基于磁阻传感器的车流量检测系统的设计与应用

磁阻传感器在车流检测中的应用【摘要】为了缓解城市交通拥堵，研究了一种基于磁阻传感器的车流量检测系统，磁阻传感器能将车辆引起的地磁扰动转换为清晰的电压信号输出。

该系统包含了信号放大模块、无线通信模块等，多个地磁传感器节点通过无线通信模块与计算机系统相连，将检测到的车流信息反馈到上位机，从而实现对整个路口车流的检测。

【关键词】磁阻传感器；车流量检测1.引言如何缓解城市交通拥堵、提高道路通行能力已经成为当前迫切需要研究解决的课题。

如果可以根据各车道车流量来实现对交通信号灯的智能化控制，合理地分配交通信号灯控制时间，那么就可以提高交通系统效率，缓解交通拥堵现象。

为获取车流量相关数据必须设计一个道路车流量检测系统。

针对车流量检测系统的需求，本文介绍了磁阻传感器车流量检测原理，采用双轴磁阻传感器HMC1022和无线通信模块技术设计了一种车流量检测系统。

2.检测原理地磁车辆检测器是基于磁阻传感器的车辆检测技术，具有尺寸小、安装方便、对非铁磁性物体无反应、可靠性高等特点。

磁阻传感器主要利用镍铁导磁合金的磁阻效应。

磁阻传感器的基础元件是惠斯通电桥，组成电桥的电阻由镍铁导磁合金材料制成，该电阻的电阻值与偏置电流和磁场矢量之间的夹角存在一定的函数关系。

地球磁场强度很弱，在最强的两极其强度不到1mT，平均强度约为0.06mT。

车辆本身含有的铁磁物质会对车辆存在区域的地磁信号产生影响，使车辆所在区域的地球磁力线发生弯曲。

在一个有限的空间里，地球磁场可以看成是均匀的，当这个均匀磁场被铁磁性材料（如铁、钢、镍、钴等）扰动时，它的均匀性就会受到破坏。

当车辆经过传感器附近，传感器能够灵敏感知到信号的变化，经信号分析就可以得到检测路面的车流信息。

3.硬件设计本设计是以STC12C5A60S2单片机为控制基础，以HMC1022为信息采集传感器的单节点分布式车流量信息采集与控制系统。

传感器节点由双轴磁阻传感器HMC1022、XL02-232AP1无线通信模块和电源组成。

2009，45（19）1前言国际上常用的车辆检测技术主要有环形线圈、视频和微波。

环形线圈技术大多应用于城市交通路口、高速路口，检测精度高，可靠性好，但安装维护复杂，破坏路面。

视频检测主要应用于路口，可清楚地看到交通现状，但检测精度受天气、光线的影响较大，镜头容易受路面灰尘的影响。

微波大多应用于高速路段的车速测量，安装方便、寿命长，但容易受周围环境的影响[1-3]。

地磁车辆检测器（Geomagnetic Vehicle Detector，GVD）是基于磁阻传感器的车辆检测技术，具有尺寸小、安装方便、对非铁磁性物体无反应、可靠性高等特点，且实验已证明地磁传感器用于动静态车辆检测、车速车长估计、车型分类等都有很好的效果[4-5]。

国内外许多科研院所和高技术公司都在进行相关研究，其中Nu-metrics、SENSOURCE、BANNER等公司基于各向异性磁阻（Anisotropic MagnetoResistive，AMR）开发出了原型产品，麻省理工学院与加州Berkeley等对地磁车辆检测器的原型及相关检测算法已有相当丰富的研究成果。

该检测算法有固定阈值算法（the threshold slicing algorithm）、自适应阈值算法（the Adaptive Threshold Algorithm，ATA），车速、车长的估计算法和车型分类算法等。

首先简单介绍了地磁车辆检测技术的工作原理，然后根据研究对象对其相关检测算法进行了分类，并总结算法存在的问题和设计上需考虑的因素，最后提出通过研究磁偏角的方法进行车辆检测。

