最近研究了隧道磁阻式感測器（以下簡稱為tmr）在汽車檢測領域的應用，它是一種根據磁性材料的磁阻效應製成的新型感測器，被廣泛應用於汽車、電力電子、磁資訊讀寫、工業自動控制等領域。tmr將車輛引起的地磁擾動準確地轉換為電平的變動，從而輸出可供處理器分析的訊號。
本文根據隧道磁阻式感測器的原理及在交通監控中的具體應用，設計一款基於隧道磁電阻晶元mmlp57f和nrf無線微控制器的車輛檢測系統。本系統由訊號檢測、訊號預處理、訊號處理、資料傳輸和儲存、資料執行五個模組組成，可有效而準確地監測路面流量、車速和車行方向等基本資訊，具有安裝方便、整合度高、介面簡單、可靠性高等優點。
研究背景：
據有關部門的統計,在2023年，我國汽車銷售達到500多萬輛，在2023年前其轎車的銷量平均增長就達到28.7%，在2002至2008四年裡，全國轎車的銷售數量超過2100萬輛。雖然在2023年出現嚴重的經濟危機，對各行各業都有很大的影響,但其銷售量也超過了900萬輛。到2023年末，北京已有超過351萬的車輛，其中269萬為私家車輛。汽車產業的發展固然推動了整個經濟的進步，但城市道路交通資源的不足,已逐漸成為最嚴重的城市問題之一。
新型車輛檢測資訊系統的優勢主要體現在以下幾個方面:
安裝在都市各大停車場，通過無線網路實現停車場資訊實時聯網，根據停車場的使用；
情況，提供合理的排程和停車方案等資訊，從而提高城市停車場的停車效率；
通過建立完善的車輛資訊管理系統增加路面交通的活力，實時檢測路面資訊並向車主；
傳達這些資訊，從而避免因超速、逆向等引起的違章行為，間接減少了安全事故的發生。
1 車位檢測方案
在現在智慧型交通系統中，車輛資訊的檢測和採集的資訊**的可靠性決定著該系統能否精準檢測路面情況。目前道路交通資料採集系統的關鍵部分是感測器。由於各類的感測器基於不同的物理特性，以下給出各類感測器的各項比較。
1.1 紅外檢測器檢測
紅外檢測，就是利用紅外輻射原理對汽車材料表面進行檢測的方法，其實質是掃瞄記錄被檢材料表面上由於缺陷或材料不同的熱性質所引起的溫度變化。紅外檢測器可以用來判斷是否有車輛經過，同時合理利用紅外檢測的特性還可以計算車速、道路流量等資訊。紅外檢測器分為主動式紅外線檢測器和被動式紅外線檢測器兩種。
主動式檢測器工作在紅外線波長範圍內，一般由一對紅外對管組成。工作時，發射管發射紅外線，經物體反射和散射後返回至接收管。接收管一般為光敏二極體，根據接收光線的變化產生電平變化。
被動式檢測器構造與主動式檢測器不同，它本身並不對外發射紅外線，只接收來自檢測範圍的紅外線。
在實際應用中，紅外檢測器一般採取懸掛在路邊的方式。它抗雜訊能力強、反應速度快、**低廉，理論上可用於檢測流量車速等資訊，但它的缺點也十分明顯，紅外檢測器對環境溫度非常敏感，有時檢測現場的天氣變化、人員來往等情況會影響系統，使其不能正常工作。
1.2 超聲波檢測
聲波實質上是一種在彈性介質中的機械振盪，由與介質相接觸的振盪源所引起。超聲波測距就是發射一定頻率的超聲波，超聲波到達障礙物或測量物體後反射回來並被超聲波模組所接收，從而測試出超聲波發出和接收的間隔時間。超聲波檢測器運用廣泛，在合適的檢測範圍內可以精確檢測出路面是否有車輛通過，汽車是否超速；應用在橋梁底部，可以檢測車輛的高度範圍在0.7-1.6公尺的車輛。
圖2 超聲波探測器的工作原理
超聲波感測器也有不足的地方：首先，超聲波的檢測範圍有限，不同廠商、不同型號的車輛體型不同，因此超聲波的檢測範圍極易受車型等因素的影響；其次，只要在檢測範圍內有物體或人經過，就會產生誤檢。
1.5 地磁感測器檢測
地磁感測器是種類繁多的感測器中的一種，它能夠感知與磁現象有關的物理量的變化，並將其轉變為電訊號進行檢測，從而直接或間接地探測磁場大小、方向、位移、角度、電流等物理資訊。目前廣泛應用的磁感測器主要是基於電磁感應原理、霍爾效應及磁電阻效應等。其中基於磁電阻效應的感測器由於其高靈敏度、小體積、低功耗及易整合等特點正在取代傳統的地磁線圈。
圖3 地磁感測器車位檢測
地磁感測器通過檢測車輛對地球磁場的擾動從而判斷車輛的行駛狀態和車型資訊，相比傳統的車輛檢測方案有許多的優點：
