【文章內容簡介】 基于紅外的探測技術。 12 4） 感應線圈技術。 5） 地磁傳感技術 目前射頻識別智能停車系統(tǒng)已經被很多停車場采用，車主開車進入停車場向入口處的通訊器刷一種經過特制的射頻卡，射頻卡里存儲著車的各類信息，然后次通訊器記錄下這輛車進入的對應時間并將剩余車位的數(shù)量減一， 從而就可以實現(xiàn)對車主停車的計費以及空閑車位的數(shù)量統(tǒng)計于反饋。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，而且這對于非停車場下的停車位進行管理更是很困難的。 超聲波感應技術 ，是一種應用也比較廣泛的技術，它的具體工作方式就是在 車位的正上方安放一種頻率大于 20KHZ 的超聲波發(fā)生器，如果有車停在上面的時候發(fā)生器就會接受反射回來的超聲波，從而判定車位的空缺與否，此方案的缺點就是如果周圍環(huán)境產生的高頻噪聲 ，就有可能造成車位是否空余的誤判。此外，還存在發(fā)生器發(fā)生的超聲 波可能被其它的（非配套的）的接收器所接受以造成區(qū)域車位有無的錯誤判別。除此之外，這種系統(tǒng)還有一個很難接受的缺陷，就是它要安裝發(fā)生器和接收器并且要正向安裝，如果在室內停車場的話還能較好的實現(xiàn)，但是對于一些室外的路邊停車位來說，這樣就面臨了很大的困難，而且成本也會大大的提高。 紅外探測技術也應該說已經相當成熟，各種光電開關和接觸開關在市場上也越來越多，且其應用也越來越廣。其優(yōu)點在于穩(wěn)定性高，技術相對較成熟，并且電路易于實現(xiàn)。但是現(xiàn)在的市場上并沒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。原因 也很簡單，就是比較容易受到一些光源和熱源的干擾而引起的誤判，并且對車輛的區(qū)分度也不是很好。 自上世紀 60 年代起，采用線感線圈作為車位檢測器成為當時的主流并且也都沿用至今。其工作方式就是將感應線圈埋在路面表層，當有車輛經過線圈時，車輛上自帶有的一些金屬就會對其附近的磁場進行擾動，這就會使感應線圈的電感變化產生電流，而其工作原理就是利用感應線圈的這種變化就可以判斷是否有車輛停在車位上。所以基于感應線圈的車位檢測器也被認為是相對成熟的 車輛車位檢測設備，可是它也有自身的一些缺點： 1）感應線圈的安裝需要切開地面，施工 龐大而復雜。 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，那么維護起來就會變得很麻煩，還會造成交通得極大不方便。3）感應線圈受周圍的外界環(huán)境的干擾比較大。 4）其可以被使用的時間相對來講是比較短的， 而且在一段時間的使用后還會使測量精度下降，這樣就很容易引起誤判。 綜上所述，這些傳統(tǒng)的停車位檢測方法對周圍安裝環(huán)境的要求比較高，所以使用場合 13 有限，且價格昂貴，其準確性受外圍環(huán)境的影響比較大。因此開發(fā)一種新的新型的穩(wěn)定的適用性強的停車位檢測器來替代傳統(tǒng)成形的產品 已經變成亟待解決的問題。近些年，地磁的測量 和感應技術發(fā)展迅速，相應的應用場合也越來越多，普及性也越來越好。因此本文決定采取這一種技術來進行車位的檢測，并認為這是一種可取的方式，有開發(fā)潛力的方式。利用高靈敏磁阻傳感器可以快速并有效的檢測周圍磁場的變化，而汽車經過地磁傳感器周圍的時候，就會對地球磁場產生干擾，而各向異性磁阻傳感器可以有效的探測周圍地球磁場的變化，后期再根據(jù)這一變化的數(shù)據(jù)來判斷車輛的存在性。