【正文】 應(yīng)說起，講述了一些引起磁阻效應(yīng)的客觀原因，然后又說明了利用磁場(chǎng)效應(yīng)而制作成的 AMR 傳感器的基本原理，證明了 AMR 傳感器為什么可以敏感的探測(cè)到磁場(chǎng)的變化，之后還列舉了 AMR 傳感器的自身特點(diǎn)，并最終得出結(jié)論，證明此傳感器非常適合車停位檢測(cè)系統(tǒng)的需要 [10]。因此就形成多對(duì)一的車停位檢測(cè)系統(tǒng)（傳輸節(jié)點(diǎn)和控制基站）。 3）內(nèi)置自檢功能， I2C 數(shù)字借口 。不久還將推出 25～ 30MIPS 的產(chǎn)品 [1]。當(dāng)三軸都存有數(shù)據(jù)的時(shí)候就會(huì)產(chǎn)生有一種中斷引腳產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的中斷信號(hào)。主機(jī)通過對(duì)從器件尋址來進(jìn)行和從機(jī)通訊 ，通過查詢 HMC5883L 得知此器件的 I2C 地址為 0X3C。所以一個(gè)完整的 I2C 器件是從一個(gè)起始位的開始到一個(gè)停止位的結(jié)束。 23 4． 2 HMC5883L 的配置與數(shù)據(jù)讀取 4． 2． 1 讀取 HMC5883L 的程序設(shè)置 由上文的簡(jiǎn)介可以知道單片機(jī)與傳感器節(jié)點(diǎn)的通信是按照 I2C 時(shí)序的要求編寫的。當(dāng)有磁性物體如手機(jī)靠近傳感器時(shí)，傳感器就會(huì)出現(xiàn)比較明顯的改變，而手機(jī)做不規(guī)則運(yùn)動(dòng)時(shí)輸出也呈現(xiàn)不規(guī)則的狀態(tài)。 如果傳感器的返回值不能準(zhǔn)確的反應(yīng)檢測(cè)系統(tǒng)的輸出，那么就會(huì)使此檢測(cè)系統(tǒng)失去所有意義，不能正常工 作，還有可能造成更嚴(yán)重的后果。所以要想準(zhǔn)確的探測(cè)到車停位的具體停車信息，就必須經(jīng)過大量的實(shí)際測(cè)試，然后經(jīng)過仔細(xì)觀察和分析傳感器對(duì)車體的各個(gè)部分其輸出的改變情況。 由上圖就可以歸納得出 代檢車輛只要處于在傳感器的檢測(cè)范圍內(nèi)，它輸出的數(shù)據(jù)就與沒有鐵磁性物 體時(shí)候輸出的數(shù)據(jù)大不一樣。就是說，當(dāng)車輛還 完全駛?cè)?傳感器節(jié)點(diǎn)的檢測(cè)范圍后，就可以觸發(fā)一個(gè)狀態(tài)機(jī)，此時(shí)就進(jìn)入連續(xù)計(jì)數(shù)狀態(tài)， 當(dāng)連續(xù)計(jì)數(shù)計(jì)到一定數(shù)額的時(shí)候就可以進(jìn)行車停位的狀態(tài)判斷翻轉(zhuǎn)，即 有車占有停車位的信息數(shù)據(jù)反饋。否則計(jì)數(shù)狀態(tài)機(jī)則清零，不認(rèn)為此時(shí)有車占據(jù)了車位。而此結(jié)構(gòu)也是在實(shí)際中被應(yīng)用最多的一種通信方式。 傳感器節(jié)點(diǎn)的有效數(shù)據(jù)包傳輸格式 本文中為了方便的觀察停車位上的具體信息，規(guī)定傳感器前端只是在停車信息進(jìn)行翻 31 轉(zhuǎn)跳變的時(shí)候才進(jìn)行一次有效的數(shù)據(jù)發(fā)送，且分別為有車數(shù)據(jù)包和無車數(shù)據(jù)包。