磁阻传感器HMC5883L在车辆检测及分类中的应用

摘 要 本文采用三轴各向异性磁阻传感器HMC5883L设计了一种车辆检测与车型分类系统，针对车辆首尾相接与大型车辆的检测矛盾，利用磁阻传感器三轴磁场信息提取车辆特征信号对车辆进行分类。该系统成本低、传感器节点小、车辆检测分类精度高，可广泛用于军事侦察及智能交通等领域的车辆检测及分类。

【关键词】HMC5883L 车辆检测 车型分类

1 引言

目前，各国学者对磁阻传感器检测车辆的原理及相关算法进行了研究，这些研究都是基于地磁场强度垂直分量展开的，已提出的车辆检测算法均没有考虑大型车辆被判为多辆车与车辆漏检的情况对最终车辆检测数量的相互弥补，而本文要在车辆检测的基础上对车型进行分类。

國内外现有的研究多数是基于单轴或双轴磁场信号实现车辆的检测与分类，没有充分利用空间磁场信息，不能全面体现车辆的扰动，导致车辆检测分类精度不高、车型划分种类少。针对车辆检测分类的需求，采用新型三轴磁阻传感器HMC5883L以及无线通信模块XL02-232AP1研制了一种车辆检测分类系统。

2 磁阻传感器检测分类车辆原理

磁阻传感器的基础器件是恵斯通电桥，组成电桥的电阻由镍铁合金材料制成，该电阻的阻值在一定范围内与磁场矢量变化呈线性关系。当含铁磁物质的物体（ 如车辆） 经过磁阻传感器时，会对传感器周围的地磁场造成扰动，磁阻传感器可以检测出由于车辆的经过而产生的地磁场变化，不同类型的车辆包含的铁磁性材料大小和形状均不同，从而不同类型的车辆对地磁场产生的扰动也不同，依据这个原理可以对车辆进行分类。

3 传感器节点设计

本文选用一种三轴数字式磁阻传感器HMC5883L，该传感器采用霍尼韦尔各向异性磁阻（AMR）技术，封装在3.0×3.0×0.9 mm LCC 表面装配中，具有12 bit 的ADC 模块，能在±8 高斯的磁场中实现5 毫高斯分辨率。内部带有自检功能、驱动电路以及I2C 数字接口。该传感器可以同时实现X、Y、Z 三轴磁场测量，具有测量精度高、测量范围广、体积小、集成度高等特点。该传感器在测量过程中，产生一次置位脉冲进行一次测量，产生一次复位脉冲后再次测量，两次测量差值的一半放置在输出寄存器上，这样不仅可以消除内部偏差以及温度漂移，还从源头上削弱了传感器输出基准值的漂移。

传感器节点由HMC5883L磁阻传感器及辅助电路组成。针对车辆检测和车型分类仅使用了节点上的磁阻传感器，具有低功耗特性，工作在测量模式时平均电流功耗仅为100 μA，节点最大能量消耗主要是在无线发送与接收数据中，平均电流功耗约为43 mA，所以应尽可能减少发送和接收数据的频率。

4 数据采集

本文数据采集系统结构如图1 所示。传感器节点采集车辆磁场信号，通过无线通信模块XL02-232AP1将数据发送给汇聚节点，汇聚节点通过RS232 串口将数据发送给PC 上位机。

5 车辆检测及车型分类

现有的车辆检测算法是宏观统计系统检测出的车辆数和实际经过的车辆数，没有考虑车辆首尾相接的漏检以及大型车辆误判为多辆车的相互弥补，因此易得出较高的检测精度，而本文需要在检测出车辆的基础上对车型进行分类，而车辆漏检以及多检会直接影响后续的车型特征提取与车型分类，对车辆检测提出了更高的要求。由于不同类型的车辆铁磁性材料以及结构不同，从而对地磁场产生的扰动也会不同，传感器检测到的车辆磁场波形也不同，而同一类型的车辆对地磁场的扰动大致相同，因此不同波形的特征间接表现出车辆的类型，波形特征提取的优劣直接影响车型分类精度，良好的特征应具有4 个特点：可区别性（ 不同类特征值有明显差异） 、可靠性（ 重复性好）、独立性（ 各特征之间应彼此不相干） 、数量少（ 特征向量的维数决定了模式检测系统的复杂程度） 。

本文在贾宁等人提出的将原始车辆磁场强度矢量信号处理后直接作为特征向量的特征提取方法基础上，简化了向量维数归一化算法，并且待分析信号选择信息量更丰富的X、Y、Z 三轴磁场信号对采集的原始数据进行分析，确定最佳分类数量为5，参考中国汽车分类标准（ GB 9417—89） 得知这五类分别代表了微型轿车、中高型轿车、公交车、摩托车以及城市SUV（ 测试地点没有卡车、大卡车、牵引车、挂车等） 。

6 结论

使用新型磁阻传感器HMC5883L对车辆进行检测和分类，获得了传感器三轴磁场数据，可以有效解决车辆首尾相接与大型车辆（ 如公交车） 检测之间存在的矛盾，利用三轴磁场数据重新提取车辆磁场信号特征，对车型进行分类。该车辆检测分类系统可广泛用于军事侦察及智能交通等领域的车辆检测及分类。

参考文献

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作者简介

李娣娜（1982-），女，陕西省富平县人。硕士学位。现为延安大学西安创新学院讲师。主要从事电子技术教学及信号处理、单片机等方面的研究。

作者单位

延安大学西安创新学院 陕西省西安市 710100