基于磁阻传感器的无线车辆检测器的设计

孔俊丽，周重阳，朱雨婷

（中国矿业大学 机电与信息工程学院，北京 100083）

车辆检测技术作为智能交通系统研究的关键技术之一，通过获取交通流量、车辆行驶速度等交通参数，为路面监控和管理提供重要依据。传统的车辆检测技术包括感应线圈检测器、视频检测器和超声波检测器等。感应线圈检测器在安装过程中会对路面造成破坏，影响公路的使用寿命；视频检测器的数据易受环境影响；超声波检测器维护和安装成本较高[1]。

针对传统车辆检测技术存在的各种缺点，基于各向异性磁阻（ARM）传感器，并结合 ZigBee技术，设计了一款安装方便、受环境影响小、稳定性高且成本低廉的无线车辆检测器。

1 各向异性磁阻（ARM）传感器的基本原理

各向异性磁阻效应是指铁磁金属或合金的电阻随磁化方向和电流方向夹角的变化而变化，当夹角为0°时，电阻最大。ARM传感器用4个磁电阻组成惠斯通电桥实现输出电压随电阻的变化而变化[2]，如图1所示。设偏置磁场 H与 R1夹角为 θ，则H与R2夹角为（90°-θ）。磁电阻的变化服从式（1）：

其中，R⊥为磁化方向与电流方向垂直时的电阻值；R∥为磁化方向与电流方向平行时的电阻值。

图1 ARM传感器的惠斯通电桥

由图1可知：输出电压Uout为：

由式（4）可知，被测磁场引起 θ的变化，从而转化为输出电压而表现出来，这样就将磁信号转变成了电信号。

2 无线车辆检测器的硬件系统总体结构

2.1 无线车辆检测器网络

无线车辆检测器网络由检测节点、汇聚节点及上位机组成，采用ZigBee星形网络拓扑结构，如图2所示。……