基于无线充电的地磁车辆检测仪研究探讨

（２）软件算法 ①动态基准 我们将基值定义为，在无车辆干扰时的自然波 动。由于自然一直在变化，所以及时调整基值就是 重中之重，直接影响到能否正确提取波形。我们采 取通过对大量采样数据进行加权及加权调整的方 法。 首先，将 一 大 段 时 间 内 的 数 据 进 行 采 样 并 编 组，并将其磁场量的平均值作为初始基值，记为 Ｄ１。 当基值因外界为车辆的因素导致失效时需要重新 设置新的基值。将同样时间内的数据进行采样并 取平均值记为 Ｄ２。则调整后基值 Ｄ＝（Ｄ１ ＋Ｄ２）× ０．５ ②检测波形算法 因为数据 需 要 进 行 实 时 采 集，并 且 实 时 处 理， 为保证数据处理的高效性，采用流水线的方式处理 数据。不调用波形记录函数，直至出现符合所需波 形的数据。对于出现的符合所需波形的数据，首先 判定数据是否在基值的正常波动以内。若不是，则 设置可能波形记录标志。当发现可能波形后开始 进行波形确定，通过续取出后面的 ５０个时间序列 点，将最大值和最小值相减，得到最大波动 幅 度。 若通道的最大波动幅度超过当前基值的 １５％，则确
（３）实验结果 硬件搭建结束之后，我们采集了大量的地磁数 据进行分析。 可以看到 数 据 先 降 后 升，同 时 变 化 幅 度 较 大， 比较适合用差值 来 进 行 判 断，以 此 来 确 定 检 测 算 法。 ２．２ 无线充电装置 我们选用的是输入端最高电压为 １２Ｖ，输出输 出电压固定 ５Ｖ的低功率无线电能传输模块。我 们对模块的传输性能进行了测试。
距离 ／ｃｍ
Ｐｉｎ／Ｗ
Ｐｏｕｔ／Ｗ
φ
０
１２０
０４９６
４１３３％
１０
１０８
０４８２
４４６３％
１５
０７２
０１９４４
２７００％
其中，表 １和表 ２分别展示的是当输入电压为 ５Ｖ／１２Ｖ时，接收端线圈与输入端线圈在不同距离 时所得到的输出电压。为方便于对电池进行充电， 我们将输出端电压进行了限制，使最高输出电压为 ５Ｖ。
２０１８年 第 ４期 （总第 ２９０期）
黑龙江交通科技 ＨＥＩＬＯＮＧＪＩＡＮＧ ＪＩＡＯＴＯＮＧ ＫＥＪＩ
Ｎｏ．４，２０１８ （Ｓｕｍ Ｎｏ．２９０）
基于无线充电的地磁车辆检测仪研究探讨
陈博韬，孙治华，许心宇
（东南大学信息科学与工程学院，江苏 南京 ２１１１８９）
摘 要：为解决城市交通日益通拥堵问题，智能运输交通系统开始出现，对现场车辆信息的检测采集是实现系统智能控制的 基础。简单指出了几种无线电能传输的类型以及近年的发展，介绍了耦合式无线充电技术和地磁检测的原理，并结合地磁车 辆检测技术，着重论述基于无线充电的地磁车辆检测仪的硬件搭建及实验成果。最后针对无线充电的地磁车辆检测仪的研 究进行总结与展望。 关键词：无线充电；地磁车辆检测；研究 中图分类号：Ｕ４９２ 文献标识码：Ｃ 文章编号：１００８－３３８３（２０１８）０５－０２１４－０２
１２
１０
４９７
１２
１５
４９７
１２
２０
４９７
１２
２５
３９３
１２
３０
２８２
１２
３２
２４２
１２
３３
０
表 ３ 输入 ５Ｖ时的功率传输效率
距离 ／ｃｍ
Ｐｉｎ／Ｗ
Ｐｏｕｔ／Ｗ
wenku.baidu.com
φ
０
