无线低功耗地磁车辆检测传感器的设计(下)

　　本研究总体采用“可调灵敏度自学式阀值车位监测算法”，对地磁的X、Z轴强度变化进行统计计算。算法的实现过程见图7。

　　地球的磁场变化缓慢，同时影响GMR的测量值漂移环境温度变化也是相对缓慢。无线地磁车辆检测器采用内置电池供电，电池容量有限，为了减少系统响应占空比，本研究在无扰动情况下对地磁的取样周期为0.5s。

　　温漂和地磁场偏移通过去突变点的均值处理，均值作为比较依据，突变判断阀值设定为5个单位。采样点设定为1024个，理论计算无扰动条件下，最少得到背景磁场的采样窗口周期为1024/60/2 =8分钟32秒。

　　背景磁场强度的均值为Bia，Tk时刻有效最新强度采样值为Bik，则最新背景磁场强度的均值Bia`计算公式为：

　　其中a系数1/1024，i为x、z轴标识，Bi(k-1024)为监视窗口挤出磁场强度测量值。

　　受到干扰后，对地磁信息的采样频率提高到125ms/次。车辆扰动监测窗口的设定为15次，通过前后值差值绝对值与阀值的比较。理论对应时间范围最小为2s，满足车辆靠近、停车直到熄火所用的最小的时间。同时也可以减少车辆从地磁车辆检测器旁经过产生的干扰。

　　地磁变化监测窗口的设定，影响无线地磁车辆检测器的监测灵敏度，设计中预设配置参数进行调整，设计范围为8~32s。采用去突变点的均值处理算法。根据设定范围实际采样有效点数为64~256次;

　　实际车辆经过与停车过程的地磁传感器信号变化曲线，如图8所示。

　　通过以地磁信号强度变化判断为主，辅助光敏信号强弱的跳变，来实现车位有车无车的监测判断，通过监测状态机来实现，见图9。

　　3.4 低功耗的设计

　　磁车辆检测传感器内置电池，选用开路电压大于3.64V的锂亚硫酰氯电池，该类电池使用温度范围-55～+85℃，适合长时间微电流工作，工作年限可达8年以上。符合设计需要，电池更换周期，主要取决于检测传感器的低功耗设计性能。

　　CC430F137的默认耗电约小于2μA@32.768kHz，所以休眠的时候设计工作在LPM4低功耗模式。实际调试中，发现CC430F137工作在12MHz时，休眠后功耗很低(小于4μA)，但在初始化IIC以后，功耗比较高，IIC模块消耗的功率约200μA。因此仅当需要与MAG3110通讯时，才可以打开IIC外设。

　　程序设计中使用计算分支和快速查表来代替程序标志位和冗长的软件计算，同时尽量使用单周期的CPU寄存器。CC430的内部模块和I/O脚状态都会对耗电产生影响，所以启动后要及时关闭I/O的状态。无线部分功耗较高，不发送时CPU工作于晶体震荡器关闭的SLEEP状态。

　　MAG3110的待机电流为<2μA，休眠前先设置成待机模式，相对应的，唤醒以后再将MAG3110设置成活动模式。

　　4 结束语

　　本次研究的无线地磁车辆检测系统，与传统的电感线圈交通参数传感器相比，对地面的破坏少，安装与维护简单，适合于室内或大型停车场的使用。研究测试发现，无线地磁车辆检测器在马路边停车位使用，由于受过往车辆的影响，监测准确率明显低于在室内或大型停车场使用效果，且功耗明显增高。通过实际效果测试，特别适用于大型室内停车场的应用。