2检测原理2.1磁阻传感器磁阻传感器应用了镍铁导磁合金的磁阻效应（图1）。

镍铁导磁合金的电阻值与偏置电流（I）和磁场矢量（M）之间的夹角（θ）存在函数关系（图2），其阻值随着磁场矢量变化而改变。

磁阻传感器的基础元件是惠斯通电桥，组成电桥的电阻是由镍铁合金的薄膜片沉积于硅晶片表面制成的[6]，惠斯通电桥将磁场的变化转换为差分电压的形式输出。

基于巨磁阻传感器的交通流量采集系统的设计【摘要】通过介绍巨磁阻传感器的原理以及车辆引起地球磁场扰动的特性，并结合物联网技术，设计了一种准确可靠的交通流量采集系统，详细介绍了系统内各部分的组成及功能。

【关键词】巨磁阻传感器；地磁检测；物联网；交通流量采集系统；智能交通1.引言随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，路网通行能力日益满足不了快速增长的交通需求，交通拥堵现象日趋严重，已经成为制约经济社会可持续发展的关键问题之一。

传统的分时段固定配时控制交通信号灯的方式已经不能满足人们日益增长的交通需求，为了有效缓解城市交通压力，提高交通系统运行效率，很多国家都在研究智能化的交通控制方案，即基于交通流量智能调节交通信号灯时间[1]。

因此，交通流量信息采集的准确与否就成为了智能交通系统成败的关键[2]。

鉴于此，本文通过分析车辆引起地球磁场扰动的特性，将先进的巨磁阻传感器检测技术和物联网技术结合起来设计了一种交通流量采集系统。

2.交通流量采集系统结构及关键技术研究2.1 交通流量采集系统结构交通流量采集系统由车辆检测器、无线路由模块、区域控制器和接口适配模块等组成，系统简图如图1所示。

将车辆检测器安装在车道中间，通过巨磁阻传感器检测车辆经过时引起的地球磁场变化来判断是否有车辆经过，然后将车辆有无信息通过无线通信网络上传至区域控制器，区域控制器将各车道信息汇总后直接输出RS485信号或者经接口适配模块转换成触点/TTL信号给路边的交通信号机，交通信号机再根据预设的算法智能地调节红绿灯时间。

对较大路口还需要添加无线路由模块，它负责信号和命令的转发。

车辆检测器、无线路由模块、区域控制器组成无线传感器网络，信息可以双向传递，固件可以在线升级。

2.2 巨磁阻效应及车辆检测原理2.2.1 巨磁阻效应所谓巨磁阻效应[3]，是指磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较之无外磁场作用时存在巨大变化的现象。

