最低磁場(chǎng)值，而由實(shí)際情況得出當(dāng)達(dá)到此值得時(shí)候正是車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機(jī)部分位于傳感器正上方的時(shí)候。車(chē)停 25 位的檢測(cè)更在乎的是車(chē)輛各部分對(duì)磁場(chǎng)的擾動(dòng)情況，大多時(shí)候車(chē)輛并不會(huì)全部從傳感器的上方經(jīng)過(guò) ，有時(shí)候車(chē)輛在傳感器上方走走停停，前進(jìn)后退的，這種情況很正常，也很常見(jiàn)。這種算法就能大大減小信號(hào)處理的運(yùn)算量，但是它的問(wèn)題也是顯而易見(jiàn)的，因?yàn)閭鞲衅鞯臋z測(cè)環(huán)境相較來(lái)說(shuō)很復(fù)雜，要檢測(cè)的車(chē)輛類型也是不盡相同的，所以就導(dǎo)致它們對(duì)地磁輸出信號(hào)的影響強(qiáng)度大不一樣，初次之外， AMR 傳感器會(huì)收到隨著時(shí)間的流動(dòng)，自身的靈敏度以及靜態(tài)基準(zhǔn)點(diǎn)的漂移等影響。具體如下： 表 41 HMC5883L 在本檢測(cè)系統(tǒng)中的寄存器配置 寄存器 數(shù)值（ 8 位） 意義 配置寄存器 A 0X68 采樣平均數(shù) 8 次，輸出速率 3HZ 配置寄存器 B 0X20(默認(rèn) ) 1090 的增益，輸出數(shù)據(jù)為 2048— 2047 模式寄存器 0X00 連續(xù)測(cè)量模式 配置好 AMR 傳感器并讓它開(kāi)始在工作狀態(tài)下的時(shí)候，其會(huì)自動(dòng)檢測(cè)周?chē)艌?chǎng)。 2)主機(jī)從從機(jī)讀取數(shù)據(jù) ，其數(shù)據(jù)格式大致和單方向?qū)憯?shù)據(jù)形式差不多。而起始條件和停止條件一般都由主機(jī)產(chǎn)生 。 而每個(gè) I2C 總線上的器件都有唯一的地址。此芯片可以應(yīng)用的范圍很廣 [8]： （ 1） 運(yùn)行于 470/950 MHz ISM/SRD 頻帶的超低功耗無(wú)線應(yīng)用 （ 2） 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò) （ 3） 家庭和樓宇自動(dòng)化 （ 4） 高級(jí)抄表架構(gòu) （ 5） 無(wú)線計(jì)量 （ 6） 無(wú)線告警和安全系統(tǒng) 此芯片的一些關(guān)鍵性能為： （ 1） 高靈敏度 （ 2） 低電流消耗 （ 3） 所有支持頻率下高達(dá) +10dBm 的可編程輸出功率 （ 4） 卓越的接收機(jī)選擇性和阻斷性能 （ 5） 到 500Kbaud 的可編程數(shù)據(jù)速率 （ 6） 頻帶： 470510 MHz 和 950 960 MHz 綜上該芯片的自身特性再和本文中的課題相結(jié)合，所以最終選定了 TI 公司的這款CC1101 的射頻收發(fā)芯片。 與其它類型的單片機(jī)相比本文 選取此款單片機(jī)的原因在于： （ 1） 工作電壓范圍適合， MSP430 系列單片機(jī)的電源電壓一般采用 的低電壓，RAM 數(shù)據(jù)保持方式下耗電僅 [1]。 2） 12bit 的 ADC 與低干擾 AMR 傳感器，能在正負(fù) 8 高斯 。其中微型控制器（ MSP430F169）用來(lái)讀取 AMR 傳感器的數(shù)據(jù)并結(jié)合一定的算法對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理 。 各向異性磁阻傳感器通過(guò)檢測(cè)周?chē)艌?chǎng)的改變就可以來(lái)判斷車(chē)停位上是否停有檢測(cè)車(chē)輛，此檢測(cè)部分也就成為車(chē)位檢測(cè)系統(tǒng)中最底層也是最重要的部分，其檢測(cè)部分的檢測(cè)精準(zhǔn)度也是決定了系統(tǒng)中整個(gè)的檢測(cè)精準(zhǔn) 度。只有當(dāng)鐵磁性物體進(jìn)入傳感器的檢測(cè)范圍內(nèi)后，它就一定會(huì)對(duì)周邊的磁場(chǎng)分布情況進(jìn)行擾動(dòng) [6]。與其它的類型的傳感器相比較，它有自身的優(yōu)勢(shì)和一些特點(diǎn)： 1） 在準(zhǔn)確度高的前提下，其檢測(cè)靈敏度也很高。