則本文中區(qū)別每個(gè) AMR 傳感器節(jié)點(diǎn)的唯一標(biāo)識(shí)就是其獨(dú)有的 ID 號(hào)，此 ID號(hào)就作為傳感器節(jié)點(diǎn)前端的“身份證”，這就是節(jié)點(diǎn) ID，但是要想讓主機(jī)對(duì)此節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有效識(shí)別，從機(jī)地址就必須在主機(jī)上進(jìn)行過有效“注冊(cè)”，就是在數(shù)據(jù)控制基站里綁定對(duì)應(yīng)節(jié) 點(diǎn)的固定 ID。 本文中采用了一種有效的靜態(tài)基準(zhǔn)的更新方案。 其狀態(tài)相互轉(zhuǎn)換的條件和關(guān)系可以由下圖表示： 28 待 檢 測(cè) 區(qū) 域時(shí) 間 序 列 的 輸 入半 觸 發(fā) 區(qū) 域T m i n |▲ V | T m a x全 觸 發(fā) 區(qū) 域|▲ V | T m a x|▲ V | T m a x計(jì) 數(shù) 狀 態(tài) 機(jī) （ 不 能連 續(xù) 記 滿 則 清 零 ）|▲ V | T m a xT m i n |▲ V | T m a x|▲ V | T m i n|▲ V | T m i n|▲ V | T m a x有 車 判 斷 信 息 無 車 判 斷 信 息記 滿未 滿 圖 54 車停位的狀態(tài)機(jī)判斷 具體檢測(cè)方法如下：當(dāng)安裝好 AMR 傳感器節(jié)點(diǎn)，而后用磁鐵進(jìn)行復(fù)位之后，本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)舍棄前 N 次三軸采集的磁場(chǎng)值，此處本文取 N 值為 16，即舍棄前十六次所測(cè)磁場(chǎng)值，視為系統(tǒng)剛剛上電此時(shí)所采集的數(shù)據(jù)不能夠保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以進(jìn)行舍棄。 仔細(xì)的觀察上圖然后再對(duì)上圖進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)提取標(biāo)記處理，也發(fā)現(xiàn)了一個(gè)容易再車輛存在性的判別上引起誤判的點(diǎn)，處理標(biāo)記圖如下： 0 50 100 150 200 250 300 3501500160017001800 X : 4 3Y : 1 7 0 7X : 2 7 9Y : 1 7 0 9X : 2 2 4Y : 1 7 0 1 0 50 100 150 200 250 300 350210022002300X : 4 5Y : 2 1 6 9X : 3 0 0Y : 2 1 7 1X : 2 2 4Y : 2 1 6 6 0 50 100 150 200 250 300 3501800190020xx2100X : 4 3Y : 1 9 2 6X : 2 9 8Y : 1 9 2 6X : 2 2 4Y : 1 9 2 9 Y 軸X 軸Z 軸 圖 53 標(biāo)記處 理后的數(shù)據(jù)曲線圖 上圖是在原始的數(shù)據(jù)反饋圖上做過處理之后的波形數(shù)據(jù)曲線圖，不難看出，從待檢測(cè)車輛進(jìn)入 AMR 傳感器的檢測(cè)趨于范圍內(nèi)時(shí)候，傳感器返回的數(shù)據(jù)一直都有一個(gè)或大或小的波動(dòng)，一般就算有一個(gè)軸在車輛某個(gè)部位上返回的數(shù)據(jù)與靜態(tài)值幾乎一樣，但是其它兩個(gè)軸也不會(huì)都存在這樣得趨勢(shì)（車子完全駛?cè)z測(cè)范圍除外），但是此數(shù)據(jù)曲線得反饋看出三個(gè)軸在點(diǎn) 224 時(shí)間點(diǎn)得時(shí)候，此時(shí)三軸所返回的動(dòng)態(tài)值與各自原始靜態(tài)值相差很小。