基于tmr传感器的车辆检测系统的制作方法
【专利摘要】基于TMR传感器的车辆检测系统，属于智能交通中车辆检测技术领域。本发明是为了解决当前交通检测中使用各向异性磁阻传感器进行车辆检测，在安装时需要在路面打孔，安装及维护成本高的问题。它的TMR车辆检测模块用于检测车辆经过地的地磁场信号，TMR车辆检测模块的模拟检测信号经控制模块转换成数字检测信号后，通过ZigBee无线传输模块传输给数据控制中心，数据控制中心对获取的车辆检测信号进行处理获得采集信号的特征值，将采集信号的特征值上传至服务器；电源调试模块为太阳能供电调试模块，用于在控制模块的控制指令下，根据需要为控制模块提供工作电源。本发明用于城市交通中的车辆检测。
【专利说明】
基于TMR传感器的车辆检测系统
技术领域
[0001] 本发明涉及基于TMR传感器的车辆检测系统，属于智能交通中车辆检测技术领域。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着经济的蓬勃发展，城市中人口和机动车数量急速增长，道路交通压力 日趋严重。大力发展智能交通系统（Intelligent Transportation System，简称ITS)，有 利于提高路网的通行能力和道路管理服务质量。道路车辆检测系统通常由检测传感器、通 讯网络、服务器和上位机组成。传感器电路作为底层感知端，发展较为缓慢。目前常用的车 辆信息采集传感器主要有:环形线圈、雷达测速仪、红外测速仪等。运用在交通检测中的磁 阻传感器主要是各向异性磁阻AMR(Anisotropic Magneto Resistance)，该传感器的建模 和测试比较完善，但传感器的灵敏度比不高，在安装时需要在路面打孔，采用地埋的方式对 车辆进行探测，增加了安装和维护的设备人力成本和安装难度，因此使用AMR传感器并不是 十分适合大规模推广的方法。
【发明内容】
[0003] 本发明目的是为了解决当前交通检测中使用各向异性磁阻传感器进行车辆检测， 在安装时需要在路面打孔，安装及维护成本高的问题，提供了一种基于TMR传感器的车辆检 测系统。
[0004] 本发明所述基于TMR传感器的车辆检测系统，它包括多个终端检测节点、数据控制 中心和服务器，每个终端检测节点设置在待检测道路的侧路路面或路灯杆旁;每个终端检 测节点包括TMR车辆检测模块，控制模块、电源调试模块和ZigBee无线传输模块， TMR车辆检测模块用于检测车辆经过地的地磁场信号，TMR车辆检测模块的模拟检测信 号经控制模块转换成数字检测信号后，通过ZigBee无线传输模块传输给数据控制中心，数 据控制中心对获取的车辆检测信号进行处理获得采集信号的特征值，将采集信号的特征值 上传至服务器； 电源调试模块为太阳能供电调试模块，用于在控制模块的控制指令下，根据需要为控 制模块提供工作电源。
[0005] TMR车辆检测模块包括TMR传感器、双级放大模块和电位调整模块， TMR传感器用于采集地磁场信号并转化为电信号，该电信号经双级放大模块放大1200 倍传递给电位调整模块，电位调整模块将采集到的电信号箝位在AD转换范围内作为TMR车 辆检测模块的模拟检测信号输出给控制模块。
[0006] TMR传感器具有外围调零电路，该外围调零电路用于调控TMR传感器的输入信号处 于其额定接收信号范围内。
[0007] 数据控制中心选用基于基准线跟踪的状态机检测算法对车辆进行检测，具体为： 确定权值系数，并设置基准线B齡和波动阈值盍； 首先初始化基准线:B?，然后采集一点_，:讀0为当前采集获得的地磁场数字信号， 判断地磁场数字信号功^是否满足下式或者-? ; 如果是，判断有车经过;减小权值系数，并更新基准线B:(p，将检测结果上传至服务器， 并继续采集下一点》_，直至结束； 否则，自动跟踪基准线B:(p，并继续采集下一点^，直至结束。
