基于各向异性磁阻传感器的停车场车位检测应用毕业设计.docx

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基于各向异性磁阻传感器的停车场车位检测应用毕业设计

本科生毕业设计

设计题目：

基于各向异性的磁阻传感器停车场车位检测应用

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

基于各向异性磁阻传感器得停车场车位检测应用

摘要

随着现代经济的飞快发展，各大小城市的汽车保有量越来越多，但是现代的城市的交通状况不容乐观，相匹配的交通设施并不完善，且增长速度缓慢。

所以这样就使得各个城市交通面临的压力急剧增加。

由此并导致的道路拥堵情况愈演愈烈，每年的交通事故也都越发频繁，最终导致城市运输系统效率低下等很多负面结果。

与此同时“泊车困难”这个问题也已经成为了一个让政府和所有有车一族的所面临的很头疼的问题，所以随着泊车带来越来越多的问题，也就让停车位的检测的需求日益提高，本课题就针对此问题提出一种基于各向异性磁阻传感器（AMR）HMC5883L的城市车位检测系统方案。

本方案基于车位上车辆的存在（含金属量相对较大的一些金属）就会影响其周边地球磁场分布情况的原理，采用高灵敏度的各向异性传感器HMC5883L，并由此结合特定的算法最终可以实时的，高精度的判定某一车位的车辆存在情况，为智能化管理停车位提供了可能。

本论文首先介绍了此系统的研究背景和研究意义，以及AMR传感器用于车位检测的工作原理。

AMR作为本系统的检测最前端，所以它的准确度就会直接影响系统检测的准确度。

本论文中选择了无线传输作为经MCU处理后数据传输到服务器的传输方式，利用TI芯片CC1101作为硬件传输基础，是此系统的传输中枢。

系统中AMR传感器最终是要放在车位下方距离地面约五公分深的地方来进行车位检测的，因此则需要采用电池供电，因此就对系统的低功耗有较高要求，所以此系统最终选择TI控制芯片MSP430F169作为本系统中的主控芯片。

并在此基础上，优化了电路设计，以及传感器不同时段的工作方式。

本论文，还详细论述了车位检测中的几个关键技术，包括传感器数据的读取，各个采集前端设备的网络的建立，车位检测的算法，并且也都给出了各个模块的工作流程以及软件编写流程和无线模块的数据传输，且最后经过了模拟实际的车状检测，并最终可以使检测准确率能够达到90%以上，由此总结，此系统可行高效，而且实现成本相对较低，适用范围也很广泛，可以被广泛采用。

关键词：

HMC5883L；车位检测；无线通信；

ABSTRACT

Withtherapiddevelopmentofmoderneconomy,thesizeofthecitycarretainsquantitymoreandmore,butmoderncitytrafficsituationisnotoptimistic,tomatchthetrafficfacilitiesisnotperfect,andgrowthisslow.Sothismakesthepressureonthetrafficofthevariouscitiesincreasedsharply.Asaresult,theroadcongestionhasbecomeincreasinglyfierce,thetrafficaccidentseveryyeararealsomoreandmorefrequently,resultinginmanynegativeresultsofthelowefficiencyofurbantransportationsystem..Atthesametimetheproblemof"parkingdifficult"hasbecometheagovernmentandallcarownersfacedtheveryheadacheproblem,soparkingbringsalongwithmoreandmoreproblems,alsoletparkingpositiondetectionoftheincreasingdemand,thistopicisfortheaskedquestionsbasedonanisotropicmagnetoresistivesensor（AMR）hmc5883lcityparkingdetectionsystemscheme.

Theschemeofvehiclesparkingspaces（containingmetalvolumerelativelylargemetal）willbebasedoninfluenceofdistributionofmagneticfieldoftheearthsurroundingtheprinciple,thehighsensitivityofanisotropichmc5883lsensor,andthuscombinesspecificalgorithmcaneventuallybereal-time,highprecisionofjudgingaparkingvehiclesandintelligentofparkingmanagementpositionpossible.

Thispaperfirstintroducestheresearchbackgroundandsignificanceofthissystem,andtheworkingprincipleofAMRsensorforparkingdetection. Asthemostfrontendofthesystem,AMRwilldirectlyaffecttheaccuracyofthesystemdetection.. Inthisthesis,wirelesstransmissionisselectedasthetransmissionmodeofthedatatransmittedtotheserverafterMCUprocessing,andthetransmissioncenterofthesystemisthetransmissioncenterofthesystemwiththeTIchipCC1101asthehardwaretransmissionbasis.. SystemintheAMRsensorisultimatelyshouldbeplacedinthespacesbelowfromthegroundaboutfivecentimetersdeepplacetodetecttheparkingspaces,soyouneedtousebatterypowered,andthereforethelowpowerconsumptionofthesystemhavehigherrequirements,sothissystemchoseTicontrolchipmsp430f169asthemaincontrolchipinthissystem. Basedonthis,thecircuitdesignandtheworkingmodeofthesensorareoptimized..

