感知“利”器｜利用巨磁阻磁敏技术实现智慧交通监测
2016-11-18 22:13:07   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

工欲善其事，必先利其器。在全球化的今天，专利已不仅仅是创新的一种保护手段，它已成为商业战场中的利器。麦姆斯咨询倾情打造MEMS、传感器以及物联网领域的专利运营平台，整合全产业链知识产权资源，积极推动知识产权保护与有效利用。

由于经济建设持续高速的发展，使得汽车的数量越来越多，交通的压力也越来越大，交通堵塞甚至是交通事故都频频发生。交通状况的不断恶化和能源匮乏这些问题已经成为了目前全人类共同面临的问题。

在这种大环境下，在二十世纪的八十年代末期九十年代初期，提出了智慧交通系统（ITS）这一概念，并迅速成为各个国家的热门研究领域。交通监测技术是智慧交通系统（ITS）的数据基础。交通监测技术可以提供交通数量、交通速度等实时数据以及历史数据。

交通监测技术分为侵入式、非侵入式和远离道路等几种技术。

『侵入式技术』

感应线圈

感应线圈检测是最常见的用于交通监测的技术，安装在道路以下。主要的优点为技术相当成熟，适用范围广。然而它最大的缺点是在安装和维修期间会对交通造成严重影响，出现交通延迟、堵塞等交通状况。感应线圈也容易受交通压力和温度的影响使得准确率降低。

气动管

气动管安装在道路表面上可以使用很长时间的橡皮管内，垂直于交通流方向当汽车的轮子通过这个气动管时，空气压力产生的脉冲沿着管道转移。当空气的振动关闭了一个空气开关，就触发了一个检测到车辆的电信号。由于它的快速安装性和成本低性，使得气动管通常作为短期的研究交通所选用的方式。缺点是当体积较大的卡车或公共汽车经过时，会产生较大的误差；温度的变化容易影响空气开关的传感器；橡皮管的不可避免的磨损需要经常维护。因此，气动管几乎不用于长期的监测。

压电传感器

压电传感器也是需要安装在道路下方，与电感线圈相似。车辆经过时产生的电压与车辆的重量为正比关系，主要用于WIM系统。它最主要的缺点类似于感应线圈。

动态称量（WIM）系统

WIM系统主要用于当车辆经过传感器时测量出车辆的重量，最常用于高速公路上监视货车的重量，判断其是否超载。最主要的WIM技术有光纤、压电式、弯板、称重式、电容垫等等。

『非侵入式技术』

微波雷达

雷达是一个用无线电波来检测、测量目标物体的方向，距离和速度等信息。微波波长在1-30cm之间及对应的频率在1-30GHZ。有两种类型的微波雷达：连续波（CW）多普勒雷达、调频连续波（FMCW）雷达。CW多普勒雷达是用固定的频率传送一个信号。FMCW雷达，用不断变化的频率传送一个信号。微波雷达主要的优点是不受天气的影响。缺点是CW多普勒雷达不能检测到静止的车辆除非装有辅助设备。

红外系统

红外辐射是一种电磁辐射，该电磁辐射的波长长于可见光短于无线电波。常见的用于交通监测的红外线在100到150GHZ之间。红外系统最主要的缺点是易受环境的影响，例如，与阳光混淆，红外能量被大气中的颗粒、雾、雨和雪吸收或散射。

视频图像处理

一个视频图像处理系统包括一个或几个的摄像机，数字化和处理图像的微处理器，从图像分析出交通数据的计算机和软件。通常，车辆检测是根据分析监测到的视频的不同帧之间的变化来实现的。视频图像处理系统的缺点包括：性能易受到恶劣气候的影响，车辆的阴影投射到其他车道容易造成虚假检测，大风造成摄像机的振动，摄像机安装位置较高。

超声波系统

超声波是指超过人类的听觉范围的高频率的声音波。常用的波的频率在25-50KHZ之间。原理类似于微波雷达。通过监测发射的声音脉冲与接收到的反射脉冲的时间差，获取交通数据。超声波系统的主要缺点是易受到气温变化和空气端流的影响。

『远离道路技术』

远离道路的技术是指不需要在路面或路边安装任何设备，它包括探测车的全球定位系统（GPS）和遥感技术。

基于磁阻传感器的交通监测技术

磁阻传感器可以检测到车辆经过时传感器附近磁场产生的变化，并将这一物理变化转换为电压信号输出。磁阻传感器作为敏感元件制成的地磁场探测器可以弥补传统交通监测技术上的不足。

车辆磁阻检测器可以在车辆经过时感知周围磁场的变化，利用单个的磁阻传感器可以判断有无车辆经过，利用两个或两个以上磁阻传感器则可以估算车速，对车辆进行分类识别。

【推荐发明专利】

《利用巨磁阻磁敏技术检测车辆信息的无线传感器网络系统和检测方法》

【技术背景】

城市交通流的检测与统计，为城市智能交通系统提供多维特征的交通流量数据，是城市智能交通系统的基础。传统的道路交通流检测与统计主要采用路面下埋设电感线圈以检测车辆存在来完成。这种方法的缺点包括线圈体积庞大、线圈铺设对路面破坏严重、线圈寿命短、系统维护成本高等。现有的道路交通流检测与统计方法还有视频监控识别车辆的方法，但也存在系统成本高、受环境影响大、系统稳定性差等问题。现有的微波检测识别车辆的方法，同样也存在近间距车辆识别困难、系统铺设成本高等问题。现有的使用磁阻传感器检出车辆的方法，具有对路面破坏小、成本低廉、维护方便、受环境影响小、抗干扰能力强等特点，不少部门和系统均处于紧张的研发当中，也取得了一定的成绩，但无一不是采用一个端机测量的方案，这种方法因受端机体积的限制而使两个传感器的距离很近，导致测量速度精度不高劣势。

【本发明的技术优势】

本发明提供一种利用两个巨磁阻传感器探测端机和一个无线接收端机配合使用检测道路车辆信息的无线传感器网络系统和检测方法。

采用了利用巨磁阻磁敏技术检测道路车辆信息的无线传感器网络系统，该系统由两个巨磁阻传感器探测端机和一个无线接收端机组成，两个巨磁阻传感器探测端机与无线接收端机相连，巨磁阻传感器探测端机包括巨磁阻传感器、信号处理单元、单片机以及射频模块，无线接收端机包括单片机、射频模块以及存储单元。

巨磁阻传感器实时采集地磁信号，并输出相应的电压信号给信号处理单元。

信号处理单元主要包括放大电路、隔直滤波电路和电压比较电路，放大电路与隔直滤波电路以及单片机相连接。

传感器探测端机的单片机对电压比较器产生的脉冲信号进行计数和滤波处理，并将车辆经过的时间信息提供给传感器探测端机的射频模块。

传感器探测端机的射频模块与无线接收端机通过无线通信的方式进行数据交换。

无线接收端机除了负责与传感器探测端机进行数据交换外，还根据两个传感器探测端机上发来的数据作相应的计算并将结果实时保存到存储单元中。

本发明结合一系列低功耗计数和抗干扰处理，具有测速精度高、适用路段广、对路面破坏小、成本低廉、维护方便和抗干扰能力强等的优点。

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