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基于三轴各向异性传感器的无线车位检测系统

【摘要】:随着经济的快速发展,人们日常出行中停车难问题也愈发严重[1]。所以本课题提出一种基于三轴各向异性磁阻(Anisotropic Magneto-Resistive Sensors,AMR)传感器的无线车位检测系统的设计与实现,它是结合三轴AMR传感器和紫蜂(Zig Bee)无线传感器网络技术,通过提高停车场中车位判定的准确度来提升车位的利用效率,从而来解决停车难的问题。无线车位检测系统是一个由硬件及软件构成的完整系统。为实现对车位的实时检测和控制,硬件系统完成信号采集、信号处理、网络组网等工作,软件系统完成数据集成、系统控制、算法优化等工作。在硬件上,信号采集的关键在于降低由HMC1022和HMC1021Z组合而成的三轴AMR传感器芯片感应到的微弱信号所受到的电磁干扰(Electromagnetic Interference,EMI)。在传感器电路的电源端和地端添加滤波电容,同时采用并联方式连接三轴传感器的置位端口,有效降低了后端电路的电磁干扰;在传感器后端使用PI型滤波电路,大幅度提高传感器输出信号的抗干扰能力。信号处理的核心是保证信号的不失真放大,而放大电路的关键在于方案选型。通过多种放大电路的实测和比较,最终选定单电源仪表放大器AD623进行信号放大。网络组网需要在网络速率及网络容量之间取得平衡,根据实际应用场景,采用Zig Bee和WiFi直连(Wi-Fi Direct)两种网络协议进行网络架构设计和论证,分别用于低速率、高容量的停车场车位检测场景和高速率、低容量的道路车辆检测场景,并重点对Zig Bee组网的停车场车位检测进行了研究。另外,使用树型网络拓扑结构在网络灵活性和通信效率上达到了统一,提高了网络负载能力。在软件上,数据集成的关键在于数据自身的完整性和有效性,以及网络通信效率的提升。在数据采集节点使用多种滤波算法进行数据预处理,其中加权递推平均滤波法在保证数据有效性和提升网络效率的同时,具有良好的反应速度;在服务器使用正则式匹配数据,保证数据的完整性。系统控制的核心是功能划分和提高系统处理能力,分层设计的架构将软件划分为数据层、接口层、应用层,在降低各层软件耦合性和提高系统稳定性的同时,增强了系统的兼容性,同时各层得负载均衡提高了系统处理能力。算法优化的基础在于样本数据和参数的管理,使用SQLite3数据库和配置文件分别对数据和参数进行管理,提高了算法适应性、稳定性和精度。最终,在软硬件构建完成的基础上,我们构建了整套无线车位检测系统。在实验室,对三轴AMR芯片进行-1-1范围内的线性度测试。确定三轴AMR传感器芯片满足车位检测的感应范围、反应速度和灵敏度的要求。在停车场中,静态的对无线车位检测系统进行实验,通过测量不同朝向车位的磁场分布,进而绘制车位不同位置的磁场分布图。根据磁场分布情况,设计并改进车位识别算法,提高识别精度和稳定性。经过测验表明,与固定阈值算法相比,滑动阈值算法整体稳定性更高,车位识别精度始终保持在90%以上。该无线车位检测系统具有体积小、反应快、精度高等优点,在停车场车位管理和车辆流量控制领域中具有广泛应用价值。

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