基于磁阻传感器监测节点的电磁兼容性实现方法技术

城市交通拥挤、堵塞现象日趋严重，城市交通道路周围的电磁环境复杂，存在电磁干扰源，射频信号、架空电线存在于道路上，电子设备自身也存在干扰源，使得在交通道路上探测磁信号变成一种具有重大意义和充满挑战的课题。本发明专利技术基于经典电磁理论、PCB工程实践经验，并针对车流量监控节点的无线传感器网络技术和磁阻传感器的特性，对具体的车流量监控节点装置电磁兼容（EMC）设计，提高设备的电磁兼容性、抗电磁干扰性，让设备在道路复杂的电磁环境下稳定、可靠的工作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是基于无线传感器网络(Wireless Sensor Networks :WSN)技术在交通流量监测电路电磁兼容性的设计方案，该专利技术为解决交通道路复杂电磁环境下，机动车磁信号采集的完整性、传输的可靠行提供重要的解决方案，该专利技术属于电磁兼容(EMC)性设计领域。
技术介绍
电磁能在现代科学中得到了广泛的利用，尤其在广播、电视、通信、导航、·雷达、遥测遥感以及计算机等领域得到了迅速的发展。然而，伴随电磁兼容能的利用，也带来和产生了各种电磁干扰问题。各个频段的电磁场以及电磁能量，通过辐射和传导的途径，以场合电流(电压)的形式，影响工作着的敏感电子设备，使其无法正常工作。而且，同生态环境的污染ー样，随着科学技术的发展，电磁环境的污染也越来越严重，它不仅对电子产品的安全与可靠产生危害，还会对人类及生态环境产生不良影响。电磁环境的不断恶化，引起人们的重视，特别是20世纪80年代以来，许多发达国家进行了大量的理论研究和实验工作。进而提出了如何使电子设备或系统在其所处的电磁环境中，能够正常运行，同时也对在该环境中工作的其他设备或系统不引人不能承受的电磁干扰的新课题。随着芯片技术的不断改进和芯片制造エ艺的不断进步，而且其的封装技术不断提高，设计芯片的体积向微型化发展，芯片器件的功能不断完善，引脚数目不断増加这些诸多因素使得在电路的印刷电路板(PCB)板上的元器件密集，信号线错综复杂、信号传输密度高。在电路板上的元器件微型化、高密度布置、间隔越来越小，在器件间、信号线之间的电磁感应和电磁干扰越发严重。电子设备的信号完整性受到越来越严重的挑战，设备的信号完整性直接影响到设备的功效，电磁干扰严重可以使设备报废，在PCB的设计上必须充分考虑其上的信号完整性，涉及到针对元器件的电磁特性、板材特性、元器件布局、信号线走线、接地等的设计。因此，PCB的电磁兼容设计已成为电磁兼容的研究重点。在磁阻传感器探測机动车磁信号，并将探測信号通过无线通信射频模块发射的电路中，在申请专利《基于磁阻传感器和智蜂网络的智能车流量监控方法》中，涉及的“车流量监测节点”所处的环境为露天的路，有多种磁信号覆盖手机通信、广播及其他电子设备所产生的磁信号，受到各种外在、内部电磁信号的干扰的可能性，对“车流量监测节点”设备的信号完整性造成干扰，所以对此设备的电磁兼容研究，意义重大。
技术实现思路
技术问题本专利技术的目的是提供一种基于磁阻传感器的机动车流量监测节点的电磁兼容性设实现法，用来解决城市交通道路上存在的负责电磁环境下，车流量监测节点所采集的信号完整性、信号传输完整性的问题。通过对车流量监测节点的电磁兼容设计使得其所采集的信号准确、完整，进ー步使得差分运算放大器对信号的运算误差降低，并在信号传输时使得传输线中的信号噪音进ー步减小，为无线发射模块提供较准确的发送数据。技术方案本专利技术是在车流量监测节点的基础上进一步实现提高车流量监测节点的监测信号的可靠性。使用电磁兼容性设计，由麦克斯韦方程、传输线理论特性等电磁理论，分析车流量监控节点电路的电磁特性，解决大气噪声、太阳噪声、静电放电噪声、架空输电线、高压设备、射频设备的电磁干扰噪声。使车流量监控节点基于地磁场信号对机动车磁信号的监测稳定、可靠、准确。电磁干扰必须考虑三要素干扰源、传输途径、敏感体。在针对车流量监测节点中，电磁干扰源主要是大气噪声、太阳噪声、静电放电以及交通道路上的架空输电线、高压设备、射频设备。传输途径主要是通过空间辐射的辐射发射，和通过导线传导的传导发射。其中的传输线的分布參数以及电流传输方式的影响尤为显著。敏感体中主要是车流量监测节点中的磁阻传感器、差分运算放大器、场效应管以及模数转换器。见图I。节点中的芯片器件使用空间宽裕，使用3-W原则对PCB进行布线，减小走线间耦 合，并将模拟元器件和数字元器件分隔在不同的板层进一歩防止不同宽带域之间的相互耦合，降低两者的干扰。