無線低功耗地磁車輛檢測傳感器的設(shè)計(jì)(下)

　　本研究總體采用“可調(diào)靈敏度自學(xué)式閥值車位監(jiān)測算法”，對地磁的X、Z軸強(qiáng)度變化進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算。算法的實(shí)現(xiàn)過程見圖7。

　　地球的磁場變化緩慢，同時(shí)影響GMR的測量值漂移環(huán)境溫度變化也是相對緩慢。無線地磁車輛檢測器采用內(nèi)置電池供電，電池容量有限，為了減少系統(tǒng)響應(yīng)占空比，本研究在無擾動(dòng)情況下對地磁的取樣周期為0.5s。

　　溫漂和地磁場偏移通過去突變點(diǎn)的均值處理，均值作為比較依據(jù)，突變判斷閥值設(shè)定為5個(gè)單位。采樣點(diǎn)設(shè)定為1024個(gè)，理論計(jì)算無擾動(dòng)條件下，最少得到背景磁場的采樣窗口周期為1024/60/2 =8分鐘32秒。

　　背景磁場強(qiáng)度的均值為Bia，Tk時(shí)刻有效最新強(qiáng)度采樣值為Bik，則最新背景磁場強(qiáng)度的均值Bia`計(jì)算公式為：

　　其中a系數(shù)1/1024，i為x、z軸標(biāo)識，Bi(k-1024)為監(jiān)視窗口擠出磁場強(qiáng)度測量值。

　　受到干擾后，對地磁信息的采樣頻率提高到125ms/次。車輛擾動(dòng)監(jiān)測窗口的設(shè)定為15次，通過前后值差值絕對值與閥值的比較。理論對應(yīng)時(shí)間范圍最小為2s，滿足車輛靠近、停車直到熄火所用的最小的時(shí)間。同時(shí)也可以減少車輛從地磁車輛檢測器旁經(jīng)過產(chǎn)生的干擾。

　　地磁變化監(jiān)測窗口的設(shè)定，影響無線地磁車輛檢測器的監(jiān)測靈敏度，設(shè)計(jì)中預(yù)設(shè)配置參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，設(shè)計(jì)范圍為8~32s。采用去突變點(diǎn)的均值處理算法。根據(jù)設(shè)定范圍實(shí)際采樣有效點(diǎn)數(shù)為64~256次;

　　實(shí)際車輛經(jīng)過與停車過程的地磁傳感器信號變化曲線，如圖8所示。

　　通過以地磁信號強(qiáng)度變化判斷為主，輔助光敏信號強(qiáng)弱的跳變，來實(shí)現(xiàn)車位有車無車的監(jiān)測判斷，通過監(jiān)測狀態(tài)機(jī)來實(shí)現(xiàn)，見圖9。

　　3.4 低功耗的設(shè)計(jì)

　　磁車輛檢測傳感器內(nèi)置電池，選用開路電壓大于3.64V的鋰亞硫酰氯電池，該類電池使用溫度范圍-55～+85℃，適合長時(shí)間微電流工作，工作年限可達(dá)8年以上。符合設(shè)計(jì)需要，電池更換周期，主要取決于檢測傳感器的低功耗設(shè)計(jì)性能。

　　CC430F137的默認(rèn)耗電約小于2μA@32.768kHz，所以休眠的時(shí)候設(shè)計(jì)工作在LPM4低功耗模式。實(shí)際調(diào)試中，發(fā)現(xiàn)CC430F137工作在12MHz時(shí)，休眠后功耗很低(小于4μA)，但在初始化IIC以后，功耗比較高，IIC模塊消耗的功率約200μA。因此僅當(dāng)需要與MAG3110通訊時(shí)，才可以打開IIC外設(shè)。

　　程序設(shè)計(jì)中使用計(jì)算分支和快速查表來代替程序標(biāo)志位和冗長的軟件計(jì)算，同時(shí)盡量使用單周期的CPU寄存器。CC430的內(nèi)部模塊和I/O腳狀態(tài)都會(huì)對耗電產(chǎn)生影響，所以啟動(dòng)后要及時(shí)關(guān)閉I/O的狀態(tài)。無線部分功耗較高，不發(fā)送時(shí)CPU工作于晶體震蕩器關(guān)閉的SLEEP狀態(tài)。

　　MAG3110的待機(jī)電流為<2μA，休眠前先設(shè)置成待機(jī)模式，相對應(yīng)的，喚醒以后再將MAG3110設(shè)置成活動(dòng)模式。

　　4 結(jié)束語

　　本次研究的無線地磁車輛檢測系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的電感線圈交通參數(shù)傳感器相比，對地面的破壞少，安裝與維護(hù)簡單，適合于室內(nèi)或大型停車場的使用。研究測試發(fā)現(xiàn)，無線地磁車輛檢測器在馬路邊停車位使用，由于受過往車輛的影響，監(jiān)測準(zhǔn)確率明顯低于在室內(nèi)或大型停車場使用效果，且功耗明顯增高。通過實(shí)際效果測試，特別適用于大型室內(nèi)停車場的應(yīng)用。