圖 分別 如下： X車 輛 行 駛 方 向 圖 51 實(shí)際測(cè)量中 AMR 擺放情況 0 50 100 150 200 250 300 35015001600170018000 50 100 150 200 250 300 3502100220023000 50 100 150 200 250 300 3501800190020xx2100 圖 52 實(shí)際測(cè)量中磁場(chǎng)輸出曲線 上圖從上到下，依次是 Z、 X、 Y 軸的輸出數(shù)據(jù)。為得出系統(tǒng)的計(jì)算一次的平均值 ??ky ，保證系統(tǒng)的可實(shí)時(shí)性，再設(shè)數(shù)組 ??iX ，其中 i 為數(shù)組的長(zhǎng)度，那么： ? ? ? ???? Ni iXnky 11 （ 51） 其中本文中將采取 8 次采樣的數(shù)據(jù)值作為采樣平均值進(jìn)行滑動(dòng)平均值的濾波。而本文中影響車停位檢測(cè)系統(tǒng)準(zhǔn)確度的就是這兩個(gè)基準(zhǔn)值，尤其是靜態(tài)基準(zhǔn)值得準(zhǔn)確跟新。此寄存器用來設(shè)定裝置的操作模式。 4）總線的尋址 I2C 的總線地址決定主機(jī)選擇哪一個(gè)從機(jī)與其通信，即使系統(tǒng)里面只有一個(gè)主機(jī)和一個(gè)從機(jī)，尋址過程也是比不可少的 ，否則從機(jī)不進(jìn)行應(yīng)答，一般都是在起始條件后的第一個(gè)字節(jié)寫入從機(jī)地址進(jìn)行尋址。 2）傳輸?shù)钠鹗己屯Ｖ箺l件 I2C 協(xié)議中的傳輸起始和停止條件包括信號(hào)傳輸?shù)钠鹗寂c終止的時(shí)序。因此在沒有數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r下均為高電平，此信號(hào)則代表主機(jī)空閑。這種結(jié)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)制， 在目前各 列單片機(jī)中是絕無僅有的 [1]。 7）工作溫度為負(fù)的 30 度到正的 85 度。而本系統(tǒng)只是初步的對(duì) AMR 傳感器 的檢測(cè)精度做相對(duì)較深刻的研究，所以在傳輸節(jié)點(diǎn)方面，本系統(tǒng)就采取了 RS485 作為傳輸?shù)囊环N方式。該基站也是由無線模塊作為數(shù)據(jù)接受的前端然后控制中心和傳輸介質(zhì)，并最終將車停位信息通過 RS485 傳輸給應(yīng)用界 面。 磁阻傳感器可以感應(yīng)到磁場(chǎng)其測(cè)量范圍內(nèi)磁場(chǎng)分布的微小變化，因此就會(huì)引起內(nèi)部電阻的阻值進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的影響 和變化，從而輸出的電路中的電流電壓也隨之將發(fā)生變化，然后通過一些列的信號(hào)處理，就可以將電流或者電壓值經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn) 化后輸出到控制器，而控制器也將記錄連續(xù)的電流或電壓，通過對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)的分析和處理就能最后得出代檢區(qū)域的停車位基本信息。構(gòu)成 AMR 地磁感應(yīng)檢測(cè)器。這就是各向異性磁阻傳感器的工作原理 [1]。而作為地球固有資源的地磁場(chǎng)它是地球系統(tǒng)的基本物理量，它的存在不僅為航空航海提供了標(biāo)準(zhǔn)的參考系，而且直接影響著地球上一些帶點(diǎn)物體或磁物體的運(yùn)動(dòng)特性 [5]，在一個(gè)相對(duì)廣闊的區(qū)域內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度基本是恒定的 ，此一重要的特性是 AMR 傳感器得以實(shí)現(xiàn)車停位檢測(cè)的大前提 。 