０９５
０４９６
５２２１％
１０
０３５
０１１０４
３１５４％
１５
０２５
００７１
２８４０％
表 ４ 输入 １２Ｖ时的功率传输效率
收稿日期：２０１８－０３－０１
·２１４·
第 ４期
陈博韬，孙治华，许心宇：基于无线充电的地磁车辆检测仪研究探讨
总第 ２９０期
定认为波形 扰 动 是 由 车 辆 引 起，并 进 行 波 形 记 录； 若没有超过，则认为波形扰动与车辆无关。当记录 波形之后需对采样数据进行检测，当数据回归到基 值 １５％的范围时，结束波形记录。
换；但如果外 加 磁 场 偏 离 于 金 属 内 部 磁 化 方 向，这 一类金属的电阻变小，这被称为强磁金属的各向异 性磁阻效应。
２ 硬件搭建及实验结果
２．１ 地磁检测装置 （１）硬件搭建 我们选用 ＨＭＣ５８８３Ｌ模块采用各向异性磁阻
（ＡＭＲ）技术，可测量磁场的方向及大小。检测系统 采用 ＳＴＭ３２Ｆ４０７ＺＧＴ６作为处理芯片，结合 ＨＣ－０５ 蓝牙模块传递数据给上位机和 ＬＣＤ屏进行显示。
（２）磁耦合 ＷＰＴ关键技术及原理 我们设发射端电源的基波等效电压有效值相 量 ＵＳ；假设电感均为理想电感。Ｚ１、Ｚ２ 分别为相应 线圈电阻和电路等效阻抗以及补偿阻抗。 根据 ＫＣＬ、ＫＶＬ以及磁场耦合特性，我们可以 得到如下的回路方程：
Ｚ１１Ｉ１ －Ｚ１２Ｉ２ －Ｚ２１Ｉ１ ＋Ｚ２２Ｉ２ ＝０ 其中，发射回路电阻抗为：
Ｚ１１ ＝Ｒ１ ＋ｊＸ１ ＋ｊωＬ１ ＝Ｒ１１ ＋ｊＸ１１ ＝｜Ｚ１１｜∠φ１１
接收回路电阻抗为： Ｚ２２ ＝Ｒ２ ＋ｊＸ２ ＋ｊωＬ２ ＝Ｒ２２ ＋ｊＸ２２ ＝｜Ｚ２２｜∠φ２２ 互感阻抗为：
Ｚ１２ ＝Ｚ２１ ＝ｊωＭ ＝ｊＸＭ １．２ 地磁感应技术
各向异性磁阻传感器 （ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃｍａｇｎｅｔｉｃｒｅ ｓｉｓｔｉｖｅ，ＡＭＲ）利用 了 镍 铁 导 磁 合 金 的 磁 阻 效 应，其 阻值与偏置电流和磁场矢量之间的夹角存在映射 关系。外部 磁 场 变 化，将 导 致 阻 值 变 化，从 而 引 起 输出电压的变化。磁阻效应为物质在磁场中电阻 率发生变化的现象。当磁性金属内部磁化方向与 外加磁场平行时，磁 场 变 化 几 乎 不 会 引 起 电 阻 变
１ 基本原理及关键技术分析
１．１ 无线电能传输 （１）发展历史 实现无线电能传输的方式有很多种，主要包括
磁感应耦合、磁振动耦合、电场耦合、微波、激光等。 另一方面麻省理工学院（ＭＩＴ）建立了共振式无线电 能传输理论及设计，完成了基于强耦合的共振能量 传输系统，能够在中等距离里完成比较高的传输效 率，减少损耗。并且共振式 ＷＰＴ技术的生物安全 性与环境安全性已经通过国际标准认证，具有比较 好的未来前景。
表 １ 输入 ５Ｖ时各距离输出电压值
输入电压 ／Ｖ
输入 ／输出端距离 ／ｃｍ
输出电压 ／Ｖ
５
１０
４９６
５
１５
４９６
５
２０
４８９
５
２５
３９０
５
３０
２６８
５
３５
２４２
５
３８
１０４
５
４０
０
表 ２ 输入 １２Ｖ时各距离输出电压值
输入电压 ／Ｖ
输入 ／输出端距离 ／ｃｍ
输出电压 ／Ｖ