而載流子就會(huì)聚集在兩端隨之產(chǎn)生霍爾電場(chǎng)，這樣就是使電子沿電流方向做螺旋式的運(yùn)動(dòng)，也就增 大了傳導(dǎo)電子的散射截面從而變向的增大了電阻 。 第六章對(duì)本文做了一個(gè)總結(jié)并做了自己對(duì)于地磁傳感技術(shù)發(fā)展的一些展望。 第二章主要介紹了 AMR 車(chē)停位的檢測(cè)系統(tǒng)的原理。傳感器與車(chē)輛擺放距離不同時(shí)的影響和效果，并也實(shí)驗(yàn)了用不同車(chē)型的車(chē)輛對(duì)磁阻傳感器輸出的影響。 3）受外界的干擾相比之下要小的多，幾乎不受電磁波的干擾，對(duì)大多數(shù)的外界環(huán)境變化呈惰性反應(yīng)。 4）其可以被使用的時(shí)間相對(duì)來(lái)講是比較短的， 而且在一段時(shí)間的使用后還會(huì)使測(cè)量精度下降，這樣就很容易引起誤判。其優(yōu)點(diǎn)在于穩(wěn)定性高，技術(shù)相對(duì)較成熟，并且電路易于實(shí)現(xiàn)。 3） 基于紅外的探測(cè)技術(shù)。 因此針對(duì)日益凸顯的停車(chē)難的問(wèn)題，隨之研發(fā)一種全新的城市智能停車(chē)的檢測(cè)系統(tǒng)就也就變得嚴(yán)峻，而其可以應(yīng)用和發(fā)展的前景也更加是不言而喻的。并在此基礎(chǔ)上，優(yōu)化了電路設(shè)計(jì)，以及傳感器不同時(shí)段的工作方式。所以這樣就使得各個(gè)城市交通面臨的壓力急劇增加。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 本科生畢業(yè)設(shè) 計(jì) 設(shè)計(jì)題目： 基于各向異性的磁阻傳感器停車(chē)場(chǎng)車(chē)位檢測(cè)應(yīng)用 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本 學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。由此并導(dǎo)致的道路擁堵情況愈演愈烈，每年的交通事故也都越發(fā) 頻繁 ，最終導(dǎo)致城市運(yùn)輸系統(tǒng)效率低下等很多負(fù)面結(jié)果。 本論文，還詳細(xì)論述了車(chē)位檢測(cè)中的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，包括傳感器數(shù)據(jù)的讀取，各個(gè)采集前端設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)的建立，車(chē)位檢測(cè)的算法，并且也都給出了各個(gè)模塊的工作流程以及軟件編寫(xiě)流程和無(wú)線模塊的數(shù)據(jù)傳輸，且最后經(jīng)過(guò)了模擬實(shí)際的車(chē)狀檢測(cè)，并最終可以使檢測(cè)準(zhǔn)確率能夠達(dá)到 90%以上，由此總結(jié)，此系統(tǒng)可行高效，而且實(shí)現(xiàn)成本相對(duì)較低，適用范圍也很廣泛，可以被廣泛采用。在智能停車(chē)系統(tǒng)能夠得到大力發(fā)展的情況下，其至少擁有這幾條重要的意義： 1）節(jié)省停車(chē)所需要的時(shí)間，可以讓駕駛者在出行或停車(chē)的過(guò)程中實(shí)時(shí)檢測(cè)出目的地的附近是否有可以使用的空缺停車(chē)位，從而就可以 使駕駛者大大減少尋找空車(chē)位的時(shí)間，直接的提高城市有車(chē)一族的出行效率。 12 4） 感應(yīng)線圈技術(shù)。但是現(xiàn)在的市場(chǎng)上并沒(méi)有基于此類方法做出的整套智能管理系統(tǒng)，目前也都只停留于理論階段。 綜上所述，這些傳統(tǒng)的停車(chē)位檢測(cè)方法對(duì)周?chē)惭b環(huán)境的要求比較高，所以使用場(chǎng)合 13 有限，且價(jià)格昂貴，其準(zhǔn)確性受外圍環(huán)境的影響比較大。 4）耗電量極小，可用電池供電，維護(hù)很方便。 有自美國(guó)某公司的 Caruso 等人進(jìn)行了類似的研究 [2]，但讓 門(mén)另外使用了有三軸的 AMR地磁傳感器。首先，講述了 AMR 傳感器的工作原理，然后也分析了它的特點(diǎn)，最后回到文章主題，闡述了利用 AMR 傳感器適用于車(chē)位檢測(cè)的原理。 