第五章首先介紹了此系統(tǒng)的一些基本工作流程，然后給出了系統(tǒng)經(jīng)過了實(shí)地的功能測(cè)試，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行總結(jié)分析。 本文的主要工作和章節(jié)安排 城市的車位檢測(cè) 技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)迫在眉睫，既可以為使用者提供很大的便利也可以提高社會(huì)交通系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率 [1]。 曾有韓國人采用單軸 AMR 傳感器進(jìn)行 了 輛檢測(cè)的測(cè)試 [2]。磁阻傳感器可以安裝在車位下面或者埋在地下，相比于傳統(tǒng)方式，其檢測(cè)停車位的優(yōu)點(diǎn)有： 1）如果要埋在地下，那么需要切開的地面范圍很小。 2）線圈很容易斷裂或被其它東西切開，而只要線圈出現(xiàn)物理問題，那么維護(hù)起來就會(huì)變得很麻煩，還會(huì)造成交通得極大不方便。除此之外，這種系統(tǒng)還有一個(gè)很難接受的缺陷，就是它要安裝發(fā)生器和接收器并且要正向安裝，如果在室內(nèi)停車場(chǎng)的話還能較好的實(shí)現(xiàn)，但是對(duì)于一些室外的路邊停車位來說，這樣就面臨了很大的困難，而且成本也會(huì)大大的提高。 常用車位檢測(cè)技術(shù)的相關(guān)介紹 現(xiàn)代的車位檢測(cè)技術(shù)很多，相對(duì)來說比較流行的有 1） 射頻識(shí)別技術(shù)（ RFID）。成為了每個(gè)城市都需要面對(duì)和想辦法解決的重要難題。本論文中選擇了無線傳輸作為經(jīng) MCU 處理后數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器的傳輸方式，利用TI 芯片 CC1101 作為硬件傳輸基礎(chǔ)，是此系統(tǒng)的傳輸中樞。 、圖表要求： 1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人 代寫 2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本研究提供過幫助和做 出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 本方案基于車位上車輛的存在（含金屬量相對(duì)較大的一些金屬）就會(huì)影響其周邊地球磁場(chǎng)分布情況的原理，采用高靈敏度的各向異性傳感器 HMC5883L，并由此結(jié)合特定的算法最終可以實(shí)時(shí)的，高精度的判定某一車位的車輛存在情 況，為智能化管理停車位提供了可能。如果交通情況得不到改善，則不斷惡化的交通環(huán)境還會(huì)困擾各個(gè)國家，阻礙經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展。交通擁堵問題現(xiàn)在已經(jīng)成為城市發(fā)展的重大制約因素之一，很大的原因就是由于駕駛者 想要停車時(shí)都無法及時(shí)的找到空余車位，這樣就會(huì)使得車輛走走停停，卻又不知道駛向哪個(gè)地方停車，因此也就會(huì)造成一定程度上的城市交通擁堵。本課題中并不采用這種方式，原因是這種方式要給每位車主配一張射頻卡，而這樣的辦法顯然是很不方便的，而且這對(duì)于非停車場(chǎng)下的停車位進(jìn)行管理更是很困難的。 自上世紀(jì) 60 年代起，采用線感線圈作為車位檢測(cè)器成為當(dāng)時(shí)的主流并且也都沿用至今。近些年，地磁的測(cè)量 和感應(yīng)技術(shù)發(fā)展迅速，相應(yīng)的應(yīng)用場(chǎng)合也越來越多，普及性也越來越好。 