试述传感器三轴数字磁传感器在停车场管理中运用
最后更新时间：2024-01-15
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论文导读：车时稳定的地磁场有明显的变化，可依据此检测出停车位上是否有车辆停放。后续验证试验证明，探测器能够正确检测停车位上车辆停放信息的概率大于98%，而不受相邻车位及道路上行驶车辆的影响。因此以三轴数字磁阻传感器为核心设计的低功耗探测器必将在智能停车场以及停车场管理系统中得到广泛的应用。参考文献沈冬萍，廖传
摘要：针对停车场现代化管理和智能监控的需要，采用霍尼韦尔三轴数字磁传感器设计停车位地磁探测节点，通过采集车位地磁大小并通过阈值的判别算法可以检测停车位上是否有车辆停放。通过对测试数据的分析和处理，选择合理的阈值能使探测精度达到大于98%，此外探测节点采用低功耗设计，两节电池可以使探测器持续工作2年。
关键词：磁传感器 低功耗 地磁检测
1007-9416（2013）05-0086-02
随着私家车数量的激增，停车场停车位的数量不足以及管理不便导致在某些繁华的场合或某个特定的时段找停车位比较困难，目前人们常用的两种检测车辆的方法是地感线圈检测和超声波检测。地感线圈检测需要将与车体几乎等大小的电感线圈埋在车位的下方，检测线圈上的电感变化以确定车位上有没有车辆停放。超声波检测法是将超声波装置安装在车位上方的平面上通过检测距离的方法检测停车位上是否有车辆停放。以上两种测量方法地感线圈安装时需要破坏整个停车位，安装难度较大；超声波检测需要安装在车位正上方的平面上，对安装条件要求比较高并且不适合在室外的停车场安装。针对以上两种方法的缺点我们提出了用三轴数字磁传感器探测车位上地磁的变化以判断该车位上是否有车停放的检测方法，将测试到的相关数据通过无线模块传输该后台服务器，服务器通过控制显示牌显示以指导司机快速了解停车场车位占有信息并快速找到空车位停放车辆。本探测器安装在防水性好和抗压能力比较强的塑料盒体内，安装时只需将盒体通过螺钉固定在车位表面即可，安装比较方便；只要车辆能够停放在探测器上方就能准确的检测到车辆，检测精度比较高等优点。
1 探测器的设计
地球磁场是表示地球磁场大小和方向的物理量，地球磁场在三维坐标系中可以将地球磁场分为垂直分量和两个水平分量，本探测器的设计采用三轴数字磁传感器HMC5883L就是采集这三个分量的值。地球的平均磁场强度约为0.5高斯～0.6高斯均匀分布，静止车辆对车下磁场的扰动基本上在0.2高斯左右，车辆在车位上停放时引起的地磁场扰动如图1所示[4]。通过测量车下磁场的变化量判断车位上是否停有车辆。
三轴磁传感器HMC5883L的三轴的指向如图2所示，X轴和Y轴为两个水平磁场测试轴，Z轴为垂直磁场测试轴。HMC5883L与MCU之间通过I2C总线进行通信，HMC5883L需要连接两个容值比较大的电容C1和C2，其主要作用是储存电量在定时给芯片内部消除由于外部强磁场造成的磁滞提供比较大的瞬时电流以消除该磁滞，电路连接图如图3所示[3]。设计中MCU选用TI的低功耗单片机MSP430G2553，在单片机处于低功耗传感器处于空闲模式时整个节点的工作电流为2.4uA左右[5]，工作采集一次的平均工作电流为32uA*H，总的工作电流为3
探测器节点检测的是车下地磁场的变化，因此需要测试车辆在静止状态时车下磁场的分布情况。这个实验中主要检测车辆底部及周边附近的磁场相对于地磁场的变化量，实验测试点如图4所示，图中红点表示测试时探测器所在的相对于车的位置。其中1号点位是测量地磁场的位置。
源于：大学论文格式范文www.7ctime.com
实验测试的数据如表1所示，表中的数据是测试的各个点相对于1号点测试磁场的三轴平方根植。
实验表中有阴影的部分的数据是在车下测量的结果，从表中显示的测试结果可以看出，车下磁场的变化值相对于车辆周围附近的变化值要更加显著，尤其是在前后车轴的下方是变化更大，汽车前部磁场变化比较大是因为发动机在前边对地磁的扰动比较大。因此可以依据此实验测量的结果，当将探测器安装在车轴下方附近，并选择合适的阈值时可以滤除周围车辆的影响使探测达到很高的精度。
3 结语
从实验的数据中可以看出，车辆对其下方的地磁场有一比较大的扰动，探测器测量的磁场的数据相较无车时稳定的地磁场有明显的变化，可依据此检测出停车位上是否有车辆停放。后续验证试验证明，探测器能够正确检测停车位上车辆停放信息的概率大于98%，而不受相邻车位及道路上行驶车辆的影响。因此以三轴数字磁阻传感器为核心设计的低功耗探测器必将在智能停车场以及停车场管理系统中得到广泛的应用。
参考文献
沈冬萍，廖传杰，徐论文导读：司ApplicationNoteAN218VehicleDetectionUsingAMRSensors.TI公司低功耗处理器MSP430G2553http：///lit/ds/symlink/msp430g255
潘霓，骆乐，闻育.基于磁阻传感器的车辆检测算法综述[J].计算机工程与应用，2009，45[19]：245-248.
[3]霍尼韦尔磁传感器公司 三轴数字罗盘IC HMC5883L[OL].
[4]霍尼韦尔磁传感器公司 Application Note AN218 Vehicle Detection Using AMR Sensors[OL].
