基于磁敏传感器的新型汽车速度检测装置

孔志杰，高玄怡，张卫民，张刘杨

（北京理工大学 信息与电子学院，北京 100081）

汽车速度检测装置是现代交通监测系统的重要组成部分，目前主要有雷达测速、激光测速、影像记录、电磁线圈感应测速等装置［1］。雷达测速装置造价较高，且反雷达测速装置俗称“电子狗”应运而生；激光测速装置价格昂贵，测量时必须瞄准车辆上激光反射点，易被司机发现；影像记录法一般只能应用于交通要道路口，受天气能见度影响较大，也易被发现；线圈法的主要缺点是应用不灵活。

1 基于磁敏传感器的新型汽车速度检测装置

本文的新型测速装置由磁敏传感器作测速元件，成本较低，体积较小，应用更灵活，该装置既可设计成固定形式放置于交通要道和重要路口，也可设计成便携移动装置，根据需要放置于需要进行测速的地段。由于能耗较低、可设计成电池供电形式，大大方便了使用。该检测装置基于被动检测原理，和雷达、激光等主动测速方法不同，难以被“电子狗”等探测仪器发现，具有较好的隐蔽性。该测速装置，不仅可以用来检测汽车移动速度，还可以检测火车等任何铁磁性物体的移动速度，具有广阔的应用前景和实用价值［2－6］。

1.1 测速装置的基本原理

图1 相关检测的原理图及信号波形

本测速装置采用Honeywell公司生产的AMR（anisotropic magnetoresistant）各向异性磁阻传感器HMC1021。该传感器的基本单元是用一种长而薄的坡莫合金用半导体工艺沉积在硅衬底上制成的，4个磁敏电阻组成惠斯通电桥，灵敏度高，测量范围±6×10－4T，最小可以检测3nT的磁场［9］。地磁场为0.5×10－4T，利用该磁敏元件可以检测比地磁场低1万倍的微磁量，是很灵敏的一种磁敏元件。

在测速系统工作时，同一辆汽车经过2路传感器，2个传感器信号传到计算机中进行相关计算，就可以算出2个信号的时间间隔和汽车的速度。

1.2 测速装置的基本组成

测速装置框图见图2。由于磁敏传感器的输出信号很小，只有几毫伏，必须要经过信号放大电路，同时要有滤波电路，将干扰杂波去除。因此设计了带有滤波环节的多级信号放大电路，总的放大倍数为3000倍。放大的电压信号由单片机转变数字信号，经过射频通信发送到上位机或手持设备，进行采样和相关计算分析［10］。信号放大调理电路模块如图3所示［11］。由于本项目牵涉模拟／数字信号转换、信号通信 等，故采用AVR单片机，其最小系统见图4。

图2 汽车测速系统的框图

图3 放大调理电路原理图

图4 AVR单片机控制电路图

nRF24.L01是一款新型单片射频收发器件，工作于2.4GHz～2.5GHz的ISM频段，内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗低，在以10－6mW的功率发射时，工作电流只有9mA；接收时，工作电流只有12.3mA，其电路见图5。

本项目中，利用LabVIEW进行数据的处理和结果的显示，显示电路如图6所示。

2 电路的制作

所制作的检测装置电路模块和接收装置电路模块分别见图7和图8。

图5 nRF24.L01射频通信电路图

图6 LabVIEW显示电路图

图7 检测装置电路实物图

图8 接收装置电路实物图

3 测试结果与分析

汽车的2路磁感应信号经过相关分析后，得出延迟时间为21ms和25.9ms，则汽车的速度为v＝11.9 m／s，约为42.84km／h；和v＝9.65m／s，约为34 km／h。

由于实验中的条件限制，无法对上述实验结果进行高准确度的对比和误差分析，但是根据汽车转速表可以大致判断出，上述的结果和汽车的实际行驶速度是吻合的，即利用这种检测方法可以检测出汽车的实际行驶速度。

4 结束语

这种测速装置不但可以用来测量汽车的行驶速度，还可以测量火车、自行车以及任何具有铁磁材料的移动物体的速度［12］。由于它耗电很少，利用电池供电的方式，做成便携式的测速装置，可放在一些偏僻的、没有摄像头等的路段上监控汽车的行驶速度。

（References）

［1］吴长顺.测速与公共交通安全［J］.黑龙江科技信息，2012，26（2）：5.

［2］陈进，李耀明.一种实用的行驶速度和加速度的测量方法［J］.测控技术，1994，13（1）：43－44.

［3］郝国法，吕建林.一种简单实用的测速装置［J］.自动化与仪表，1999，14（1）：11－13.

［4］蔡少川，施文康，毕浩然.互相关测速虚拟仿真的实验方法［J］.实验室研究与探索，2006，25（10）：1197－1198.

［5］孙晓霆.公路车辆智能监测记录系统的车速测试［J］.计量与测试，2006（8）：86－87.

［6］吴杰清.宽范围高精度测试系统［J］.武汉交通科技大学学报，1995，19（3）：301－305.

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［8］罗秀芝.利用相关原理测量物体运动速度［J］.实验技术与管理，1999，16（6）：53－54.

［9］裴轶，虞南方，刘奇，等.各向异性磁阻传感器的原理及其应用［J］.仪表技术与传感器，2004（8）：26－28，

［10］施长浩.便携式智能测试仪设计［J］.江苏电器，2005（6）：18－19，

［11］陈力宝，战永红，程翦.声相关计程计测速技术［J］.舰船电子对抗，2008，31（5）：98－101，

［12］陈特放，石英春，张桂新.霍尔传感器在机车测速中的应用［J］.电气时代，2006（4）：114－115.