無線低功耗地磁車輛檢測傳感器的設計(下)

　　本研究總體采用“可調靈敏度自學式閥值車位監測算法”，對地磁的X、Z軸強度變化進行統計計算。算法的實現過程見圖7。

　　地球的磁場變化緩慢，同時影響GMR的測量值漂移環境溫度變化也是相對緩慢。無線地磁車輛檢測器采用內置電池供電，電池容量有限，為了減少系統響應占空比，本研究在無擾動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的均值處理，均值作為比較依據，突變判斷閥值設定為5個單位。采樣點設定為1024個，理論計算無擾動條件下，最少得到背景磁場的采樣窗口周期為1024/60/2 =8分鐘32秒。

　　背景磁場強度的均值為Bia，Tk時刻有效最新強度采樣值為Bik，則最新背景磁場強度的均值Bia`計算公式為：

　　其中a系數1/1024，i為x、z軸標識，Bi(k-1024)為監視窗口擠出磁場強度測量值。

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

　　地磁變化監測窗口的設定，影響無線地磁車輛檢測器的監測靈敏度，設計中預設配置參數進行調整，設計范圍為8~32s。采用去突變點的均值處理算法。根據設定范圍實際采樣有效點數為64~256次;

　　實際車輛經過與停車過程的地磁傳感器信號變化曲線，如圖8所示。

　　通過以地磁信號強度變化判斷為主，輔助光敏信號強弱的跳變，來實現車位有車無車的監測判斷，通過監測狀態機來實現，見圖9。

　　3.4 低功耗的設計

　　磁車輛檢測傳感器內置電池，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℃，適合長時間微電流工作，工作年限可達8年以上。符合設計需要，電池更換周期，主要取決于檢測傳感器的低功耗設計性能。

　　CC430F137的默認耗電約小于2μA@32.768kHz，所以休眠的時候設計工作在LPM4低功耗模式。實際調試中，發現CC430F137工作在12MHz時，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。因此僅當需要與MAG3110通訊時，才可以打開IIC外設。

　　程序設計中使用計算分支和快速查表來代替程序標志位和冗長的軟件計算，同時盡量使用單周期的CPU寄存器。CC430的內部模塊和I/O腳狀態都會對耗電產生影響，所以啟動后要及時關閉I/O的狀態。無線部分功耗較高，不發送時CPU工作于晶體震蕩器關閉的SLEEP狀態。

　　MAG3110的待機電流為<2μA，休眠前先設置成待機模式，相對應的，喚醒以后再將MAG3110設置成活動模式。

　　4 結束語

　　本次研究的無線地磁車輛檢測系統，與傳統的電感線圈交通參數傳感器相比，對地面的破壞少，安裝與維護簡單，適合于室內或大型停車場的使用。研究測試發現，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，監測準確率明顯低于在室內或大型停車場使用效果，且功耗明顯增高。通過實際效果測試，特別適用于大型室內停車場的應用。