专利名称：一种基于磁敏技术探测车位的无线传感器网络装置的制作方法
技术领域：
本发明属于无线传感器网络领域，具体是一种基于磁敏技术探测 车位的无线传感器网络装置。
背景技术：
随着社会经济的迅速发展和人民生活水平的普遍提高，各种车辆 的保有量迅猛增长，这就不但需要大量的停车场，而且需要对停车场 的车位进行有效的检测。现有对停车场车位的检测采用的是传统的车 位探测器，它通过在地面下埋设电感线圈来检测车辆存在与否。这个 方法的缺点是线圈体积庞大、线圈铺设对地面破坏严重，线圈寿命短、 系统维护成本高等。发明内容本发明的目的是提供一种基于磁敏技术探测车位的无线传感器 网络装置。本发明要解决的是现有车位探测器存的线圈体积庞大、线圈铺设 对地面破坏严重、线圈寿命短、系统维护成本高等问题。为实现以上目的，本发明异向性磁阻传感器(AMR传感器)、滤 波降噪单元、直流偏置单元、差分放大单元、控制单元以及射频单元; 异向性磁阻传感器连接于滤波降噪单元，滤波降噪单元和直流偏置单 元连接于差分放大单元，差分放大单元连接于控制单元，控制单元和 射频单元互相连接。异向性磁阻传感器用来实时采集汽车经过时引起的地磁场变化，并输出相应的电压信号；滤波降噪单元用来除去异向性磁阻传感器输出信号的噪声部分， 提高信噪比；直流偏置单元用来提供直流偏置电压，保证信号在放大时不会失真；差分放大单元用来对异向性磁阻传感器的输出进行充分放大，并 把放大后的信号送入控制单元的AD转换模块；控制单元利用自带的AD转换器实时采集差分放大单元的输出， 经过一定的算法处理得出车位上是否有车辆存在；控制单元通过IO 口提供的控制信号来完成异向性磁阻传感器的 复位和置位操作，保证异向性磁阻传感器在灵敏度较高的状态下工 作；控制单元还协调整个系统的有效运行，控制系统功耗，延长装置 工作时间；射频单元与基站建立无线通信联系，进行数据交换。 本发明通过对异向性磁阻传感器(AMR传感器)输出信号的预 处理，采用相应的计算方法，实时计算出装置所在车位的车位状态， 并通过无线传输的通信方式把数据发送至基站以进行车辆控制和车 辆诱导。本发明具有车辆检出准确、安装维护方便、抗干扰能力强、体积 小、受环境影响小、成本较低等优点，适用于室内室外停车场多种场 合。本发明在车辆检测领域具有广阔的应用前景。
图1为本发明框图。图2为本发明工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。如图所示，本发明由异向性磁阻传感器(AMR传感器)、滤波降 噪单元(模块)、直流偏置单元(模块)、差分放大单元(模块)、控 制单元(模块)以及射频单元(模块)组成。异向性磁阻传感器(AMR 传感器)为双轴传感器，包括传感器A轴和传感器B轴，该两个敏 感轴分别以垂直于地面和平行于车位的方向放置，使它在垂直于地面 和平行于车位两个方向上实时采集汽车经过时引起的地磁场变化，并 输出相应的电压信号。滤波降噪单元包括滤波降噪单元A和B,直流 偏置单元包括直流偏置单元A和B，差分放大单元包括差分放大单元 A和B。异向性磁阻传感器的A轴和B轴分别连接于波降噪单元A 和B，波降噪单元A和B分别连接于差分放大单元A和B，直流偏 置单元A和B同样分别连接于差分放大单元A和B，差分放大单元 A和B连接于控制单元AMR，控制单元和射频单元互相连接。滤波降噪单元A和B用来除去异向性磁阻传感器(AMR传感器) 的A轴和B轴这二个轴输出的噪声信号，提高信噪比。直流偏置单 元A和B分别用来提供两个直流偏置电压，保证两路信号在放大时 不会失真；差分放大单元A和B用来对异向性磁阻传感器两个轴的 输出进行充分的放大，并把放大后的信号送入控制单元的AD转换模 块。控制单元利用自带的AD转换器实时采集差分放大单元的输出，经过一定的算法处理得出车位是否有车辆存在。