基于无线hart的车辆速度检测器设计

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1、基于无线HART的车辆速度检测器设计　　摘要：目前，对车辆进行交通数据采集的常用方法是借助感应线圈检测器，但容易破坏路面。采用霍尼韦尔HMC1022地磁感应器，根据车辆经过会引起地磁场扰动这一现象进行检测，不仅不会破坏路面，而且安装维护简单。地磁感应器采集信号后，通过K近邻算法对车辆分类识别，STM32完成数据处理，进而得到车辆速度参数，并通过无线HART技术进行数据传送，实现对路面交通信息的监控。　　关键词：地磁感应器；HMC1022；无线HART；K近邻算法；STM32；车辆速度检测　　DOIDOI：10

2、.11907/rjdk.161797　　中图分类号：TP319　　文献标识码：A文章编号：16727800（2016）010007604　　0引言8　　当前，国内针对路面车辆信息采集的主要方法是通过埋入道路的感应线圈检测器，但往往道路施工频繁，导致线圈完好度较低、维护费用高，且感应线圈安装极易破坏路面，所以线圈检测器使用功效并不高[1]。本文采用磁阻传感器与无线HART技术设计了一种新型的无线车辆检测器，具有安装简易、占用空间小和不易损坏等特点[2]。如今无线HART技术已较为成熟，广泛应用于工业监测、控制等

3、领域[3]。与传统控制系统相比，无线HART技术提供了一种高性价比的替代通信方式[4]，将传统控制系统中高成本的测量通过无线技术来实现并融入监控系统中[5]。本设计采用无线HART收发模块，具有实时性与抗干扰能力强以及低功耗的特点，提高了检测效率，降低了道路维护成本[6]。　　1无线HART简介　　无线HART是一种Mesh网络拓扑，其每个节点既是终端也是路由，支持调频，分时通讯可靠性高。无线HART可以让用户在保持现有设备、工具和系统一致性的基础上，为HART协议增加无线功能[7]。不但为过程应用提供了一种

4、可靠的专用无线协议，而且为用户提供了一种行业认可的标准，使其在进行无线应用决策时具有选择依据[8]。　　2检测器硬件设计　　2.1工作原理　　地球是一个巨大的磁场，当车辆经过某一路段时，会导致地磁场产生微弱变化，通过采集地磁场变化数据并进行分析，根据变化持续的时间即可得出车辆在经过该路段时的速度以及在某一时间段内的车流信息[9]。　　车辆检测器安装好后，加入到无线HART网络，将每个传感器作为一个HART节点，其获得车辆信息后，由MCU进行数据处理，在显示屏上同步显示车速，并通过XDM2510H传输至控制中心

5、/网关。车辆检测器系统如图1所示。　　基于无线HART的车辆检测器采用树形网络拓扑结构，检测节点可实现地磁信号的采集、放大、滤波以及与上位节点的通信等功能。　　2.2硬件电路设计8　　磁阻感应器采集的信号是一个差分输出的毫伏级信号，需要对其进行差分放大，以产生更好的放大效果[11]。滤波放大后，用AD转换器将模拟信号转换成数字信号，并采用MCU进行处理，通过显示屏显示，然后将处理后的数据通过无线HART模块发送至网关。系统框架如图2所示。　　2.2.1无线HART模块　　系统的无线HART收发模块采用RFM公

6、司的XDM2510H模块，电路如图3所示。工作原理如下：①发送一个时间戳数据包，通过单片机向/TIME管脚发送一个低电平进行触发；②模块投递数据包时，通过/MT_RTS管脚给单片机一个置低信号；③模块向单片机发送数据包完成的标志是/MT_CTS管脚置低；④通过单片机向/RESETIN管脚发送低电平实现模块复位。　　单片机通信接口通过串口与模块的UART_TX和UART_RX管脚相连，单片机向/SP_CTS管脚发送低电　　平时，表示单片机准备好接收一个数据包。LED灯信号行为对应的XDM2510H状态如表1所示

7、。　　2.2.2感应器模块　　传感器工作电路如图4所示，感应器选取霍尼韦尔公司的HMC1022，其输出一个毫伏级的差分模拟电压信号，需要通过差分放大器进行放大；差分放大器选用AD620，其具有体积小、功耗低、噪声小及供电电源范围广的优点；置位复位电路用于在突发情况下保护传感器核心电路；采用的芯片为IRF7105，它可以产生一个以20ms为周期的方波，作为磁阻感应器的复位输入信号。同时把12V电源通过一个1000Ω8的电阻连接到IRF7105的4管脚，将第5管脚和第8管脚短接，分别与HMC1002的第8管脚和第

8、14管脚相连，即可完成对传感器的保护。　　3系统软件设计　　3.1整体设计　　为了使软件容易扩展和维护，本设计采用模块化架构，每个功能都包含在相应的模块中。系统需要调用该模块时，只需include相应的头文件即能直接使用，从而使程序结构清晰、易于移植。　　系统模块分为两层：驱动层与设备层。驱动层实现MCU内部的功能驱动和调用，设备层实现外部设备的驱动和调用。有些设备需要利用驱动层模块才能实现调用，如