[发明专利]一种用于磁导航无人车的磁传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于磁导航无人车的磁传感器，具体地，涉及安装于磁导航无人车上用来检测路面铺设磁钉磁场的传感器硬件。

背景技术

磁导航不受雨、雪、雾等恶略天气的影响，能够解决室内和室外的定位问题。而定位问题对于无人运输工具（如无人车、AGV运输车）来说是必不可少的。所以磁导航很早被用在无人运输工具上。从产生磁场的方式上来分，磁导航可分为磁钉导航、磁带导航、信号电缆导航和混合导航方式。各种导航方式都有其适用的场合。但磁钉导航有着铺设方便、维护简单等优点，这使得磁钉导航得到了较为广泛的应用。如美国PATH计划中，研究人员在高速公路上铺设磁钉轨迹来实现无人驾驶。上海交通大学的磁导航无人车演示、荷兰ParkShuttle在阿姆斯特丹机场和鹿特丹的应用、Yamaha在荷兰园艺博览会上的应用、2getthere在迪拜Masdar的应用、中国ITS研究中心在新疆的扫雪车应用等都采用了磁钉导航的方案。磁带和信号电缆导航在工业上小范围的AVG小车系统中应用较多，但对于大范围的无人车应用，其造价成本较高，维护也不方便。

在磁钉导航中，磁传感器用于检测发现磁钉和计算磁钉相对于车的位置，是车辆实习定位的重要传感器。

美国PATH计划项目采用在前后保险杠下分别按照三个高精度三维磁通门传感器，横向定位精度可以达到1cm，纵向定位精度达到5cm，横向检测范围是-50cm—50cm，磁钉漏检率小于等于0.1%。磁通门传感器检测精度很高，但非常昂贵，一般单个价格在2000美元左右。

美国加州AHMCT（the Advanced Highway Maintenance and Construction Technology）研究中心在进行扫雪车辅助和自主驾驶研究过程中，采用的磁传感器是以霍尼韦尔三轴磁传感器芯片为元件的阵列传感器，并在磁传感器设计师，采用专门的磁传感器单元来检测恒定或缓变的环境磁场，其相邻传感器单元间距为8.9cm，安装高度为50cm，横向偏差最大误差为9mm。该方案采用模块化思想，磁传感器系统扩展非常容易。但是这种方案硬件复杂度较高，传感器数据处理也较复杂。

葡萄牙科英布拉大学的无人车研究团队采用多个2轴的霍尔磁阻传感器组成的磁阻阵列方案，传感器安装在车前保险杠上，相邻两个霍尔元件的间距为3cm，安装高度约为6cm，通过磁阻阵列返回的二维磁场数据来计算磁钉的相对于车辆的横向偏差。该方案的优点是传感器总体价格低廉，电路设计灵活，阵列式的结构可以得到很高精度的横向定位精度。但是让每个磁阻元件输出两个方向的磁场分量，那么对于阵列式的磁阻传感器，必须有足够的AD转换通道来转换磁阻元件输出并经过放大的模拟信号，这使得电路硬件设计和磁场数据处理上都较为复杂。

日本建设部土木研究所采用3对In-Sb霍尔传感器，每对间隔25cm，横向测量范围为-45—45cm，磁传感器安装高度为15cm，横向偏差测量精度为1cm，这里采用的霍尔传感器同样具有前文所述其他方案的缺点。

国家智能交通系统工程技术研究中心采用了基于电磁感应原理的单排5个线圈电磁感应式传感器来检测磁钉，相邻两个传感器间距为21cm，距离地面高度为30cm，安装于车头保险杠位置，这种电磁感应式传感器的灵敏度不高，可靠性差，容易受到干扰，尤其在车速较低时信噪比很低。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种电路设计简单、造价低廉、数据处理简单、横向偏差计算精度高的磁传感器，该磁传感器将被用在磁导航无人车上来检测路面铺设的磁钉。

为实现以上目的，所发明的磁传感器采用以下技术方案。

提出一种用于磁导航无人车上检测路面磁钉的磁传感器，包含磁阻传感芯片阵列，放大电路，磁阻传感芯片复位置位电路，微处理器，数据发送电路和电源电路等，其中：

所述磁阻传感芯片，在空间上呈一维线性分布，用于测量空间一条直线上不同位置的磁场强度，实现将空间位置处的磁场强度转换成与其成一定关系的电信号。

所述放大电路，用于将磁阻传感芯片输出的反映磁场大小的模拟电信号放大至AD转换部件有效的输入电压量级。

所述磁阻传感芯片复位置位电路，将微处理器的置位复位信号变换成磁阻传感芯片有效的置位复位信号，完成对磁阻传感芯片进行置位复位操作。

所述微处理器，用于整个系统的时序控制、磁阻传感芯片的置位复位操作、AD转换、磁场数据滤波、数据打包和数据发送等。