第二章 基于 AMR 傳感器的車(chē)停位檢測(cè)原理 磁阻效應(yīng) 地球磁場(chǎng)屬于地球的寶貴資源之一，隨著科技的飛快發(fā)展，近些年尤其是傳感器技 術(shù)的告訴發(fā)展，已經(jīng)有了很多檢測(cè)地球磁場(chǎng)的傳感器，它們都可以精確地檢測(cè)到地球磁場(chǎng)， 15 而一些新型的傳感器已經(jīng)不單單只是來(lái)檢測(cè)磁場(chǎng)的大小了 [4]。對(duì)于鐵、鈷及其合金構(gòu)成的這類強(qiáng)磁金屬，當(dāng)磁體內(nèi)部磁化方向與外加磁場(chǎng)平行時(shí)其電阻幾乎不隨磁場(chǎng)的變化而變化，而金屬內(nèi)的磁化方向與外加磁場(chǎng)產(chǎn)生偏離時(shí)這類金屬的電阻值將減小，這種現(xiàn)象就是強(qiáng)磁金屬的各項(xiàng)異性磁阻效應(yīng) [7]。 2） 電磁噪聲并不能對(duì)傳感器造成影響。汽車(chē)可以被看作是多個(gè)雙極性磁鐵所構(gòu)成的模型，分別由進(jìn)入的車(chē)輛前端發(fā)動(dòng)機(jī)和車(chē)輪以及車(chē)輛內(nèi)部的一些其它鐵磁性物體對(duì)地球磁場(chǎng)產(chǎn)生的扭曲和畸變 [11]。 17 2． 4 本章小結(jié) 本章節(jié)主要闡述了 AMR 磁阻傳感器為什么可以被用來(lái)作為車(chē)停位檢測(cè)系統(tǒng)中的最前端的檢測(cè)部分。而一個(gè)控制基站作為數(shù)據(jù)接受中心同時(shí)可以接受很多 AMR傳感器節(jié)點(diǎn)（為防止傳輸干擾，最好最多選為 255 個(gè)）傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)。 的磁場(chǎng)中實(shí)現(xiàn) 5 高斯的分辨率。 （ 2） MSP430 系列單片機(jī)是 16 位單片機(jī)，采用了目前流行的、頗受學(xué) 界好評(píng)的精簡(jiǎn)指令集 (RISC)結(jié)構(gòu)， 一個(gè)時(shí)鐘周期可以執(zhí)行一條指令 (傳統(tǒng)的 MCS51 單片機(jī)要 12 個(gè)時(shí)鐘周期才可以執(zhí)行一條指令 )，使 MSP430 在 8MHz 晶振工作時(shí)，指令速度可達(dá)8MIPS(注意：同樣 8MIPS 的指令速度，在運(yùn)算性能上 16 位處理器比 8 位處理器高遠(yuǎn) 不止兩倍 )。 第四章 車(chē)停位檢測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) HMC5883L 的 I2C 通訊接口 AMR 三軸傳感器將會(huì)把外界所測(cè)的磁場(chǎng)值分別存儲(chǔ)在 X、 Y、 Z 軸的相關(guān)寄存器中。當(dāng)要通訊時(shí)，一般都是主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)到其它器件 ，此時(shí)稱主機(jī)為發(fā)送器，在總線上接受數(shù)據(jù) 的器件稱為接收器 [9]?？偩€在接受到起始條件后認(rèn)為處于忙碌狀態(tài)，在接受到停止條件后表示處于空閑狀態(tài) 。如下： S7 位 從 機(jī) 地 址1 A數(shù) 據(jù)A數(shù) 據(jù)A \ P 圖 42 I2C 總線傳輸方式 2 3）在數(shù)據(jù)的傳送過(guò)程中，需要改變傳輸反向的時(shí)候，此時(shí)的其實(shí)信號(hào)和從機(jī)地址都要被重新的產(chǎn)生一次，只是兩次的讀寫(xiě)方向位不一樣，其具體數(shù)據(jù)傳輸格式如下： S7 位 從 機(jī) 地 址0 A數(shù) 據(jù)A / A \ S7 位 從 機(jī) 地 址1 A數(shù) 據(jù)A \ P 圖 43 I2C 總線傳輸方式 3 綜上所述，大體的講述了下， I2C 的通信協(xié)議和基本通信方式，可以按照協(xié)議規(guī)定的內(nèi)容來(lái)對(duì)應(yīng)編寫(xiě)單片機(jī)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)主控芯片和 AMR 傳感器的通信。且在周?chē)h(huán)境基本不變得情況下，它的輸出也一本保持穩(wěn)定。所以僅僅利用閥值的判斷法容易造成系統(tǒng)的魯莽性很高，這樣就容易引起系統(tǒng)的失靈和誤判。所以導(dǎo)致車(chē)停位的檢測(cè)存在很多可變因素。 