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，其檢測停車位的優(yōu)點有： 1）如果要埋在地下，那么需要切開的地面范圍很小。 2）芯片為集成芯片，屬 于精密封裝，不容易被損壞。 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，對大多數(shù)的外界環(huán)境變化呈惰性反應。 4）耗電量極小，可用電池供電，維護很方便。 本課題也就將要討論基于地磁傳技術的停車位的檢測的設計與實現(xiàn)。 1． 3 基于各向異性磁阻傳感器的車輛檢測技術研究現(xiàn)狀 近年來，隨著地磁傳感器器件的生產興起，直接的促使了有關地磁研究的檢測技術的快速發(fā)展，此外由于通信技術的發(fā)展和通信方式的多樣化，一些國內外人員都開展了很多基于地磁傳感器的地磁傳感技術用來對車輛驚醒檢測，其中包括對車型的甄別，對車行駛方向的判別，車 流量的檢測，當然也還有地磁傳感器的停車位檢測的應用。并且都研究了傳感器的擺放位置，（車位上，車位邊），與車的相隔距離。并且都針對各種情況也都提出了自己的解決算法。 曾有韓國人采用單軸 AMR 傳感器進行 了 輛檢測的測試 [2]。實驗時候，車輛從地磁傳感器的上方經過，然后通過分析車輛經過 AMR 傳感器時傳感器的數(shù)據(jù)輸出，研究了敏感軸與該車輛行駛方向的呈不同狀態(tài)下的影響。傳感器與車輛擺放距離不同時的影響和效果，并也實驗了用不同車型的車輛對磁阻傳感器輸出的影響。 有自美國某公司的 Caruso 等人進行了類似的研究 [2]，但讓 門另外使用了有三軸的 AMR地磁傳感器。 與韓國人曾做的實驗 不同，他們把傳感器安裝在了車輛行駛的路線的側面，這種方式就是便于安裝，尤其對于單車道馬路或一些路邊停車的一些停車位，與此同時，這種安裝方式對于多車道停車以及大型停車場則表現(xiàn)的無能為力，他們分析得到的利用AMR 傳感器就可以檢測是否有車輛經過或者停有車輛。此外，雙軸 AMR 傳感器除了可以探測車輛的存在性，而車輛的行駛速度，也能夠通過一定的算法得出。而三軸的傳感器，由算法經過處理，還可以進行車輛類型的判斷，這樣就可以智能的對車輛進行分類，這些 14 功能基本囊括了交通 檢測之中 大多數(shù)的有價值的量，因此利用此方案進行交通檢測就變得非常有前景，并且很有推廣的需要。 本文立足于解決大小型城市的停車煩惱，因此也是對于停車位檢測的深層探究，并可以實時檢測城市中車停位具體的占用情況，也就是車輛的“存在性”。 本文的主要工作和章節(jié)安排 城市的車位檢測 技術的發(fā)展已經迫在眉睫，既可以為使用者提供很大的便利也可以提高社會交通系統(tǒng)的運轉效率 [1]。本文主要設計了基于 AMR 傳感器的城市車停位檢測系統(tǒng)，圍繞此主題，全文的章節(jié)安排如下： 第一章首先簡要的介紹了課題研究的背景以及意義，也比較了以前常用 的車停位檢測技術的優(yōu)缺點，也闡述了基于三軸 AMR 傳感器應用于車位檢測的研究現(xiàn)狀，最后闡述了論文的結構安排。 第二章主要介紹了 AMR 車停位的檢測系統(tǒng)的原理。首先，講述了 AMR 傳感器的工作原理，然后也分析了它的特點，最后回到文章主題，闡述了利用 AMR 傳感器適用于車位檢測的原理。 第三章詳細的介紹了基于 AMR 傳感器的車位檢測系統(tǒng)的總體設計思想，隨后也介紹了各個模塊的一些設計方案，有檢測模塊，通信模塊。也講述了所用芯片的一些選型 以及電路的設計和要注意的地方。 第四章闡述了系統(tǒng)中要用到的一些關鍵技術正是由于這種關鍵技 術的結合才能讓系統(tǒng)在已有的硬件基礎上合理的準確的運轉。