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基于地磁传感器的车辆检测系统设计与实现

阿天仁  
【摘要】:随着工业与经济的发展,城市交通难以应对车辆数量快速增长带来的冲击。在此背景下,传统车辆检测算法越来越难以适应复杂的交通情况。车辆检测技术可分为侵入式检测与非侵入式检测。侵入式检测如感应环路,检测精度高但是会对路面造成破坏。非侵入式检测如高速摄像头,成本高昂且不易架设。为解决传统车辆检测中高成本、架设繁琐等问题,本文研究并实现了基于无线能量传输技术(Wireless Power Transfer,WPT)的地磁传感器网络车辆检测系统。系统中地磁传感器收集车辆附近的地磁场数据,并通过无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)传输数据。本文具体的研究内容如下:(1)节点间数据通信使用了基于zigBee协议的WSN。本文针对传统WSN中存在的能量供应不足等问题进行改进,使用基于微波能量传输的WPT技术从环境中获取能量。在合理的电源管理技术与低功耗设计的基础上,实现WSN节点中传感器的无线能量供给,从而大幅降低传感器检测节点对于电池的依赖。此设计可有效降低WSN的成本,对提升检测系统运行稳定性具有重要意义。(2)对于接收到的地磁信号,首先对信号进行了校准处理,其次采用了平滑滤波对噪声进行滤波,提高了信号的平滑度。在此基础上,设计了一种基于地磁阵列的车辆检测算法并给出了车辆速度与长度的估计方法。(3)搭建了地磁车辆检测系统,对检测节点硬件电路的设计与绘制。地磁信号检测使用QMC5883L芯片,无线传感器网络使用了基于cc2530芯片的ZigBee模块。使用Express框架与React框架搭建了服务于车辆检测的前后端系统。实现了对于传感器网络以及各个节点的实时监控。最后在实际场景下对整个车辆检测系统进行了测试。结果显示系统对应车辆的检测正确率达到了90%,对车速的检测上限达40Km/h。


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