[0008] 本发明的优点：本发明根据隧道磁阻TMR(Tunnel Magneto Resistance)传感器高 灵敏度的特点，使用侧路测量方式，避免了对道路的损坏。隧道磁阻TMR传感器不仅在灵敏 度、分辨率和功耗等性能参数上大大优于传统的AMR传感器，而且设备体积小，易于安装，超 低功耗增加了系统的整体寿命，能大大降低施工难度和维护成本，有利于在智能交通中大 规模推广。随着交通传感器实现大规模部署，基于TMR磁传感器的检测装置应用前景广阔。
[0009] 本发明通过分析磁场变化规律，结合TMR传感器特性，设计合适的放大电路和调整 模块。数据控制中心选用基于基准线跟踪的状态机检测算法对车辆进行检测，通过对比，确 定权值系数和阈值，提取原始磁场信号中的有效信息，方便后续自动识别车辆的算法。
【附图说明】
[0010] 图1是本发明所述基于TMR传感器的车辆检测系统的总体框图； 图2是每个终端检测节点的原理框图； 图3是TMR车辆检测模块的原理框图； 图4是基于TMR的TMR传感器及调零电路图； 图5是双级放大模块的电路图； 图6是电位调整模块的电路图； 图7是基于基准线跟踪的状态机检测算法流程图。
【具体实施方式】
[0011]
【具体实施方式】一:下面结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式所述基于TMR传 感器的车辆检测系统，它包括多个终端检测节点1、数据控制中心2和服务器3,每个终端检 测节点1设置在待检测道路的侧路路面或路灯杆旁;每个终端检测节点包括TMR车辆检测模 块1-1，控制模块1-2、电源调试模块1-3和ZigBee无线传输模块1-4， TMR车辆检测模块1-1用于检测车辆经过地的地磁场信号，TMR车辆检测模块1-1的模拟 检测信号经控制模块1-2转换成数字检测信号后，通过ZigBee无线传输模块1-4传输给数据 控制中心2,数据控制中心2对获取的车辆检测信号进行处理获得采集信号的特征值，将采 集信号的特征值上传至服务器3; 电源调试模块1-3为太阳能供电调试模块，用于在控制模块1-2的控制指令下，根据需 要为控制模块1-2提供工作电源。
[0012] TMR车辆检测模块1-1包括TMR传感器1-11、双级放大模块1-12和电位调整模块1-13， TMR传感器1-11用于采集地磁场信号并转化为电信号，该电信号经双级放大模块1-12 放大1200倍传递给电位调整模块1-13,电位调整模块1-13将采集到的电信号箝位在AD转换 范围内作为TMR车辆检测模块1-1的模拟检测信号输出给控制模块1-2。
[0013] TMR传感器1-11具有外围调零电路，该外围调零电路用于调控TMR传感器1-11的输 入信号处于其额定接收信号范围内。
[0014] 数据控制中心2选用基于基准线跟踪的状态机检测算法对车辆进行检测，具体为： 确定权值系数，并设置基准线《取)和波动阈值S; 首先初始化基准线》體，然后采集一点*御，M为当前采集获得的地磁场数字信号， 判断地磁场数字信号玄轉是否满足下式::讀妒或者; 如果是，判断有车经过;减小权值系数，并更新基准线B:(p，将检测结果上传至服务器 3,并继续采集下一点g，直至结束； 否则，自动跟踪基准线B:(p，并继续采集下一点，直至结束。
[0015] 本发明的每个终端检测节点都包括TMR车辆检测模块1-1和ZigBee无线传输模块 1-4，TMR车辆检测模块1-1负责地磁信号采集工作，将采集到的TMR传感器电压输出信号放 大调整后传输给ZigBee无线传输模块，控制模块1-2采用CC2530作为主控MCU，对传感器采 集模块传来的模拟信号进行采集，得到可供分析的数字信号。TMR车辆检测模块1-1中首先 通过TMR传感器将地磁场的微弱变化转化为微弱的电信号，然后电信号经过双级放大模块 放大1200倍，最后通过电位调整，将采集到的电信号箝位在AD转换范围内，本部分的输出供 给控制模块1 -2的AD模块使用。TMR传感器I -11的外围调零电路使得TMR永久的工作在最优 范围内，防止地磁场的巨变而超过传感器的测量量程，损坏设备。
[0016] 本发明基于TMR磁传感器构建。由于车辆磁体对地球磁场进行干扰，造成磁场强度 的变化，因此基于地球磁场的变化可以检测出车辆。