然后車(chē)輛一直往前走的話，三軸輸出的磁場(chǎng)值就會(huì)絕對(duì)減小，隨著車(chē)子慢慢的駛離傳感器的檢測(cè)范圍，其輸出也會(huì)經(jīng)過(guò)一定的抖動(dòng)而最終趨于平穩(wěn)，且此時(shí)的平穩(wěn)值和之前沒(méi)有車(chē)的平穩(wěn)值幾乎相同。 在此基礎(chǔ)之下，本文用 一種狀態(tài)機(jī)的檢測(cè)的自適應(yīng)方法，即可以把車(chē)停位的檢測(cè)分為，待檢區(qū)域，半觸發(fā)區(qū)域，全觸發(fā)區(qū)域，且在 全觸發(fā) 區(qū)域時(shí)候要進(jìn)行連續(xù)計(jì)數(shù)。當(dāng) V? 的值低于小閥值 minT 且小于高閥值maxT ，則進(jìn)入半觸發(fā)狀態(tài)，此時(shí)其代表的實(shí)際意義就是代檢測(cè)車(chē)輛 已經(jīng)駛?cè)肓藗鞲衅鞯臋z 29 測(cè)范圍，但是還沒(méi)有完全占據(jù)此車(chē)位，當(dāng) V? 的值大于 maxT ，則表示此時(shí)有車(chē)輛正處于停車(chē)位上，此時(shí)車(chē)輛或駛離或停留，無(wú)論怎么這時(shí)候系統(tǒng)就會(huì)進(jìn)入它的計(jì)數(shù)狀態(tài) 機(jī)，如果能連續(xù)的讀到穩(wěn)定且波動(dòng)很小的數(shù)值達(dá)到一定次數(shù)，本文取十次，則此時(shí)認(rèn)為 有車(chē)輛停留在本車(chē)位上且已經(jīng)完全占有車(chē)位。所以采取合理的通信方式最為重要，由于此時(shí)屬于多對(duì)一的通信模式，所以最終采取星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 此外從機(jī)的固有 ID 號(hào)還有一個(gè)非常重要的意義，每一個(gè) ID 號(hào)對(duì)應(yīng)的是一個(gè)物理上的絕對(duì)獨(dú)有位置，所以數(shù)據(jù)控 制基站可以根據(jù)對(duì)應(yīng) ID 號(hào)來(lái)判定相對(duì)應(yīng)車(chē)停位上的具體停車(chē)信息。從機(jī)即傳感器前端在發(fā)送有效數(shù)據(jù)前都會(huì)在 CC11O1 的可變數(shù)據(jù)工作模式下先發(fā)送一個(gè)可選長(zhǎng)度字節(jié)，此數(shù)值代表有效地址字節(jié)數(shù)和有效數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)的總和（不包括 CRC 檢驗(yàn)位）。即檢測(cè)到有車(chē)離開(kāi)原停車(chē)位，并且在較短的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有檢測(cè)到 有車(chē)輛進(jìn)入半觸發(fā)狀態(tài)或沒(méi)有檢測(cè)到有新的車(chē)停留在車(chē)停位上，則在此時(shí)就對(duì)磁場(chǎng)靜態(tài)基準(zhǔn)值進(jìn)行更新，否則就放棄此次重置。而后從 N+1 次開(kāi)始連續(xù)取八個(gè)點(diǎn)作為初始化靜態(tài)基準(zhǔn)數(shù)組，并求取其均值，最終得到初始化狀態(tài)下的靜態(tài)基準(zhǔn)點(diǎn)，即： 8 8321 ???? ???? NNNNav r VVVVV ? (52) 而之后的每個(gè)新的數(shù)據(jù)將會(huì)取代數(shù)組的最后一位即 8?NV ,然后將此次新的均值 V 和上一次的均值 avrV 做差得到 V? ，再將得到的 V? 放進(jìn)狀態(tài)機(jī)進(jìn)行車(chē)停位信息的檢測(cè)和判斷。這也就表明，此時(shí)最容易出現(xiàn)車(chē)停位信息的誤判 。橫軸為連續(xù)時(shí)間的采樣點(diǎn)，縱軸為各自輸出的對(duì)應(yīng)磁場(chǎng)值，此時(shí)三軸輸出的磁場(chǎng)值是經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理之后的，即每軸的磁場(chǎng)值都被處理算法提高了一個(gè) 0X800 的值，這樣得到 的磁場(chǎng)值會(huì)是正數(shù)，方便算法的以后處理。 車(chē)輛的信號(hào)特點(diǎn) 基于 AMR 車(chē)停位的檢測(cè)和基于 AMR 的車(chē)流量、車(chē)速和 車(chē)