1． 3 基于各向異性磁阻傳感器的車輛檢測(cè)技術(shù)研究現(xiàn)狀 近年來，隨著地磁傳感器器件的生產(chǎn)興起，直接的促使了有關(guān)地磁研究的檢測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展，此外由于通信技術(shù)的發(fā)展和通信方式的多樣化，一些國內(nèi)外人員都開展了很多基于地磁傳感器的地磁傳感技術(shù)用來對(duì)車輛驚醒檢測(cè)，其中包括對(duì)車型的甄別，對(duì)車行駛方向的判別，車 流量的檢測(cè)，當(dāng)然也還有地磁傳感器的停車位檢測(cè)的應(yīng)用。此外，雙軸 AMR 傳感器除了可以探測(cè)車輛的存在性，而車輛的行駛速度，也能夠通過一定的算法得出。也講述了所用芯片的一些選型 以及電路的設(shè)計(jì)和要注意的地方。 AMR 傳感器是非常適合于工作在地球磁場(chǎng)范圍內(nèi)的一款傳感器件，且具有靈敏度高，體積小，功耗低和抗干擾能力強(qiáng)等一些特點(diǎn)。 惠斯通電橋就是各向異性磁阻傳感器的基礎(chǔ)電氣元件。 4） 其電路也很簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，因此其穩(wěn)定性也相對(duì)較高。只要當(dāng)車輛出于AMR 傳感器的檢測(cè)范圍內(nèi)時(shí)， AMR 傳感器就能夠檢測(cè)出這種影響 [6]。最后又系統(tǒng)的闡述了車位檢測(cè)的原理，即由于車輛本身就可以被看作是多個(gè)鐵磁性物體，所以它的存在勢(shì)必將擾亂原本存在的地磁場(chǎng)的排序。這樣大大的減少了施工強(qiáng)度的同時(shí)還 極大程度 的節(jié)約了系統(tǒng)總成本。 4)最大輸出頻率可達(dá) 160HZ。 （ 3） 高性能模擬技術(shù)及豐富的片上外圍模塊 此系列單片機(jī)擁有豐富的片內(nèi)外設(shè)，如：看門狗、模擬比較器 A、定時(shí)器 A、定時(shí)器 B、串口 0、 硬件乘法器、液晶驅(qū)動(dòng)器、 12 位 ADC、 I2C 總線、直接數(shù)據(jù)存取 20 （ DMA）， 端口和基本定時(shí)器等 [1]。然后系統(tǒng) 再用主控芯片 通過軟件模擬的 I2C 接口去讀取三軸相對(duì)應(yīng)的數(shù)值。此外如果文本在別處不做特殊說明，則本系統(tǒng)中的主機(jī)就是指的主控芯片（ MSP430F169），從機(jī)則是 AMR 傳感器（ HMC5883L）。 22 3）傳送字節(jié)的應(yīng)答與非應(yīng)答 每次 SDA 線上傳輸?shù)淖止?jié)必須是 8 位，每次傳送的字節(jié)不受限制，但是每當(dāng)傳送完第8 位后后面必須跟著一個(gè)響應(yīng)位，首先輸出的數(shù)據(jù)最高位（ MSB），即一幀共有 9 個(gè)位。通信過程中， MSP430F169 作為主控芯片，而 HMC5883L 作為從機(jī)，且由其數(shù)據(jù)手冊(cè)可知其從機(jī)地址為 7 位地址位和讀寫方向位 構(gòu)成的 0X3C（主機(jī)寫入）和 0X3D（主機(jī)讀出）。最后，磁性物體離開傳感器時(shí)，其輸出也會(huì)趨于起初的狀態(tài)。所以在輸出檢測(cè)信號(hào)以前對(duì)檢測(cè)信號(hào)的處理就顯的非常必須。 在實(shí)際的測(cè)試情況中，我們將傳感器節(jié)點(diǎn)安裝在車停位的正中間距離地面 5 公分的正下方處。一般的，對(duì)于普通的車輛來說，其對(duì) AMR 傳感器返回值的影響在車輪和發(fā)動(dòng)機(jī)附近最強(qiáng)，在車中間和車頭車尾時(shí)最弱。 為方便敘述本文