基于磁敏傳感器的新型汽車速度檢測裝置

孔志杰，高玄怡，張衛(wèi)民，張劉楊

（北京理工大學 信息與電子學院，北京 100081）

汽車速度檢測裝置是現(xiàn)代交通監(jiān)測系統(tǒng)的重要組成部分，目前主要有雷達測速、激光測速、影像記錄、電磁線圈感應測速等裝置［1］。雷達測速裝置造價較高，且反雷達測速裝置俗稱“電子狗”應運而生；激光測速裝置價格昂貴，測量時必須瞄準車輛上激光反射點，易被司機發(fā)現(xiàn)；影像記錄法一般只能應用于交通要道路口，受天氣能見度影響較大，也易被發(fā)現(xiàn)；線圈法的主要缺點是應用不靈活。

1 基于磁敏傳感器的新型汽車速度檢測裝置

本文的新型測速裝置由磁敏傳感器作測速元件，成本較低，體積較小，應用更靈活，該裝置既可設計成固定形式放置于交通要道和重要路口，也可設計成便攜移動裝置，根據(jù)需要放置于需要進行測速的地段。由于能耗較低、可設計成電池供電形式，大大方便了使用。該檢測裝置基于被動檢測原理，和雷達、激光等主動測速方法不同，難以被“電子狗”等探測儀器發(fā)現(xiàn)，具有較好的隱蔽性。該測速裝置，不僅可以用來檢測汽車移動速度，還可以檢測火車等任何鐵磁性物體的移動速度，具有廣闊的應用前景和實用價值［2－6］。

1.1 測速裝置的基本原理

圖1 相關檢測的原理圖及信號波形

本測速裝置采用Honeywell公司生產(chǎn)的AMR（anisotropic magnetoresistant）各向異性磁阻傳感器HMC1021。該傳感器的基本單元是用一種長而薄的坡莫合金用半導體工藝沉積在硅襯底上制成的，4個磁敏電阻組成惠斯通電橋，靈敏度高，測量范圍±6×10－4T，最小可以檢測3nT的磁場［9］。地磁場為0.5×10－4T，利用該磁敏元件可以檢測比地磁場低1萬倍的微磁量，是很靈敏的一種磁敏元件。

在測速系統(tǒng)工作時，同一輛汽車經(jīng)過2路傳感器，2個傳感器信號傳到計算機中進行相關計算，就可以算出2個信號的時間間隔和汽車的速度。

1.2 測速裝置的基本組成

測速裝置框圖見圖2。由于磁敏傳感器的輸出信號很小，只有幾毫伏，必須要經(jīng)過信號放大電路，同時要有濾波電路，將干擾雜波去除。因此設計了帶有濾波環(huán)節(jié)的多級信號放大電路，總的放大倍數(shù)為3000倍。放大的電壓信號由單片機轉變數(shù)字信號，經(jīng)過射頻通信發(fā)送到上位機或手持設備，進行采樣和相關計算分析［10］。信號放大調(diào)理電路模塊如圖3所示［11］。由于本項目牽涉模擬／數(shù)字信號轉換、信號通信 等，故采用AVR單片機，其最小系統(tǒng)見圖4。

圖2 汽車測速系統(tǒng)的框圖

圖3 放大調(diào)理電路原理圖

圖4 AVR單片機控制電路圖

nRF24.L01是一款新型單片射頻收發(fā)器件，工作于2.4GHz～2.5GHz的ISM頻段，內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊，并融合了增強型ShockBurst技術，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。nRF24L01功耗低，在以10－6mW的功率發(fā)射時，工作電流只有9mA；接收時，工作電流只有12.3mA，其電路見圖5。

本項目中，利用LabVIEW進行數(shù)據(jù)的處理和結果的顯示，顯示電路如圖6所示。

2 電路的制作

所制作的檢測裝置電路模塊和接收裝置電路模塊分別見圖7和圖8。

圖5 nRF24.L01射頻通信電路圖

圖6 LabVIEW顯示電路圖

圖7 檢測裝置電路實物圖

圖8 接收裝置電路實物圖

3 測試結果與分析

汽車的2路磁感應信號經(jīng)過相關分析后，得出延遲時間為21ms和25.9ms，則汽車的速度為v＝11.9 m／s，約為42.84km／h；和v＝9.65m／s，約為34 km／h。

由于實驗中的條件限制，無法對上述實驗結果進行高準確度的對比和誤差分析，但是根據(jù)汽車轉速表可以大致判斷出，上述的結果和汽車的實際行駛速度是吻合的，即利用這種檢測方法可以檢測出汽車的實際行駛速度。

4 結束語

這種測速裝置不但可以用來測量汽車的行駛速度，還可以測量火車、自行車以及任何具有鐵磁材料的移動物體的速度［12］。由于它耗電很少，利用電池供電的方式，做成便攜式的測速裝置，可放在一些偏僻的、沒有攝像頭等的路段上監(jiān)控汽車的行駛速度。

（References）

［1］吳長順.測速與公共交通安全［J］.黑龍江科技信息，2012，26（2）：5.

［2］陳進，李耀明.一種實用的行駛速度和加速度的測量方法［J］.測控技術，1994，13（1）：43－44.

［3］郝國法，呂建林.一種簡單實用的測速裝置［J］.自動化與儀表，1999，14（1）：11－13.

［4］蔡少川，施文康，畢浩然.互相關測速虛擬仿真的實驗方法［J］.實驗室研究與探索，2006，25（10）：1197－1198.

［5］孫曉霆.公路車輛智能監(jiān)測記錄系統(tǒng)的車速測試［J］.計量與測試，2006（8）：86－87.

［6］吳杰清.寬范圍高精度測試系統(tǒng)［J］.武漢交通科技大學學報，1995，19（3）：301－305.

［7］徐瑩，鄒德君.車速傳感器采集信號處理電路的設計［J］.遼寧省交通高等專科學校學報，2007，9（3）：38－40.

［8］羅秀芝.利用相關原理測量物體運動速度［J］.實驗技術與管理，1999，16（6）：53－54.

［9］裴軼，虞南方，劉奇，等.各向異性磁阻傳感器的原理及其應用［J］.儀表技術與傳感器，2004（8）：26－28，

［10］施長浩.便攜式智能測試儀設計［J］.江蘇電器，2005（6）：18－19，

［11］陳力寶，戰(zhàn)永紅，程翦.聲相關計程計測速技術［J］.艦船電子對抗，2008，31（5）：98－101，

［12］陳特放，石英春，張桂新.霍爾傳感器在機車測速中的應用［J］.電氣時代，2006（4）：114－115.