Inthispaper,adetailedanalysisoftheseveralkeytechnologyofparkingspacedetection,includingsensordataread,theestablishmentofvariousacquisitionfront-endequipmentnetwork,parkingspacedetectionalgorithmandarewritetheworkflowofeachmoduleandthesoftwareflowandwirelessmoduleblockofdatatransmission,andfinallythroughthesimulationofpracticalcarshapedetection,andultimatelycanmakethedetectionaccuracyratecanreachmorethan90%,so,tosummarise,thissystemisfeasibleandefficient.Furthermore,therealizationofthecostisrelativelylow,applicablerangeisverywide,iswidelyused.

Keywords：

HMC5883L；Parkingdetection；Wirelesscommunication；

第一章绪论

1.1研究的背景及意义

随着现代社会生活的飞快发展，各个大小型城市的机动车数量日益激增，以及随着机动车数量的增加，对交通需求的增加也越来越高，现在城市里的交通拥堵，泊车困难，交通环境恶劣等现实交通问题也都正在成为全世界各城市所共同面临的严峻问题。

如果交通情况得不到改善，则不断恶化的交通环境还会困扰各个国家，阻碍经济的高速发展。

引导泊车作为智能交通系统中的一个重要分支，正是由于城市里的汽车拥有量极速增加，随之而来的也就是城市的商业区和居民区的停车位的极大需求，所以可以很简单的预见，随着时间的不断推移汽车数量的增长速度将会和停车位的增长速度的比值会越来越大。

所以泊车的问题也就会愈加严重，愈加突出，转而泊车问题就会变成一个阻碍城市发展的重要瓶颈。

成为了每个城市都需要面对和想办法解决的重要难题。

相对的，对于车辆的驾驶者，停车问题就会成为每次出行之前必须要考虑到的问题。

因此针对日益凸显的停车难的问题，随之研发一种全新的城市智能停车的检测系统就也就变得严峻，而其可以应用和发展的前景也更加是不言而喻的。

在智能停车系统能够得到大力发展的情况下，其至少拥有这几条重要的意义：

1）节省停车所需要的时间，可以让驾驶者在出行或停车的过程中实时检测出目的地的附近是否有可以使用的空缺停车位，从而就可以使驾驶者大大减少寻找空车位的时间，直接的提高城市有车一族的出行效率。

2）有助于交通管理。

交通拥堵问题现在已经成为城市发展的重大制约因素之一，很大的原因就是由于驾驶者想要停车时都无法及时的找到空余车位，这样就会使得车辆走走停停，却又不知道驶向哪个地方停车，因此也就会造成一定程度上的城市交通拥堵。

而本设计系统意义就在于可以在一定程度上，统计出城市各个区域在一定时期内停车的数量和频率，达到方便规划停车位，用相对较小的成本来解决城市的交通拥堵问题。

3）可以间接的达到保护环境的目的，因为如果驾驶者有一段很漫长的时间来寻找车位的情况下，就会使得汽车排放的尾气量大大的增加，而汽车尾气也正是大气污染源的一个主要因素，所以本系统可以间接的达到保护环境的目的。

1.2常用车位检测技术的相关介绍

现代的车位检测技术很多，相对来说比较流行的有

1）射频识别技术（RFID）。

2）超声波感应技术。

3）基于红外的探测技术。

4）感应线圈技术。

5）地磁传感技术

目前射频识别智能停车系统已经被很多停车场采用，车主开车进入停车场向入口处的通讯器刷一种经过特制的射频卡，射频卡里存储着车的各类信息，然后次通讯器记录下这辆车进入的对应时间并将剩余车位的数量减一，从而就可以实现对车主停车的计费以及空闲车位的数量统计于反馈。

本课题中并不采用这种方式，原因是这种方式要给每位车主配一张射频卡，而这样的办法显然是很不方便的，而且这对于非停车场下的停车位进行管理更是很困难的。

超声波感应技术，是一种应用也比较广泛的技术，它的具体工作方式就是在车位的正上方安放一种频率大于20KHZ的超声波发生器，如果有车停在上面的时候发生器就会接受反射回来的超声波，从而判定车位的空缺与否，此方案的缺点就是如果周围环境产生的高频噪声，就有可能造成车位是否空余的误判。

