基于地磁的智能路口交通灯的设计

张 君，邵根富，杨成忠，黄 林

(杭州电子科技大学自动化学院，浙江杭州310018)

0 引言

目前国内道路的十字路口红绿灯，都是通过人工经验设定时间来管理，缺乏管理系统自我的智能调度［1］。国内外也有人在研究通过视频监控，超声波，地感等等途径来获取车辆道路信息，但这些都存在着不同的问题，视频监控没法在大雾天气采集数据，超声波对检测环境要求很高，地感线圈容易被压坏等等［2］。本文设计的系统通过地磁检测终端检测交通指标不受上述条件限制，采用实时的网络传输到达高层的处理器，并通过高层运算调度来达到管理系统自身的实时智能调度。

1 系统架构

1.1 系统整体架构

本套智能系统主要有检测终端、道路网关、路口路由和以及总服务器组成，如图1所示。

检测终端主要负责各自车道上交通指标的检测，然后通过485总线将交通信息传递给车道网关，网关将整条车道信息进行联网整理，然后将处理好的数据通过CAN总线发送给路口路由器，不同路口的路由将各自的信息打包，通过光纤传递给总服务器。

图1 智能系统总架构

1.2 系统整体布局

检测传感器按照区域进行控制，十字路口分成4个区域。每个区域的传感器通过分区地磁车辆检测器进行信号集中处理，分区地磁车辆检测器与传感器之间通过电源线与网络总线连接，电源供电为直流，网络采用2线制现场总线，如图2所示。

2 系统平台搭建

2.1 检测终端模块的设计

2.1.1 检测原理

地球表面存在着约0.6Gs的磁场。车辆可以看成一个大的铁磁物质，当车辆进入磁场时，可以看成是一个磁偶极子模型，如图3所示:

图2 检测系统布局

图3 车辆周围磁场的磁偶极子模型

图3中，将车辆看成一对点电荷，相距2d，传感器位于原点，设点电荷相对不变，在原点场强为:

偶极子在原点处场强会随位置的改变而有规律的变化，根据此原理，可通过检测车辆行驶时的磁感应强度来获得交通流信息。

2.1.2 检测终端设计

由于采样所得信号较小，所以本文设计了一个前置放大电路，放大电路采用的是精密、高输入阻抗的仪表放大器AD620构成的差动放大器，如图4所示:

检测模块通过正负15V的直流供电，而传感器是使用5V直流供电，检测的信号量通过一个运放将信号放大，然后传入MCU的AD1。

图4 检测终端原理图

2.2 车道网关设计

车道网关需要负责一个出车道3排和右边入车道1排共4排检测终端的数据接收、数字滤波、融合并发送给路口路由器的工作，选用的是基于ARM Cortex-M3内核的STM32处理器。模块硬件框图如图5所示:

图5 道路网关模块框图

2.3 路口路由设计

路口路由需要接收整个路口共4个网关的数据，对数据进行融合处理，通过光纤传给交通控制中心。路由器需要解析控制中心的调度指令，对路口的红绿灯进行控制，同时也可根据获取的信息自主选择运行不同的时间分配方案。模块硬件框图如图6所示:

图6 路由器模块框图

2.4 软件设计

下位机软件主要负责数据的采集与传送，系统在开始时传感器进行自动复位，然后对检测环境进行自适应，接着一直检测周围磁场状况，并通过计数器计数，当计数器的值到达20时，发送数据，并将计数器清零。检测终端软件流程如图7所示:

图7 软件流程图

3 结束语

基于地磁的车检对环境的依赖小，可以通过与视频类监测系统联网，以获取更加准确的交通状态信息，从而在智能交通上提供更加准确可靠的数据支持。

［1］ Baillieul B J，Antsaklis P J.Research on Intelligent Transportation Systems in Taiwan［C］.Kunming:Proceedings Of the 27th Chinese Control Conference，2007:9 －28.

［2］ 高飞燕.基于单片机的超声波测距系统的设计［M］.北京:人民邮电出版社，2005:128－129.

［3］ 刘军.例说STM32［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2011:1－28.

［4］ Neil White.Intelligent Sensors［M］.Shanghai:Sensor Review，1997:97 －98.

［5］ 徐科军.传感器与检测技术［M］.北京:电子工业出版社，2004:2－32.

［6］ 王泽民，胡波.坡莫合金磁阻传感器的应用探讨［M］.北京:科学出版社，2005:47－49.