一种基于GMR传感器的ZigBee车辆检测系统的制作方法

本实用新型涉及一种基于GMR传感器的ZigBee车辆检测系统，具体属于传感器和无线传感网络技术领域。

背景技术：

智能交通系统（ITS）是当前交通领域的研究热点之一，车辆检测系统是ITS的重要环节，负责采集道路车辆的各种参数。传统车辆检测器，如感应线圈有破坏路面严重、使用寿命短等诸多缺点和局限，由此，人们不断提出新的替代方案。目前应用的车辆检测器普遍存在检测精度低、抗干扰性能差、受环境影响大等不足，而且，此类系统的节点之间多数采用有线的连接方式，存在布线麻烦、造价高、工期长、功耗大等缺点。因此，开发高精度、易安装、抗干扰性能强的无线车辆检测系统成为ITS领域亟需解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于GMR传感器的ZigBee车辆检测系统，整体传感结构采用闭环系统结构，磁环和电磁补偿线圈对巨磁电阻芯片构成一个封闭结构，大幅度地降低了外部散杂磁场的影响及空间位置不确定性的影响，提高了传感器的抗干扰性。同时闭环磁补偿结构改善了磁性材料的磁滞效应引入的误差，提高巨磁电阻传感器的线性度及灵敏度。通过信号调理电路将采集的数据进行打包处理，并通过ZigBee无线网络系统将数据传输给上位机，实现车辆的检测。

本实用新型采用的技术方案是：一种基于GMR传感器的ZigBee车辆检测系统，包括传感器模块、信号调理模块、电源管理模块、FR接收模块，所述传感器模块包括GMR传感器、电磁转换单元、信号放大单元、反馈补偿单元；所述信号调理模块包括：温度补偿电路、运算放大电路、功率放大电路、输出采样部分；所述的电源管理模块采用太阳能电池为主，锂电池为辅的系统；所述的FR接收模块包括主控模块、射频收发模块、调试模块、复位电路；

所述的传感器模块采用闭环结构，组成一个由运放和反馈线圈组成的反馈回路，将GMR传感器嵌入环形铁芯开口气隙中，信号放大单元与环形铁芯相连，反馈补偿单元与环形铁芯相连；电磁转换单元与信号调理模块中的温度补偿电路相连，电磁转换单元利用电桥结构将电阻的变化以电压形式输出，输出与被测电流成正比，实现电流信号的量测功能；温度补偿电路与运算放大器相连；运算放大器与功率放大电路相连；输出采样部分与FR接收模块中的主控模块相连，射频收发模块、调试模块、复位电路均与主控模块相连；电源管理模块为传感器模块、信号调理模块、FR接收模块供电。

包括传感器模块、信号调理模块、电源管理模块、FR接收模块，其中所述的传感器模块与信号调理模块相连；信号调理模块与FR接收模块相连；电源管理模块与传感器模块、信号调理模块、FR接收模块相连。

所述的GMR传感器采用传感器GMR SA-02作为敏感元件。

所述的信号调理模块中温度补偿电路采用单运放仪用放大器OP07。

所述的信号调理模块中运算放大电路采用仪用放大器INA118芯片。

所述的信号调理模块中功率放大电路采用L165芯片作为功率放大装置，采用双电源互补功率放大形式进行放大。

所述的FR接收模块中主控模块采用CC2530作为主控芯片。

本实用新型的工作原理是：地球是一个大磁体，在其周围形成地磁场，汽车可以看作由多个双极性磁铁组成的铁磁物体，这些双极性磁铁具有一定的极化方向，能够引起地球磁场的变化。当车辆进入传感器测量范围内时，前端发动机、车轴等内部铁磁物质会对地磁场产生影响使其发生扭曲和畸变，而这些变化会因车辆铁磁结构和行驶快慢不同而不同，即不同类型的、不同行驶方向、不同行驶速度的车辆对地磁场的干扰都有一定差别的。因此，可通过检测和分析地磁场的这种变化特征来来区分车辆类型，判断行驶方向，估算行驶速度。利用GMR传感器检测车辆对磁场的变化，完成扰动信号采集，通过信号调理模块对采集的数据进行打包处理，并通过ZigBee无线网络系统将数据传输给上位机，实现车辆的检测。