控制单元通过IO 口提供的控制信号来完成异向性磁阻传感器的复位和置位操作，保证异 向性磁阻传感器在灵敏度较高的状态下工作。控制单元还协调整个系 统的有效运行，控制系统功耗，延长装置工作时间。射频单元与基站 建立无线通信联系，进行数据交换。本发明对车位的探测原理是把本发明安装在车位的中部，当车 辆经过异向性磁阻传感器感应区域时，对异向性磁阻传感器感应区域 内的地磁信号产生影响，异向性磁阻传感器检测到这种变化并输出相 应的电压信号，滤波降噪、直流偏置和差分放大单元对这个信号进行 萃取和放大，得出含有车辆信息的电压信号。含有车辆信息的电压信号送至控制单元的AD转换器，经过AD转换成数字信号进行处理。 本发明在车位上没有车辆的情况下上电启动。本发明上电启动后 首先对各个模块进行初始化设置，然后启动控制单元的AD转换功能 对差分放大输出的电压信号进行采集，进行背景磁场自学习和训练， 当连续采集的多个数据都比较接近时，便认为当前背景磁场是一个较 稳定的磁场，并把当前背景磁场作为基准磁场，把当前采集到的电压 作为基准电压。当有车辆进入车位时，由于车位处的地磁场受到影响发生变化， 这种变化经过异向性磁阻传感器、滤波降噪单元、直流偏置单元反映 到差分放大单元的输出上就是电压的变化，这个电压变化的程度会超 过预设的门限，此时便认为车位上有车辆存在。由于异向性磁阻传感 器是一个双轴传感器，当两个差分放大单元的其中任意一个输出电压 和基准电压相比超过预设的门限时，便认为有车辆停在车位上。这样 避免了由于车辆差异而造成的误判和漏判。较大的干扰磁场可能会导致传感器输出信号的衰变，为了减少这种影响和最大化信号输出，本发明通过传感器的置位复位功能保证异 向性磁阻传感器始终工作在高灵敏度状态。置位复位操作根据预设的 定时时间间隔来进行，这个时间间隔的大小可根据车位实地干扰磁场 的情况灵活设置。为了使整个装置在一套完善的低功耗模式下工作，控制单元和射 频单元只有在短暂的检测时间内处于正常工作模式，其余时间处于超 低功耗模式并切断异向性磁阻传感器的供电电源，保证系统以最低的 平均功耗进行工作。正常工作模式和超低功耗模式之间的切换靠定时 器来辅助实现。本发明射频单元数据传输模式可分为实时和定时，当车位状态发 生变化时实时上传数据给基站，车位状态未发生变化时，按照装置预 设的定时时间间隔定时上报数据给基站，定时时间可由基站方便设 置。本发明中的异向性磁阻传感器采用霍尼维尔(Honeywell)公司 的双轴异向性磁阻传感器HMC1052，它在零磁场附近输出的线性度 较好，不存在磁滞效应。本发明中的射频单元工作频率为433MHz，信道数目255个，射 频单元的数据传输速率及功率可调，最大传输速率500kbps,最大传 输功率10dBm，射频单元布设在地面断层中的最大无线传输距离为 300m，射频单元采用垂直极化方向的全向陶瓷天线，最大天线增益 0.5dBi，最大驻波比2.0。本发明的工作电压3.3V，采用8节大容量碱性电池串并连供电， 每节电池电压1.5V，电池容量为4000mAh，年自放电率低于10%。 超低功耗状态时的工作电流为0.3mA，最大工作电流30mA，经计算本发明可待机工作一年以上，本发明所采用的电池具有易购买， 易更换的特点。本发明之所以采用双轴融合处理算法来检测车辆的存在与否是 因为各种车辆的结构和制造方法不同，车辆上的铁磁物质分布及磁特 性也差异很大，这样很难采用单轴磁敏传感器的单一算法来对所有的车辆进行检测判断。所以本发明采用霍尼维尔(Honeywell)公司的 双轴磁敏传感器HMC1052，在垂直于地面和平行于车位两个方向上 检测磁场的变化，有效地克服了由于车辆铁磁分布特性不同带来的算 法问题。本发明控制单元采用具有对背景磁场进行学习和训练的功能，是 由于不同地理位置的车位及采用不同设计方法的车位，所处的背景磁 场都不尽相同。本发明通过启动后首先对差分放大器的输出信号进行 采集并把该信号反映出的当前背景磁场定为标准磁场存储在控制单 元中，当车位磁场偏离标准磁场的程度超过设定的门限后便认为车位 有车辆存在。本发明所述的异向性磁阻传感器的英文全称为anisotropic magneto resistive，简称为AMR传感器。
