基于磁阻传感器的车流量检测系统的设计与应用

摘要

我国经济发展快速，城市化步伐不断加快，城市汽车数量也在不断攀升，城市交通拥堵十分严重。目前，我国的十字路口红绿信号灯大多采用固定时间的方式控制，虽然有些城市会根据不同时间段或早高峰时期调整红绿信号灯的亮灭时间，但还是无法根据道路实际车况灵活控制红绿信号灯。如何有效灵活控制红绿灯，缓解城市交通拥堵问题已是国内各大城市亟需研究解决的课题之一。如果十字路口红绿信号灯可以根据各方向车道的车流量灵活变化，那么就可以避免出现“白等”情况，可以提高交通系统效率。须设计一个能实时准确体现道路车流量的检测系统，以获取十字路口各方向的车流量信息。目前已有的车流量检测系统大多存在检测性能不够稳定、检测精度偏低、维护不方便等问题。
　　本文设计了一个基于磁阻传感器HMC1022的车流量检测系统。论文首先分析了当前国内外常见的几种车辆检测技术:雷达（微波）、激光、视频和环形感应线圈等四种方式，分别指出其相对优势及存在的不足。其次，结合公式、关系图等详细阐述了磁阻传感器的工作原理。当车辆进入磁阻传感器的检测范围内，由于扰动了原本均匀分布的地磁场，引起磁场变化，磁场变化转化为电压输出。这样就可以得出检测范围内的车流量相关信息。接着单独列一章介绍双轴磁阻传感器HMC1022的外部结构、内部结构及技术参数。了解到惠斯通电桥是HMC1022的核心组成部分，每个电桥有一个敏感轴，分别用来测量与芯片平行和垂直方向的磁场Bx和By。随后全面阐述了本系统的硬件设计方案，硬件部分包含了信号放大、A/D转换、传感器置位/复位、ZigBee无线通信。然后主要介绍了包括数据采集、数据处理、数据通信、RF模块等在内的系统软件设计，以及分析介绍了几种车辆存在检测算法。最后，介绍了不同条件下对磁阻传感器检测节点的测试结果。
　　测试结果表明，由于算法简单正确、硬件电路设计得当，本检测系统对道路车辆具有良好的检测效果。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 车流量检测技术研究现状

1．2．1 雷达检测技术

1．2．2 激光检测技术

1．2．3 视频检测技术

1．2．4 环形感应线圈检测技术

1．3 主要研究内容

1．4 本文的组织结构

第二章 磁阻传感器及其车流量检测相关技术介绍

2．1 磁阻传感器

2．1．1 磁阻传感器的种类

2．1．2 磁阻效应

2．1．3 磁阻传感器的工作原理

2．1．4 磁阻传感器的应用领域

2．2 基于磁阻传感器的车流量检测原理

2．3 本章小结

第三章 磁阻传感器HMC1022

3．1 HMC1022外部结构

3．2 HMC1022内部结构

3．2．1 惠斯通电桥

3．2．2 内置偏置线圈

3．2．3 内置置位／复位线圈

3．3 HMC1022相关技术参数

3．4 本章小结

第四章 系统的硬件设计与实现

4．1 信号放大模块

4．2 A／D转换模块

4．3 置位／复位模块

4．4 ZigBee无线通信模块

4．5 硬件电路的抗干扰设计

4．6 本章小结

第五章 系统软件与检测算法的研究与实现

5．1 系统软件设计

5．1．1 数据采集软件设计

5．1．2 数据处理软件设计

5．1．3 数据通信软件设计

5．1．4 RF模块软件设计

5．2 车辆检测算法

5．2．1 目前常见的车辆检测算法

5．2．2 影响车辆检测准确率的几大因素

5．2．3 系统车辆检测算法

5．3 本章小结

第六章 系统测试与结论

6．1 系统测试

6．2 结论

6．3 本章小结

参考文献

近年来及攻读硕士学位期间取得的主要研究成果

致谢

附录