巨磁阻是一种量子力学效应，它产生于层状的磁性薄膜结构。

基于无线传感器网络车流量检测系统设计摘要本文介绍了基于无线传感器网络的车流量检测系统的设计。

该系统通过部署在道路上的传感器节点，实时采集车辆信息，并通过无线通信将数据传输到监控中心。

监控中心可以实时分析车流量数据，进行交通管理和决策。

该系统具有实时性、高可靠性和网络扩展性等优点，可以为交通管理部门提供有效的数据支持。

1. 引言车流量监测对于交通管理和规划至关重要。

传统的车流量检测方法通常采用地面线圈或摄像机等设备进行数据采集，这些方法存在人力资源浪费和设备维护困难的问题。

而基于无线传感器网络的车流量检测系统可以实现自动化、实时和远程的数据采集和传输，大大提高了车流量监测的效率和准确性。

2. 系统架构基于无线传感器网络的车流量检测系统主要由传感器节点、数据传输网络和监控中心三个部分组成。

2.1 传感器节点传感器节点负责车辆信息的采集和传输。

每个传感器节点都包含一个车辆检测器和一个无线通信模块。

车辆检测器通过使用车辆识别技术（如雷达、红外线等），可以实时感知车辆经过的信息。

无线通信模块负责将车辆信息通过无线信号传输给数据传输网络。

2.2 数据传输网络数据传输网络负责将传感器节点采集到的车辆信息传输到监控中心。

传输网络可以采用无线通信技术，如Wi-Fi、ZigBee等。

传输过程中需要考虑数据的可靠性和实时性，以保证数据的完整和及时性。

2.3 监控中心监控中心接收传感器节点传输的车辆信息，并进行数据分析和处理。

监控中心可以通过可视化界面展示实时的车流量数据，并进行交通管理和决策。

监控中心还可以与其他交通管理系统集成，提供更全面的交通信息。

3. 系统设计基于无线传感器网络的车流量检测系统设计需要考虑以下几个方面：3.1 传感器节点设计传感器节点设计需要选择合适的车辆检测器和无线通信模块。

车辆检测器应具有高精度和实时性，可以准确感知车辆经过的信息。

无线通信模块应支持稳定的数据传输，并考虑网络扩展性。

传感器节点还需要考虑供电方式和耐用性等因素。

交通流量监测中的传感器技术应用在现代社会，交通流量的监测对于城市的规划、交通管理以及公众的出行都具有至关重要的意义。

而传感器技术的不断发展和应用，为交通流量的准确监测提供了有力的支持。

传感器是一种能够感知和检测物理量、化学量或生物量等信息，并将其转换为可测量和可处理的电信号的装置。

在交通流量监测中，传感器技术发挥着关键作用。

常见的用于交通流量监测的传感器包括磁感应传感器、微波传感器、视频传感器等。

磁感应传感器是一种基于电磁感应原理的传感器。

当车辆通过时，会引起磁场的变化，传感器能够感知这种变化并转化为电信号。

这种传感器安装简单，维护成本较低，并且能够在各种天气条件下稳定工作。

但其检测范围相对较小，对于多车道的交通流量监测可能存在一定的局限性。

微波传感器则是通过发射微波信号，并接收车辆反射回来的信号来检测车辆的存在和速度。

它具有检测范围广、不受天气和光照条件影响的优点，能够同时监测多个车道的交通流量。

然而，微波传感器的成本相对较高，而且对于低速行驶的车辆检测精度可能不够理想。

视频传感器是通过摄像头采集道路图像，然后利用图像处理技术来分析车辆的数量、速度和类型等信息。

这种传感器能够提供丰富的交通数据，并且可以直观地展示交通状况。

但它对图像处理算法的要求较高，容易受到光照变化、恶劣天气等因素的影响。

在实际应用中，传感器的选择需要根据具体的监测需求和环境条件来决定。

例如，在城市主干道上，由于车流量较大，可能更适合使用微波传感器或视频传感器；而在一些支路上，磁感应传感器可能就足以满足监测需求。

传感器技术在交通流量监测中的应用，不仅能够提供实时的交通流量数据，还为交通管理部门的决策提供了重要依据。

通过对这些数据的分析，交通管理部门可以了解道路的拥堵情况，及时调整信号灯的时长，优化交通信号控制方案，从而提高道路的通行效率。

此外，交通流量监测数据还可以用于交通规划。

城市规划者可以根据不同区域的交通流量分布，合理规划道路网络，增加或调整道路设施，以适应未来的交通需求。

近年来，随着我国经济建设的高速发展，机动车辆拥有量也在急剧增长，交通流量日益增大，了解路况交通实时信息让司机选择道路通畅的路段是解决道路拥堵问题的一个重要手段。

因此，研究开发适合我国交通现状和具有稳定性好的检测设备变得尤为重要。

本文介绍了一种基于感应线圈的道路车辆测量方法。

该方法利用感应线圈车辆检测器对车辆的电磁感应特性进行数据采集，通过对振荡的频率计数获得通行车辆的信息（车流量这里指通过车辆的个数），再通过显示电路显示出来。

信号产生电路采用LC电容三点式振荡电路，此电路主要用来产生正弦信号. 文中给出了以AT89C51单片机为核心的车流量检测系统的硬件和软件框图，并进行了简单的实验，结果表明该检测系统稳定可靠，检测精度符合要求。