[0017] 图1是本发明的架构，其中终端检测节点1为系统的前端，负责采样磁场变化信号 并将其转换为数字信号，然后通过zigbee路由节点将采集的数字数据上传至数据控制中 心，经zigbee汇聚节点后进行数据处理并提取采集信号的特征值，然后通过3G模块将处理 过的数据上传至远端的服务器，服务器负责存储数据并供给用户调用。
[0018] 图2中，控制模块1-2选择Ti公司的CC2530芯片作为主控芯片并且完成A/D采集功 能。电源调试模块1-3为太阳能供电，绿色环保。
[0019] 图3体现的功能是将车辆对地磁的干扰信号转换，放大为一个可用的电压信号，供 给后端控制器采样处理。
[0020] 图5中选用ADI公司的高精度仪表放大器AD620对传感器信号进行放大。
[0021] 图6中选用LM358作为运放，电阻R16和R17构成反馈回路，电阻R15和R18起到了平 衡作用。
[0022]图7是基于基线自跟踪的状态机检测算法流程图，由TMR采集的磁场信号可知，当 传感器周围没有车辆经过时，ADC采集的信号幅值波动在0.1 V以内，信号波动小，曲线平稳； 当辆经过时，信号幅值突增，抖动剧烈。为了能够更好地检测到信号正负方向上的波动，设 置基准线和波动阈值，认为超过上下阈值时有车辆经过。车辆经过传感器初期，采集信号已 经开始波动，但还没有超过阈值，此时信号依旧会对基准线造成影响，使基准线向信号波动 方向偏移，当信号完全超过阈值时，基准线已经不能很好的反映背景信号的情况，因此在车 辆经过时基准线也应自动跟踪修正。
【主权项】
1. 一种基于TMR传感器的车辆检测系统，其特征在于，它包括多个终端检测节点（1)、数 据控制中心（2)和服务器(3)，每个终端检测节点（1)设置在待检测道路的侧路路面或路灯 杆旁;每个终端检测节点（1)包括TMR车辆检测模块（1-1)，控制模块（1-2)、电源调试模块 (1-3)和ZigBee无线传输模块（1-4)， TMR车辆检测模块(1-1)用于检测车辆经过地的地磁场信号，TMR车辆检测模块（1-1)的 模拟检测信号经控制模块(1-2)转换成数字检测信号后，通过ZigBee无线传输模块(1-4)传 输给数据控制中心(2)，数据控制中心(2)对获取的车辆检测信号进行处理获得采集信号的 特征值，将采集信号的特征值上传至服务器(3); 电源调试模块（1-3)为太阳能供电调试模块，用于在控制模块（1-2)的控制指令下，根 据需要为控制模块(1-2)提供工作电源。2. 根据权利要求1所述的基于TMR传感器的车辆检测系统，其特征在于，TMR车辆检测模 块(1-1)包括TMR传感器(1-11)、双级放大模块(1-12)和电位调整模块(1-13)， TMR传感器（1-11)用于采集地磁场信号并转化为电信号，该电信号经双级放大模块（1- 12)放大1200倍传递给电位调整模块（1-13)，电位调整模块（1-13)将采集到的电信号箝位 在AD转换范围内作为TMR车辆检测模块(1-1)的模拟检测信号输出给控制模块(1-2)。3. 根据权利要求2所述的基于TMR传感器的车辆检测系统，其特征在于，TMR传感器（1- 11)具有外围调零电路，该外围调零电路用于调控TMR传感器（1-11)的输入信号处于其额定 接收信号范围内。4. 根据权利要求1、2或3所述的基于TMR传感器的车辆检测系统，其特征在于，数据控制 中心(2)选用基于基准线跟踪的状态机检测算法对车辆进行检测，具体为： 确定权值系数，并设置基准线B賴和波动阈值?; 首先初始化基准线?衡，然后采集一点31?，_为当前采集获得的地磁场数字信号， 判断地磁场数字信号圳^是否满足下式:或者⑩-1; 如果是，判断有车经过;减小权值系数，并更新基准线?陶，将检测结果上传至服务器 (3)，并继续采集下一点直至结束； 否则，自动跟踪基准线，并继续采集下一点直至结束。
【文档编号】G08G1/042GK106056925SQ201610619003
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年8月1日
【发明人】刘晓为, 张海峰, 桑胜田, 李晓明, 柳奥
【申请人】哈尔滨睿之芯信息技术股份有限公司