[5]TI公司低功耗处理器MSP430G2553 http：///lit/ds/symlink/msp430g2553.pdf.
摘要：针对停车场现代化管理和智能监控的需要，采用霍尼韦尔三轴数字磁传感器设计停车位地磁探测节点，通过采集车位地磁大小并通过阈值的判别算法可以检测停车位上是否有车辆停放。通过对测试数据的分析和处理，选择合理的阈值能使探测精度达到大于98%，此外探测节点采用低功耗设计，两节电池可以使探测器持续工作2年。
关键词：磁传感器 低功耗 地磁检测
1007-9416（2013）05-0086-02
随着私家车数量的激增，停车场停车位的数量不足以及管理不便导致在某些繁华的场合或某个特定的时段找停车位比较困难，目前人们常用的两种检测车辆的方法是地感线圈检测和超声波检测。地感线圈检测需要将与车体几乎等大小的电感线圈埋在车位的下方，检测线圈上的电感变化以确定车位上有没有车辆停放。超声波检测法是将超声波装置安装在车位上方的平面上通过检测距离的方法检测停车位上是否有车辆停放。以上两种测量方法地感线圈安装时需要破坏整个停车位，安装难度较大；超声波检测需要安装在车位正上方的平面上，对安装条件要求比较高并且不适合在室外的停车场安装。针对以上两种方法的缺点我们提出了用三轴数字磁传感器探测车位上地磁的变化以判断该车位上是否有车停放的检测方法，将测试到的相关数据通过无线模块传输该后台服务器，服务器通过控制显示牌显示以指导司机快速了解停车场车位占有信息并快速找到空车位停放车辆。本探测器安装在防水性好和抗压能力比较强的塑料盒体内，安装时只需将盒体通过螺钉固定在车位表面即可，安装比较方便；只要车辆能够停放在探测器上方就能准确的检测到车辆，检测精度比较高等优点。
1 探测器的设计
地球磁场是表示地球磁场大小和方向的物理量，地球磁场在三维坐标系中可以将地球磁场分为垂直分量和两个水平分量，本探测器的设计采用三轴数字磁传感器HMC5883L就是采集这三个分量的值。地球的平均磁场强度约为0.5高斯～0.6高斯均匀分布，静止车辆对车下磁场的扰动基本上在0.2高斯左右，车辆在车位上停放时引起的地磁场扰动如图1所示[4]。通过测量车下磁场的变化量判断车位上是否停有车辆。
三轴磁传感器HMC5883L的三轴的指向如图2所示，X轴和Y轴为两个水平磁场测试轴，Z轴为垂直磁场测试轴。HMC5883L与MCU之间通过I2C总线进行通信，HMC5883L需要连接两个容值比较大的电容C1和C2，其主要作用是储存电量在定时给芯片内部消除由于外部强磁场造成的磁滞提供比较大的瞬时电流以消除该磁滞，电路连接图如图3所示[3]。设计中MCU选用TI的低功耗单片机MSP430G2553，在单片机处于低功耗传感器处于空闲模式时整个节点的工作电流为2.4uA左右[5]，工作采集一次的平均工作电流为32uA*H，总的工作电流为3
4.4uA*H，两节3000mA*H的电池总够其工作两年时间。
2 实验测试探测器节点检测的是车下地磁场的变化，因此需要测试车辆在静止状态时车下磁场的分布情况。这个实验中主要检测车辆底部及周边附近的磁场相对于地磁场的变化量，实验测试点如图4所示，图中红点表示测试时探测器所在的相对于车的位置。其中1号点位是测量地磁场的位置。
源于：大学论文格式范文www.7ctime.com
实验测试的数据如表1所示，表中的数据是测试的各个点相对于1号点测试磁场的三轴平方根植。
实验表中有阴影的部分的数据是在车下测量的结果，从表中显示的测试结果可以看出，车下磁场的变化值相对于车辆周围附近的变化值要更加显著，尤其是在前后车轴的下方是变化更大，汽车前部磁场变化比较大是因为发动机在前边对地磁的扰动比较大。因此可以依据此实验测量的结果，当将探测器安装在车轴下方附近，并选择合适的阈值时可以滤除周围车辆的影响使探测达到很高的精度。
3 结语
从实验的数据中可以看出，车辆对其下方的地磁场有一比较大的扰动，探测器测量的磁场的数据相较无车时稳定的地磁场有明显的变化，可依据此检测出停车位上是否有车辆停放。后续验证试验证明，探测器能够正确检测停车位上车辆停放信息的概率大于98%，而不受相邻车位及道路上行驶车辆的影响。因此以三轴数字磁阻传感器为核心设计的低功耗探测器必将在智能停车场以及停车场管理系统中得到广泛的应用。
参考文献
沈冬萍，廖传杰，徐论文导读：司ApplicationNoteAN218VehicleDetectionUsingAMRSensors.TI公司低功耗处理器MSP430G2553http：///lit/ds/symlink/msp430g255
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新歌，陈文芗 各向异性磁传感器在车辆检测中的应用[J].厦门大学学报，2009，11[6]：827-829.潘霓，骆乐，闻育.基于磁阻传感器的车辆检测算法综述[J].计算机工程与应用，2009，45[19]：245-248.
[3]霍尼韦尔磁传感器公司 三轴数字罗盘IC HMC5883L[OL].
[4]霍尼韦尔磁传感器公司 Application Note AN218 Vehicle Detection Using AMR Sensors[OL].
[5]TI公司低功耗处理器MSP430G2553 http：///lit/ds/symlink/msp430g2553.pdf.