权利要求
1、一种基于磁敏技术探测车位的无线传感器网络装置，其特征在于它包括异向性磁阻传感器、滤波降噪单元、直流偏置单元、差分放大单元、控制单元以及射频单元；异向性磁阻传感器连接于滤波降噪单元，滤波降噪单元和直流偏置单元连接于差分放大单元，差分放大单元连接于控制单元，控制单元和射频单元互相连接；异向性磁阻传感器用来实时采集汽车经过时引起的地磁场变化，并输出相应的电压信号；滤波降噪单元用来除去异向性磁阻传感器输出信号的噪声部分，提高信噪比；直流偏置单元用来提供直流偏置电压，保证信号在放大时不会失真；差分放大单元用来对异向性磁阻传感器的输出进行充分放大，并把放大后的信号送入控制单元的AD转换模块；控制单元利用自带的AD转换器实时采集差分放大单元的输出，经过一定的算法处理得出车位上是否有车辆存在；控制单元通过IO口提供的控制信号来完成异向性磁阻传感器的复位和置位操作，保证异向性磁阻传感器在灵敏度较高的状态下工作；控制单元还协调整个系统的有效运行，控制系统功耗，延长装置工作时间；射频单元与基站建立无线通信联系，进行数据交换。
2、 根据权利要求1所述的一种基于磁敏技术探测车位的无线传 感器网络装置，其特征在于异向性磁阻传感器为双轴传感器，包括传 感器A轴和传感器B轴；滤波降噪单元包括滤波降噪单元A和B;直流偏置单元包括直流偏置单元A和B;差分放大单元包括差分放大 单元A和B;异向性磁阻传感器的A轴和B轴分别连接于波降噪单元A和B， 波降噪单元A和B分别连接于差分放大单元A和B，直流偏置单元 A和B同样分别连接于差分放大单元A和B，差分放大单元A和B 连接于控制单元；异向性磁阻传感器在垂直于地面和平行于车位两个方向上检测 磁场的变化，并输出相应的电压信号；滤波降噪单元A和B用来除 去异向性磁阻传感器两个轴输出的噪声信号，直流偏置单元A和B 分别用来提供两个直流偏置电压，保证两路信号在放大时不会失真； 差分放大单元A和B用来对异向性磁阻传感器两个轴的输出进行充 分的放大。
3、 根据权利要求1所述的一种基于磁敏技术探测车位的无线传 感器网络装置，其特征在于异向性磁阻传感器采用霍尼维尔(Honeywell)公司的双轴异向性磁阻传感器HMC1052。
4、 根据权利要求1所述的一种基于磁敏技术探测车位的无线传 感器网络装置，其特征在于射频单元工作频率为433MHz，信道数目 为255个，射频单元的数据传输速率及功率可调，最大传输速率为 500kbps，最大传输功率为lOdBm，射频单元布设在地面断层中的最 大无线传输距离为300m，射频单元采用垂直极化方向的全向陶瓷天 线，最大天线增益为0.5dBi，最大驻波比为2.0。
全文摘要
本发明属于无线传感器网络领域，它是一种利用磁敏技术探测车位状态的无线传感器网络装置，它包括异向性磁阻传感器、滤波降噪单元、差分放大单元、直流偏置单元、控制单元和射频单元。本发明通过对异向性磁阻传感器输出信号的预处理，采用相应的计算方法，实时计算出异向性磁阻传感器所在车位位置的车位状态，并通过无线传输的通信方式把数据发送至基站以进行车辆控制和车辆诱导。本发明在道路车流量检测、停车场管理、道路路口管理等方面有广阔应用前景。
文档编号G08G1/14GK101217002SQ20081005922
公开日2008年7月9日 申请日期2008年1月3日 优先权日2008年1月3日
发明者刘海涛, 波 吴, 周璐巍, 华 姜, 帆 张, 李中一, 李保海, 康 赵, 郑春雷, 鲍星合 申请人:中科院嘉兴中心微系统所分中心