此技術包括微控制器對傳感器數(shù)據(jù)的準確讀取，傳感器通信網絡的組成與建 立，最后也詳細的介紹了本文中對車位檢測所用到的算法。 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)經過了實地的功能測試，并對結果進行總結分析。表明了系統(tǒng)運行可靠且具有準確性。 第六章對本文做了一個總結并做了自己對于地磁傳感技術發(fā)展的一些展望。 第二章 基于 AMR 傳感器的車停位檢測原理 磁阻效應 地球磁場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 術的告訴發(fā)展，已經有了很多檢測地球磁場的傳感器，它們都可以精確地檢測到地球磁場， 15 而一些新型的傳感器已經不單單只是來檢測磁場的大小了 [4]。且基于這些傳感器的開發(fā)的應用也越來越多，其中車停位的應用就是其中比較重要的一個。 AMR 傳感器是非常適合于工作在地球磁場范圍內的一款傳感器件，且具有靈敏度高，體積小，功耗低和抗干擾能力強等一些特點。本節(jié)將 介紹基于 MAR 傳感器的車位檢測原理。 2． 地磁場 地球是可以被視為一個南北方向的巨大磁體，其磁場強度大約是 至 高斯，其方向指向地磁北極（地球上任意一點的磁場都指向地 磁北極。而作為地球固有資源的地磁場它是地球系統(tǒng)的基本物理量，它的存在不僅為航空航海提供了標準的參考系，而且直接影響著地球上一些帶點物體或磁物體的運動特性 [5]，在一個相對廣闊的區(qū)域內磁場強度基本是恒定的 ，此一重要的特性是 AMR 傳感器得以實現(xiàn)車停位檢測的大前提 。 2． 1． 2 磁阻效應 當外界磁場發(fā)生變化時，有些金屬的電阻值也會隨著發(fā)生變化，這種現(xiàn)象就稱為磁阻效應，磁阻效應產生的一個原因就是載流子在磁場中受到了洛倫茲力的作用。而載流子就會聚集在兩端隨之產生霍爾電場，這樣就是使電子沿電流方向做螺旋式的運動，也就增 大了傳導電子的散射截面從而變向的增大了電阻 。對于鐵、鈷及其合金構成的這類強磁金屬，當磁體內部磁化方向與外加磁場平行時其電阻幾乎不隨磁場的變化而變化，而金屬內的磁化方向與外加磁場產生偏離時這類金屬的電阻值將減小，這種現(xiàn)象就是強磁金屬的各項異性磁阻效應 [7]。 用具體的例子來說，當沿著一個沉積在硅襯底上的長而薄的坡莫合金帶的長度方向施加一個磁場，其合金帶的阻值就會發(fā)生變化，這就是磁阻效應。 惠斯通電橋就是各向異性磁阻傳感器的基礎電氣元件。由四個磁阻組成的惠斯通電橋，電橋的供電電源為 bV ，電阻中有電流流過，在電橋上施加一個偏置磁場 H ，兩個相對放置的電阻的磁化方向朝著電流的方向轉動，引起的電阻阻值增加 R? ，而另兩個相對放置的電阻的磁化方向是背向電流的方向轉動，這就會引起電阻阻值減小 R? 。電壓輸出為bout VRRV ??????????，由此可以得出輸出的外加磁場的變化可以通過輸出的電壓變化來表示。這就是各向異性磁阻傳感器的工作原理 [1]。 AMR 傳感器的自身特點 AMR 傳感器自身提供了一個很好的方法來檢測地球磁場 ，并且就算周圍的環(huán)境比較惡劣， 16 這對它的影響也會很低 [3]。與其它的類型的傳感器相比較，它有自身的優(yōu)勢和一些特點： 1） 在準確度高的前提下，其檢測靈敏度也很高。 2） 電磁噪聲并不能對傳感器造成影響。 3） AMR 傳感器的成本低，及其利于推廣和應用。 4） 其電路也很簡單，易于實現(xiàn)，因此其穩(wěn)定性也相對較高。 5） 它的功耗很低能夠達到節(jié)約能源的目的，并且可以使用可攜帶式的電源，這樣就避免了鋪線的繁瑣。 