基于各向异性磁阻的车型识别算法＊

2017-10-10孙晓夏运贵

科技与创新 2017年19期

关键词：波形车型传感器

孙晓，夏运贵

（湖南工业大学电气与信息工程学院，湖南株洲412007）

基于各向异性磁阻的车型识别算法＊

孙晓，夏运贵

（湖南工业大学电气与信息工程学院，湖南株洲412007）

在分析已有的各种车辆检测技术和车型识别算法的基础上，为了提高车型识别的高效性和准确度，提出采用各向异性磁阻传感器检测技术。首先，利用动态基值法来抑制AMR的漂移，然后对原始波形进行小波转换来滤波降噪，再从处理后平稳光滑的波形中提取特征向量，最后代入模糊识别算法计算得出车型。实验结果表明，基于各向异性磁阻的车型模糊识别算法对车型识别准确率达99%.

各向异性磁阻检测器；小波转换处理；特征提取；模糊识别

当前，我国的交通信息检测技术主要有超声波、红外、视频传感器以及地磁线圈探测仪[1]，但存在易受环境影响或安装维护不便等缺陷，而各向异性磁阻传感器（Anisotropic Magneto Resistive，AMR）作为一种先进的、稳定准确的传感系统，以体积小、低功耗、低成本、安装维护方便灵活、可靠性高等优点，能较好地弥补以上检测技术的不足。车型识别方法有计算车长归类法、模式匹配法、人工神经网路算法等，这些方法要么粗糙，要么实时性不好，其识别的准确率均偏低。现介绍一种能充分利用AMR检测波形各种信息的模糊识别算法，实现车型快速、准确识别。

1 AMR传感器检测技术

1.1 检测原理

AMR磁阻传感器是利用镍铁导磁合金的磁阻效应，镍铁导磁合金的电阻值与偏置电流（I）和磁场矢量（M）之间的夹角存在函数关系，由镍铁合金薄膜片沉积于硅晶片表面的电阻组成惠斯通电桥，从而将磁场的变化转换为差分电压的形式输出[2]。

AMR传感器能准确检测出地磁场强度和方向上万分之一的变化。而铁磁性物体会扰动原磁场的分布，铁磁物体的结构及质量不同，所引起的扰动也不同。因此，不同类型的车辆产生的地磁干扰也不一样，利用这个特征可以检测车辆的存在和进行车型识别[3]。

1.2 检测方法

本文采用Honeywell公司生产的AMR传感器HMC1001/100系列，将X，Y，Z三维方向的单个传感器集成在TI公司生产的CC2530芯片上。其安装和车辆的方向如图1所示，其中，X轴为车辆驶向停车位的方向，Y轴与X轴成逆时针90°并且在同一水平面，Z轴垂直水平面向上。

图1 AMR传感器安装示意图

车辆是金属结构，可以简化为磁偶极子，一个标准磁偶极子产生的磁场影响如式（1）[4]：

式（1）中：μ为磁导率；m为车辆的磁矩矢量；r为AMR传感器指向车辆的位置矢量，r为r的模。

令m＝（mx，my，mz），分别得到X，Y，Z轴3个方向上的磁场强度分量Bx，By，Bz，如式（2）：

2 检测波形处理

2.1 抑制基频漂移

一方面，AMR传感器检测的磁场强度如果超过±6×10-4T的范围，AMR传感器就会产生磁滞现象，需要采用置位/复位法消除磁历史的影响来消除磁滞现象，置位/复位脉冲电路如图2所示。

另一方面，AMR传感器检测基值会受温度的影响而漂移，需要采用动态基值法对AMR传感器进行校正。具体方法：传感器启动阶段在无车的情况下连续采集n个磁强信号H（1），H（2），H（3），…，H（n），取平均值，再对当前及前N－1个信号取均值为A（k），如式（3）所示，使基值在无车的情况下进行更新，而出现较大扰动疑似有车时保持不变，如式（4）所示。

式（3）（4）中：i∈（x，y，z），进而可分别得到X，Y，Z方向上的值；Bi（k）为动态基值；αi是加权系数，其取值决定基值受扰动的影响和更新速度。

2.2 小波转换滤波

将信号利用小波滤波器H，G和h，g进行分解和重构，分解算法如式（5）。对小波低半频作多层分解，较低一层的低频部分是与它相邻的上一层低频部分的低半频带，较低一层的高频部分是与它相邻的上一层低频部分的高半频带。这样就将原信号划分成多个子带，由算法得到小波系数，再将小波系数代入重构算法（6），便可以重构原信号[5]。