此外，还存在发生器发生的超声波可能被其它的（非配套的）的接收器所接受以造成区域车位有无的错误判别。

除此之外，这种系统还有一个很难接受的缺陷，就是它要安装发生器和接收器并且要正向安装，如果在室内停车场的话还能较好的实现，但是对于一些室外的路边停车位来说，这样就面临了很大的困难，而且成本也会大大的提高。

红外探测技术也应该说已经相当成熟，各种光电开关和接触开关在市场上也越来越多，且其应用也越来越广。

其优点在于稳定性高，技术相对较成熟，并且电路易于实现。

但是现在的市场上并没有基于此类方法做出的整套智能管理系统，目前也都只停留于理论阶段。

原因也很简单，就是比较容易受到一些光源和热源的干扰而引起的误判，并且对车辆的区分度也不是很好。

自上世纪60年代起，采用线感线圈作为车位检测器成为当时的主流并且也都沿用至今。

其工作方式就是将感应线圈埋在路面表层，当有车辆经过线圈时，车辆上自带有的一些金属就会对其附近的磁场进行扰动，这就会使感应线圈的电感变化产生电流，而其工作原理就是利用感应线圈的这种变化就可以判断是否有车辆停在车位上。

所以基于感应线圈的车位检测器也被认为是相对成熟的车辆车位检测设备，可是它也有自身的一些缺点：

1）感应线圈的安装需要切开地面，施工庞大而复杂。

2）线圈很容易断裂或被其它东西切开，而只要线圈出现物理问题，那么维护起来就会变得很麻烦，还会造成交通得极大不方便。

3）感应线圈受周围的外界环境的干扰比较大。

4）其可以被使用的时间相对来讲是比较短的，而且在一段时间的使用后还会使测量精度下降，这样就很容易引起误判。

综上所述，这些传统的停车位检测方法对周围安装环境的要求比较高，所以使用场合有限，且价格昂贵，其准确性受外围环境的影响比较大。

因此开发一种新的新型的稳定的适用性强的停车位检测器来替代传统成形的产品已经变成亟待解决的问题。

近些年，地磁的测量和感应技术发展迅速，相应的应用场合也越来越多，普及性也越来越好。

因此本文决定采取这一种技术来进行车位的检测，并认为这是一种可取的方式，有开发潜力的方式。

利用高灵敏磁阻传感器可以快速并有效的检测周围磁场的变化，而汽车经过地磁传感器周围的时候，就会对地球磁场产生干扰，而各向异性磁阻传感器可以有效的探测周围地球磁场的变化，后期再根据这一变化的数据来判断车辆的存在性。

磁阻传感器可以安装在车位下面或者埋在地下，相比于传统方式，其检测停车位的优点有：

1）如果要埋在地下，那么需要切开的地面范围很小。

2）芯片为集成芯片，属于精密封装，不容易被损坏。

3）受外界的干扰相比之下要小的多，几乎不受电磁波的干扰，对大多数的外界环境变化呈惰性反应。

4）耗电量极小，可用电池供电，维护很方便。

本课题也就将要讨论基于地磁传技术的停车位的检测的设计与实现。

1．3基于各向异性磁阻传感器的车辆检测技术研究现状

近年来，随着地磁传感器器件的生产兴起，直接的促使了有关地磁研究的检测技术的快速发展，此外由于通信技术的发展和通信方式的多样化，一些国内外人员都开展了很多基于地磁传感器的地磁传感技术用来对车辆惊醒检测，其中包括对车型的甄别，对车行驶方向的判别，车流量的检测，当然也还有地磁传感器的停车位检测的应用。

并且都研究了传感器的摆放位置，（车位上，车位边），与车的相隔距离。

并且都针对各种情况也都提出了自己的解决算法。

曾有韩国人采用单轴AMR传感器进行了辆检测的测试[2]。

实验时候，车辆从地磁传感器的上方经过，然后通过分析车辆经过AMR传感器时传感器的数据输出，研究了敏感轴与该车辆行驶方向的呈不同状态下的影响。

传感器与车辆摆放距离不同时的影响和效果，并也实验了用不同车型的车辆对磁阻传感器输出的影响。

有自美国某公司的Caruso等人进行了类似的研究[2]，但让门另外使用了有三轴的AMR地磁传感器。

与韩国人曾做的实验不同，他们把传感器安装在了车辆行驶的路线的侧面，这种方式就是便于安装，尤其对于单车道马路或一些路边停车的一些停车位，与此同时，这种安装方式对于多车道停车以及大型停车场则表现的无能为力，他们分析得到的利用AMR传感器就可以检测是否有车辆经过或者停有车辆。

此外，双轴AMR传感器除了可以探测车辆的存在性，而车辆的行驶速度，也能够通过一定的算法得出。

而三轴的传感器，由算法经过处理，还可以进行车辆类型的判断，这样