綜上所述的 AMR 傳感器所擁有的上述優(yōu)點，以及實際情況中檢 測系統(tǒng)的實際需要，最終選擇此款傳感器作為車停位檢測系統(tǒng)的傳感器元件。構成 AMR 地磁感應檢測器。 2． 3 車停位檢測原理 由地球的磁場的強度約為 高斯，且其在一個廣闊的區(qū)域內磁場強度基本是恒定的，因此對于車檢器來說，檢測范圍在 10 米以內，就可以認為此范圍內的地球磁場時恒定不變的。只有當鐵磁性物體進入傳感器的檢測范圍內后，它就一定會對周邊的磁場分布情況進行擾動 [6]。汽車可以被看作是多個雙極性磁鐵所構成的模型，分別由進入的車輛前端發(fā)動機和車輪以及車輛內部的一些其它鐵磁性物體對地球磁場產生的扭曲和畸變 [11]。 不論鐵磁性物體的運動狀態(tài)是什么樣的，靜止的也好，運動的也好，都由于汽車內部本身的鐵磁性物質的存在，都必定會影響原本分布比較均勻的地球磁場。只要當車輛出于AMR 傳感器的檢測范圍內時， AMR 傳感器就能夠檢測出這種影響 [6]。由于車輛不同部位含鐵磁性物體的量是大不相同的，這就說明車輛的不同部位對地球磁場的影響也大不相同。就一般車輛而言，車輛的發(fā)動機部位和車輪部位是代檢車輛對 地球磁場影響的最大的兩個部位。 磁阻傳感器可以感應到磁場其測量范圍內磁場分布的微小變化，因此就會引起內部電阻的阻值進行相對應的影響 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處理，就可以將電流或者電壓值經過模數(shù)轉 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，通過對數(shù)據(jù)信號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。除此之外，也可以對這些數(shù)據(jù)進行一些其它的算法處理，就可以最終得出代檢測區(qū)域的車輛的車速和車流量等。 各向異性磁阻傳感器通過檢測周圍磁場的改變就可以來判斷車停位上是否停有檢測車輛，此檢測部分也就成為車位檢測系統(tǒng)中最底層也是最重要的部分，其檢測部分的檢測精準度也是決定了系統(tǒng)中整個的檢測精準 度。 17 2． 4 本章小結 本章節(jié)主要闡述了 AMR 磁阻傳感器為什么可以被用來作為車停位檢測系統(tǒng)中的最前端的檢測部分。先從自然界存在的磁阻效應說起，講述了一些引起磁阻效應的客觀原因，然后又說明了利用磁場效應而制作成的 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到磁場的變化，之后還列舉了 AMR 傳感器的自身特點，并最終得出結論，證明此傳感器非常適合車停位檢測系統(tǒng)的需要 [10]。最后又系統(tǒng)的闡述了車位檢測的原理，即由于車輛本身就可以被看作是多個鐵磁性物體，所以它的存在勢必將擾亂原本存在的地磁場的排序。 而 AMR 傳感器本身又是一款測量精度高的傳感器，因此就可以利用它的特性來檢測車停位上車輛的存在性。 第三章 車停位檢測系統(tǒng)的總體硬件設計 車停位檢測系統(tǒng)的總體設計概述 本文中的車停位檢測技術設計的總體思路是在每個車停位上 的正下方距離地面大約五公分的位置安放一個前端傳感器節(jié)點，并一次來判斷相應車停位上車輛的存在性，然后經過無線模塊可以將數(shù)據(jù)進行遠程透傳，然后交付給車停位檢測系統(tǒng)中的總數(shù)據(jù)控制基站。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，并最終將車停位信息通過 RS485 傳輸給應用