最近研究了隧道磁阻式传感器（以下简称为TMR）在汽车检测领域的应用，它是一种根据磁性材料的磁阻效应制成的新型传感器，被广泛应用于汽车、电力电子、磁信息读写、工业自动控制等领域。TMR将车辆引起的地磁扰动准确地转换为电平的变动，从而输出可供处理器分析的信号。
本文根据隧道磁阻式传感器的原理及在交通监控中的具体应用，设计一款基于隧道磁电阻芯片MMLP57F和nRF无线单片机的车辆检测系统。本系统由信号检测、信号预处理、信号处理、数据传输和存储、数据执行五个模块组成，可有效而准确地监测路面流量、车速和车行方向等基本信息，具有安装方便、集成度高、接口简单、可靠性高等优点。
一、系统概述
基于TMR的车辆检测系统可分为以下几个模块，系统结构图如图1所示：
信号检测模块。本设计选用（TMR）隧道磁电阻传感器，检测车辆经过时引起的磁场物理量的变化，并将该变化转换为电平信号送入信号预处理模块。
信号预处理模块。对信号进行预处理，主要是抑制共模干扰，并对电平信号进行差分放大，之后进行A/D数据采集。本系统中nRF无线单片机内置最高14路ADC，无需外部模数转换器。
信号处理模块。nRF无线单片机对预处理后的信号进行进一步分析和处理，设计滤波算法降低信号干扰、提取特征值，为检测算法提供有效的数据。
数据执行模块。经过算法处理后得到的数据，由控制单元控制执行器做出相应的操作，例如设计状态机检测车辆有无、车辆行驶方向；多个传感器同时使用时，还可以做车速检测算法；除此以外，还可以配置单片机的串口发射端，将数据存入电脑进行数据分析等等。
数据传输和存储模块。本系统使用串口与PC机通信，使用串口助手的数据保存功能，最后用MATLAB进行波形恢复和简单的滤波，可得到传感器输出电压与车辆状态的关系。
图 1 车辆检测模块结构图
二、车辆监测系统的硬件实现
本系统的硬件结构主要分为两个部分:数据采集部分和数据处理部分；从各个模块的功能上可分为: 3.3V电源模块、信号采集模块、信息检测模块、基于单片机串口的数据传输模块及可视化软件模块。图2给出了磁阻传感器车辆检测系统的总体结构。
图2 磁阻传感器车辆检测系统结构
2.1 三轴地磁传感器模块Vehicle Detection Module
地球具有磁性，地球的周围分布着磁场，而磁性的物质在磁场中会引起磁场的扰动，使磁力线被扭曲。汽车主要由磁导能力好的金属构成，因此会对地磁场产生明显的扰动。地磁场在提供背景磁场的同时，也产生了磁偏，磁偏分量会影响检测的精度。在实际应用中必须先把磁偏分量消除，只获取因车辆而产生的磁场变化，将此变化量转化为变化的电平信息。
基于TMR地磁传感器的车辆检测模块能感应车辆对地磁的扰动，通过计算和判断获取车辆的磁场信息。下表是检测模块Vehicle Detection Module的基本描述：
Vehicle Detection Module三轴传感器模块，搭载MDT公司的MMLP57F隧道磁电阻芯片，和用作差分放大的放大器MCP6N11，输出模拟电平信号，电平的幅度随周围磁场的变化而变化。根据芯片的文档资料，在正确使用模块前需做以下操作：
安装模块隧道磁电阻传感器，确保在使用过程中没有任何松动或变动；
在无车环境下设置背景磁场；预设灵敏度为20（100mG）；
在有车/无车环境下读取模块状态进行测试，据此判断灵敏度的合适程度，如有需要可调整灵敏度后再测试直到合适为止；
最后保存设置。
2.1.1磁阻传感器MMLP57F与差分放大器MCP6N11
图3中给出了Y轴部分传感器的电路图，使用3.3V供电，其中C9、C10为电源旁路电容，滤除高频噪声。VNY和NPY为MMLP57F隧道磁电阻传感器的差分电压输出，与电容C12、C13、C14耦合输入MCP6N11差分放大器的VIM和VIP引脚进行放大，输出电平VOUT。
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