基于LC振荡电路与51系列单片机组成的环形线圈检测器，不仅经济，还能够保证系统的检测精度和抗干扰性，为进一步应用于实际打下了坚实的基础。

关键字:AT89C51单片机、感应式环形线圈、LC振荡电路、数码显示In recent years, the quantity of vehicles and the traffic flow increase rapidly with the development of China economy.So it is important of the drivers to know the real-time information of the traffic system.Therefore ,it is also very important to research a stable equipment which can detect the traffic situation.The paper introduces a device of vehicle based on an induction loop-coil.The device collects the data of electromagnetic induction characteristics with the inductive loop-coil.This device can obtain the information of vehicles by measuring the frequency of the oscillator circuit,and displays it thought the display circuit.The signal circuit of the device adopts LC oscillator circuit,and this oscillator circuit is mainly used to produce sinusoidal signal.The paper produces the hardware electric circuit and the software diagram of the system of measuring vehicle flux which takes the STC89C52 as the core,and take some simple experiments,finally indicated that the system of measuring vehicle flux is able to stably and reliably work and the examination precision meet the requirements.The inductive loop-coil vehicle detector which is based on LC oscillator circuit and MCU, is economic, accurate and stable. It laid a solid foundation for further practical application.Keyword：STC89C52 single chip microcomputer、induction loop-coil、LC oscillator circuit、Digital display目录第1章序言 (2)1.1 课题背景 (2)1.2 课题研究的目的和意义 (2)1.3 课题研究的发展趋势 (2)1.4 本文主要研究内容 (3)第2章系统主要研究内容 (3)2.1 车辆检测原理 (4)2.2 系统硬件原理框图 (5)2.3 系统软件原理框图 (6)第3章硬件设计-检测电路部分 (6)3.1 检测线圈设计 (6)3.2 LC振荡电路设计 (7)3.3 整形电路设计 (12)3.4 波形变换电路设计 (14)第4章硬件设计-单片机电路部分 (19)4.1 测频电路设计 (19)4.2 显示电路设计................................................................ 错误!未定义书签。

基于感应线圈道路交通流检测系统研究与设计的开题报告一、研究背景与意义随着城市化和交通网络的快速发展，道路交通流量监测变得越来越重要。

目前，在交通信号控制、城市交通规划和交通拥堵预测等方面，监测交通流量的数据已经成为必要的数据来源。

因此，交通流量监测系统得到越来越广泛的应用。

传统的道路交通流量监测方法包括传感器、摄像头和激光等。

但这些方法的成本较高，而且需要较长的安装时间和技术人员的参与。

此外，这些设备有可能受到天气影响而影响监测效果。

基于感应线圈的道路交通流量检测系统则具有低成本、易安装和不受天气影响等优点，因此在实际应用中得到越来越广泛的应用。

感应线圈道路交通流检测系统是通过感应线圈探头来监测车辆通过线圈的时间和车流量，从而实现精确地测量交通流量。

因此，本文旨在研究基于感应线圈的道路交通流量检测系统，设计出一个简单、可靠、高效的检测系统，以提高城市交通网络的稳定性和流通效率。

二、研究内容和方案本研究的主要内容和方案包括以下三个方面：1. 探究感应线圈技术原理本研究将探究感应线圈的工作原理和基本结构，介绍感应线圈的种类和特点，详细分析基于感应线圈检测的道路交通流量检测原理及其监测方式。

2. 设计感应线圈道路交通流量监测系统根据感应线圈的监测原理和道路交通的特点，本研究将设计出一个基于感应线圈的道路交通流量监测系统。

该系统将包括感应线圈探头、信号处理器、数据分析器和通信模块等组成部分，通过感应线圈探头测量车辆通过线圈的时间，进而实现车流量的计算和分析。

3. 实验测试和数据分析在设计好的感应线圈道路交通流量监测系统中，进行实际的交通流量测试，采集数据并进行分析。

根据数据分析结果评估该系统的检测准确性和稳定性，并探寻如何对该系统进行进一步的优化和改进。

三、研究计划时间安排|研究任务-|-第一周|研究感应线圈技术原理，并完成文献综述第二周|根据感应线圈的技术原理和道路交通特点，设计出基于感应线圈的道路交通流量检测系统第三到四周|制作感应线圈探头并开展系统的硬件设计和软件编程第五到六周|完成系统的实验测试第七到八周|对实验数据进行分析，并提出该系统的优化方案四、研究预期成果本研究的预期成果为设计出一个基于感应线圈的道路交通流量监测系统。