本实用新型的有益效果为：整体传感结构采用闭环系统结构，磁环和电磁补偿线圈对巨磁电阻芯片构成一个封闭结构，大幅度地降低了外部散杂磁场的影响及空间位置不确定性的影响，提高了传感器的抗干扰性。同时闭环磁补偿结构改善了磁性材料的磁滞效应引入的误差，提高巨磁电阻传感器的线性度及灵敏度。同时结合低成本、低功耗、自组网的ZigBee无线通信技术，使其具有更高的可靠性和更简单的电路结构，且受环境影响小、抗干扰能力强、对路面破坏小、成本低廉、安装简单。

附图说明

图1为本实用新型的系统结构示意图；

图2为本实用新型的闭环结构GMR传感器示意图；

图3为本实用新型的信号调理电路图。

具体实施方式

下面结合附图何具体实施方式，对本实用新型作进一步地说明。

实施例1：如图1-3所示，一种基于GMR传感器的ZigBee车辆检测系统，包括传感器模块、信号调理模块、电源管理模块、FR接收模块，所述传感器模块包括GMR传感器、电磁转换单元、信号放大单元、反馈补偿单元；所述信号调理模块包括：温度补偿电路、运算放大电路、功率放大电路、输出采样部分；所述的电源管理模块采用太阳能电池为主，锂电池为辅的系统；所述的FR接收模块包括主控模块、射频收发模块、调试模块、复位电路；

所述的传感器模块采用闭环结构，组成一个由运放和反馈线圈组成的反馈回路，将GMR传感器嵌入环形铁芯开口气隙中，信号放大单元与环形铁芯相连，反馈补偿单元与环形铁芯相连；电磁转换单元与信号调理模块中的温度补偿电路相连，电磁转换单元利用电桥结构将电阻的变化以电压形式输出，输出与被测电流成正比，实现电流信号的量测功能；温度补偿电路与运算放大器相连；运算放大器与功率放大电路相连；输出采样部分与FR接收模块中的主控模块相连，射频收发模块、调试模块、复位电路均与主控模块相连；电源管理模块为传感器模块、信号调理模块、FR接收模块供电。

所述的GMR传感器采用传感器GMR SA-02作为敏感元件。

所述的信号调理模块中温度补偿电路采用单运放仪用放大器OP07，放大器OP07与GMR传感器模块的电源端相连；电源与地之间加入去耦电容，防止电源噪声对芯片产生干扰；起到蓄能电容的作用。

所述的信号调理模块中运算放大电路采用仪用放大器INA118芯片，放大器INA118芯片与巨磁电阻输出端相连。

所述的信号调理模块中功率放大电路采用L165芯片作为功率放大装置，采用双电源互补功率放大形式进行放大，功率放大装置L165芯片与放大器INA118芯片相连。

所述的FR接收模块中主控模块采用CC2530作为主控芯片。

本实用新型中，传感器模块作为传感器系统的核心，采用闭环结构，组成一个由运放和反馈线圈组成的反馈回路，利用反馈形式可有效的提高传感器输出线性度、精度及带宽，增大动态测量范围，较高的回路增益还可以有效降低器件误差对测试性能的影响。

本实用新型中，通过将GMR传感器元件放置于载流体周围通过感应磁场强度变化以阻值变化的形式完成电流的测量。主要功能为将电流产生的磁场精确地转换为电压信号。信号处理模块主要负责将传感器模块的电压进行滤波调制处理，同时经过A/D转换，将模拟量数值信号转换成数字量信号。

本实用新型的基于GMR传感器的ZigBee车辆检测系统，是一种高灵敏度的车辆检测系统，利用GMR传感器检测车辆对磁场的变化，完成扰动信号采集，通过信号调理模块对采集的数据进行打包处理，并通过ZigBee无线网络系统将数据传输给上位机，通过采集大量数据建立基础数据库，应用模式识别算法可以实现车速的计算、车辆的分类等，实现车辆的检测。本实用新型结合低成本、低功耗、自组网的ZigBee无线通信技术，使其具有更高的可靠性和更简单的电路结构，且受环境影响小、抗干扰能力强、对路面破坏小、成本低廉、安装简单。

以上结合附图对本实用新型的具体实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。