基于磁敏传感器的新型汽车速度检测装置

2013-09-08孔志杰高玄怡张卫民张刘杨

实验技术与管理 2013年8期

孔志杰，高玄怡，张卫民，张刘杨

（北京理工大学信息与电子学院，北京 100081）

汽车速度检测装置是现代交通监测系统的重要组成部分，目前主要有雷达测速、激光测速、影像记录、电磁线圈感应测速等装置［1］。雷达测速装置造价较高，且反雷达测速装置俗称“电子狗”应运而生；激光测速装置价格昂贵，测量时必须瞄准车辆上激光反射点，易被司机发现；影像记录法一般只能应用于交通要道路口，受天气能见度影响较大，也易被发现；线圈法的主要缺点是应用不灵活。

1 基于磁敏传感器的新型汽车速度检测装置

本文的新型测速装置由磁敏传感器作测速元件，成本较低，体积较小，应用更灵活，该装置既可设计成固定形式放置于交通要道和重要路口，也可设计成便携移动装置，根据需要放置于需要进行测速的地段。由于能耗较低、可设计成电池供电形式，大大方便了使用。该检测装置基于被动检测原理，和雷达、激光等主动测速方法不同，难以被“电子狗”等探测仪器发现，具有较好的隐蔽性。该测速装置，不仅可以用来检测汽车移动速度，还可以检测火车等任何铁磁性物体的移动速度，具有广阔的应用前景和实用价值［2－6］。

1.1 测速装置的基本原理

图1 相关检测的原理图及信号波形

本测速装置采用Honeywell公司生产的AMR（anisotropic magnetoresistant）各向异性磁阻传感器HMC1021。该传感器的基本单元是用一种长而薄的坡莫合金用半导体工艺沉积在硅衬底上制成的，4个磁敏电阻组成惠斯通电桥，灵敏度高，测量范围±6×10－4T，最小可以检测3nT的磁场［9］。地磁场为0.5×10－4T，利用该磁敏元件可以检测比地磁场低1万倍的微磁量，是很灵敏的一种磁敏元件。

在测速系统工作时，同一辆汽车经过2路传感器，2个传感器信号传到计算机中进行相关计算，就可以算出2个信号的时间间隔和汽车的速度。

1.2 测速装置的基本组成

测速装置框图见图2。由于磁敏传感器的输出信号很小，只有几毫伏，必须要经过信号放大电路，同时要有滤波电路，将干扰杂波去除。因此设计了带有滤波环节的多级信号放大电路，总的放大倍数为3000倍。放大的电压信号由单片机转变数字信号，经过射频通信发送到上位机或手持设备，进行采样和相关计算分析［10］。信号放大调理电路模块如图3所示［11］。由于本项目牵涉模拟／数字信号转换、信号通信等，故采用AVR单片机，其最小系统见图4。

图2 汽车测速系统的框图

图3 放大调理电路原理图

图4 AVR单片机控制电路图

nRF24.L01是一款新型单片射频收发器件，工作于2.4GHz～2.5GHz的ISM频段，内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗低，在以10－6mW的功率发射时，工作电流只有9mA；接收时，工作电流只有12.3mA，其电路见图5。

本项目中，利用LabVIEW进行数据的处理和结果的显示，显示电路如图6所示。