针对车流量监控节点的工作频率的高低混合电路，对接地的策略，使用混合接地，系统内的电源采用单点接地，射频信号使用多点接地，对于直流，电容是开路的——电路为单点接地；对于射频信号，电容为导通——电路为多点接地。见图3。车流量监测节点车流量监测节点包括以下几个模块电源模块、传感器模块、芯片处理及无线通信模块。车流量监测节点由磁阻传感器(HMC1022)、处理芯片处理及无线通信模块、放大电路、置位/复位脉冲电路以及电源5部分組成。在本专利技术中，使用了磁阻传感器监测车流量时能有效的避免天气、车位重叠、时间的限制所产生的制约情况，智蜂网络本身能够通过自组织方式构成网络，并且本方案的通信芯片处理能力强，功耗低，易于人机交互。建议将车流量监测节点埋在十字路ロ地表下10厘米左右处，启动车流量监测节点的工作模式，监控车流量信息，当有车辆经过节点上方时，磁阻传感器将感应到地磁场被机动车辆所扰动而引起的磁场的变化的模拟信号信息，在成功采集到地磁场的变化后经过差动运算放大器差动放大的电压变化信息，通过I/O总线传送到“芯片处理及无线通信模块”的ADC_A/D转换端ロ——通信芯片的P0_5号引脚，在模拟信号通过A/D转换后由I2C总线送入通信处理芯片进行处理，由相关程序处理后数字信号经过通信芯片的RF_P和RF_N引脚向天线输入正负射频信号。此外，在节点的PCB上利用采用HDR2X12封装的24插槽引脚对通信处理模块的功能进行扩展，在对应实际环境时，可以利用HDR2X12的封装引脚对通信处理模块进行拆卸，扩展通信处理模块的可再編程能力，进而达到根据实际环境进行调整通信模式的车流量监测节点扩展功能，如对节点的工作模式和睡眠周期根据具体环境进行调整，減少能耗。采集的信息由“芯片处理及无线通信模块”利用无线传感网络传送给汇聚节点做进ー步汇聚处理。车流量监测节点起到的作用是将监测所得到的数据传送给汇聚节点，再由汇聚节点继而传送给后台服务器处理。这些是本专利技术和其他流量监测系统的区别之一。车流量监测节点电路原理结构见图2。车流量监控节点的PCB设计，节点中有四大主要功能模块磁阻传感器模块、差分运算放大器模块、置位复位模块、无线通信模块等。有模拟电路和数字电路组成，磁阻传感器、运算放大器、置位复位模块为模拟电路模块；无线通信模块为数字电路模块。采用模拟电路和数字电路分隔布置，使两部分的互相干扰降低。方法流程在电磁兼容设计中，器件的选取和器件在PCB中的布局是极为重要的，本专利技术根据车流量监测节点的特性，选择通孔安装技术(THT)和表面安装技术(SMT)相结合。并在PCB布线中，由元器件的具体布局、自身特性的特点，采用降低阻抗、匹配阻抗、降低信号串扰、通量消除、功能区分隔、混合接地等的设计，以完成车流量监测节点的具体电磁兼容设计。设备电磁兼容设计和设备功能实现上，实现对交通道路的复杂电磁环境下提供本设备的电磁兼容解决方案，消除设备自 干扰性，增强设备的数据采集、传输、处理的准确度；该方案具体过程如下 步骤I)印刷电路板的尺寸4.0X5. 3cm2，其中物理板边界尺寸比实际布置电路面板边界边长的尺寸大O. 5mm;设计四层印刷电路板，其中顶层为布线层，第二层为地层，第三层为电源层，底层为布线层；每层的层距为O. 006in,电源层边长均比地层尺寸小，均小20X本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1. ー种基于磁阻传感器监测节点的电磁兼容性实现方法，其特征是设备电磁兼容设计和设备功能实现上，实现对交通道路的复杂电磁环境下提供本设备的电磁兼容解决方案，消除设备自干扰性，增强设备的数据采集、传输、处理的准确度；该方案具体过程如下步骤I)印刷电路板的尺寸4.0X5. 3cm2，其中物理板边界尺寸比实际布置电路面板边界边长的尺寸大O. 5mm;设计四层印刷电路板，其中顶层为布线层，第二层为地层，第三层为电源层，底层为布线层；每层的层距为O. 006in,电源层边长均比地层尺寸小，均小20X0. 006in,即 O. 12in ； 步骤2)功能分区将24插槽引脚布置于印刷电路板实际布置器件面板底层的左下角边缘，靠近属于数字区域的物理边缘；将220V-5V的电源供电模块布置于板顶层的左上角，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙力娟，黄荣谞，肖甫，王汝传，吴婉阳，黄海平，沙超，郭剑，
申请(专利权)人：南京邮电大学，南京三宝科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：