1.高響應頻率和極高的靈敏度。理論上車輛對地磁場的影響可以達到地磁強度的幾分之一，而地磁感測器的靈敏度達到了地球磁場的幾千分之一，完全能檢測出磁場擾動。抗干擾能力強；
2.感測器模組小型化，整合度較高，無需外界控制器即可輸出訊號波形；
3.安裝方便，可採取路邊懸掛式，也可埋於地面。維修時只需檢查地磁感測器即可；
4.檢測點不易遭到破壞，不受路面移動影響。
地磁感測器有著獨特的優勢，但實際運用中也需要考慮其缺陷:該感測器無法區分並行車輛。因此，使用時需注意靈敏度的設定，避免因靈敏度過高而導致誤檢。
2.隧道磁電阻感測器概述
地磁感測器的種類有很多，目前市場上主要的地磁感測器晶元有：各向異性磁電阻(amr)地磁感測器、隧道磁電阻式（tmr）感測器和巨磁電阻效應（gmr）地磁感測器，其中，（tmr）隧道磁電阻具有工作磁場小、飽和磁場低、溫度係數小等優點，基於隧道磁電阻技術的感測器晶元擁有的低功耗、低成本、高響應頻率和高靈敏度特性，具有廣闊的發展前景。據ihs isuppli公司的磁性感測器市場報告，全球磁感測器銷量逐年上公升。
圖4 全球磁性感測器營業收入**（以10億美元為單位）
早年，霍爾器件廣泛用於檢測工業引數，如速度、位移、角速度、轉速等等，並可將這些變數進行二次變換；也可測量流速、質量、流量等常見物理量。但隨著檢測系統的公升級，半導體霍爾器件的缺陷也被放大：功耗大、靈敏度不高、容易受溫漂影響、響應頻率低。這些缺點使得霍爾器件的地位正不斷地下降。
隨著半導體技術的發展，薄膜磁電阻感測器(包括amr和tmr)技術已經逐漸成熟。tmr隧道磁電阻感測器目前主要應用在硬碟磁頭和磁性記憶體領域(國外代表廠商：seagate、tdk和western digital；國內代表廠商：江蘇多維科技****)；amr器件代表廠商有：honeywell和西門子；（gmr）巨磁阻感測器目前仍處於研究階段，只有美國nve公司進行小批量的生產。
目前在****檢測領域，隧道磁電阻感測器開始取代傳統的幹簧管、霍爾器件、（amr）各向異性等技術成為主流的感測器。國內領先的tmr感測器生產商江蘇多維科技****董事長兼首席執行官薛松生稱，tmr技術涵蓋了霍爾效應、（amr）各向異性磁阻、（gmr）巨磁電阻等現有大多數磁感測器技術的優點，並克服了這些技術的侷限性，下表給出了tmr與其他磁阻的技術對比，可以看出，tmr比霍爾效應、amr、gmr等技術效能更加優異，功耗也更小。
技術（tmr）隧道磁電阻感測器將高頻響、低功耗、高靈敏度、寬測量間隙、耐用性結合於一身。以下是一款常見tmr感測器晶元的引腳定義及功能框圖:霍爾元件
amrgmrtmr
功耗（ma）
50-200
1-10
1-10
0.001-0.01
解析度（moe）
5000.12
0.1靈敏度（mv/v/oe）
0.0513
20工作場（oe）
1-1000
0.001-10
0.1-30
0.001-200
圖5 一款磁感測器的外部封裝和內部電路
感測器 6 電容式感測器
電容式感測器是利用敏感電容將被測力 壓力轉換成與之有一定關係的電學量輸出的壓力感測器。力 電學量 優點 結構簡單 高分辨力 可非接觸測量，並能在高溫 輻射和強烈振動等惡劣條件下工作。按照原理分類 在矽片上取適當的晶向蝕刻成薄矽膜，與溫度係數相近的 噴鍍有電極的玻璃板形成 蝕刻兩個矽膜片，一敏感膜片，...
感測器的應用
感測器已大舉進軍汽車 醫療 工業和航天應用領域。但您也許尚未看到任何變化。在安全 便利 娛樂以及效率因素等方面日益增長的需求，加上世界各地 的法令將會使感測器的應用得到空前膨脹。除了預計感測器將在無線和消費品領域應用的急劇膨脹之外，您還會明白為何感測器生產商有望在2010年結束前迅速開發龐大的市場和...
感測器 5 壓電式力學感測器
壓電感測器 依據電介質壓電效應研製的感測器 具有壓電效應的晶體 壓電晶體 具有壓電效應的電介質材料 壓電材料 電介質在外加電場下都可極化，其中二十種晶體結構可產生壓電效應。晶體結構中無對稱中心是產生壓電效應的必要條件 正壓電效應 指某些介質在力的作用下產生形變引起介質表面帶電的現象 形變產生電 逆壓...