一種基于磁阻傳感器和ZigBee的車位檢測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種基于磁阻傳感器和ZigBee的車位檢測系統(tǒng)，其特征在于它包括ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)單元和上位機(jī)單元；其中，所述ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)單元是由路由器、協(xié)調(diào)器以及作為終端節(jié)點(diǎn)的車位檢測器組成；其工作方法包括：節(jié)點(diǎn)被喚醒，開始檢測；構(gòu)建ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)；檢測車位信息；檢測車位的狀態(tài)；顯示車位占用信息；其優(yōu)越性：施工方便，成本低；車位信息準(zhǔn)確全面；檢測效果好；可擴(kuò)展性強(qiáng)。
【專利說明】一種基于磁阻傳感器和Z i gBee的車位檢測系統(tǒng) (一）

【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及車位檢測【技術(shù)領(lǐng)域】和無線傳感網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，尤其是一種基于磁阻傳感器 和ZigBee的車位檢測系統(tǒng)。 (二）

【背景技術(shù)】：
[0002] 隨著社會的迅猛發(fā)展，汽車逐漸成為居民的出行工具，尤其在近幾年的發(fā)展中，城 市汽車數(shù)量劇增，隨之而來的停車難問題日益凸顯，停車位逐漸變成稀缺資源，智能停車場 管理應(yīng)運(yùn)而生，以便達(dá)到車位資源的優(yōu)化配置，其中車位檢測裝置顯得尤為重要。運(yùn)用磁阻 傳感器和ZigBee技術(shù)的車位檢測系統(tǒng)在停車場管理中有較為廣闊的應(yīng)用前景。
[0003] 磁阻傳感器近幾年被廣泛的運(yùn)用于車位檢測器的開發(fā)中，相比于視頻攝像頭、超 聲波和紅外輻射等傳感技術(shù)來說，它們更加靈敏、小巧、易維護(hù)、受環(huán)境影響小。但是由于地 磁分布的復(fù)雜性、檢測目標(biāo)（車輛）的復(fù)雜性、溫度的變化不均，其輸出信號也會變得復(fù)雜。 為了滿足數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性，本發(fā)明提出一種適用于停車位檢測算法的磁阻傳感器節(jié)點(diǎn)， 實(shí)現(xiàn)車位檢測系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確度。
[0004] Zigbee是一種新興的近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的無線網(wǎng)絡(luò) 技術(shù)。ZigBee工作在2. 4GHz的ISM頻段，目前在這個(gè)頻段工作的有藍(lán)牙（bluetooth)、無 線USB(wireless USB)、無線局域網(wǎng)Wi-Fi等。ZigBee提供了很多機(jī)制來保證和其他無線 標(biāo)準(zhǔn)的共存。本發(fā)明利用ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)免牌照頻段、動(dòng)態(tài)組網(wǎng)、自組多跳的網(wǎng)絡(luò) 特點(diǎn)，可以實(shí)時(shí)的檢測區(qū)域內(nèi)停車場車位的占用狀況，為停車場網(wǎng)絡(luò)化管理提供了一條新 的方法，將檢測到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦芾碚叩纳衔粰C(jī)平臺界面顯示終端，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)停車場的 實(shí)時(shí)監(jiān)測和智能管理。 (三）


【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于磁阻傳感器和ZigBee的車位檢測系統(tǒng)，它可以 克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，是針對智能停車場的車位檢測系統(tǒng)，運(yùn)用磁阻傳感器和ZigBee技術(shù) 設(shè)計(jì)一種無線傳輸?shù)能囄粰z測系統(tǒng)以便對大型停車場的車位進(jìn)行識別與管理，通過構(gòu)建強(qiáng) 大的車位信息服務(wù)平臺，將最新的車位信息實(shí)時(shí)更新給停車場管理者，提高停車場的車位 利用效率，且結(jié)構(gòu)簡單，易實(shí)現(xiàn)。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案：一種基于磁阻傳感器和ZigBee的車位檢測系統(tǒng)，其特征在于 它包括ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)單元和上位機(jī)單元；其中，所述ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)單元是由 路由器、協(xié)調(diào)器以及作為終端節(jié)點(diǎn)的車位檢測器組成；所述車位檢測器安裝在停車場的每 個(gè)車位附近，對車位的狀態(tài)信息進(jìn)行檢測；所述路由器接收車位狀態(tài)信息，并通過ZigBee 無線傳感網(wǎng)絡(luò)單元傳給協(xié)調(diào)器；所述協(xié)調(diào)器的輸出端與上位機(jī)單元的輸入端依串口連接。
[0007] 所述車位檢測器作為車位檢測終端節(jié)點(diǎn)，由傳感器模塊、主控制與通信模塊和電 源模塊構(gòu)成；其中所述傳感器模塊與主控制以及通訊模塊呈雙相連接；所述電源模塊為傳 感器模塊、主控制與通訊模塊供電；所述主控制與通訊模塊通過路由器與ZigBee無線傳感 網(wǎng)絡(luò)單元實(shí)現(xiàn)通訊。
[0008] 所述傳感器模塊是異性磁阻傳感器HMC5883L，它是異向性三軸數(shù)字式磁阻傳感 器。
[0009] 所述主控制與通信模塊采用CC2530芯片，它是集成了作為主處理器部分的8051 微控制器和作為通信部分的ZigBee無線收發(fā)器CC2520的控制芯片。
[0010] 所述電源模塊采用兩節(jié)AA電池供電。
[0011] 所述ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)單元是采用無線Mesh網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)單元； 且在每個(gè)停車場區(qū)域分別設(shè)置一個(gè)路由器，每個(gè)路由器負(fù)責(zé)管理本區(qū)域的所有車位檢測 器，每個(gè)車位檢測器即為路由器的終端節(jié)點(diǎn)。
[0012] 所述協(xié)調(diào)器的輸入端搜集路由器收集到的車位數(shù)據(jù)信息及節(jié)點(diǎn)地址信息，并將數(shù) 據(jù)信息進(jìn)行整合匯總進(jìn)而傳給上位機(jī)單元。
[0013] 所述上位機(jī)單元是PC計(jì)算機(jī)。
[0014] -種基于磁阻傳感器和ZigBee的車位檢測系統(tǒng)的工作方法，其特征在于它包括 以下步驟：
[0015] ①車位檢測器在不工作時(shí)處于低功耗運(yùn)行，當(dāng)車位檢測節(jié)點(diǎn)接收到路由器的信號 的時(shí)候，節(jié)點(diǎn)被喚醒，并開始檢測周圍的磁場數(shù)據(jù)；
[0016] ②構(gòu)建ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)：首先進(jìn)行設(shè)備上電，系統(tǒng)初始化，協(xié)調(diào)器對信道進(jìn) 行掃描，尋找到合適的信道，通過協(xié)調(diào)器組建ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)，確定唯一的網(wǎng)絡(luò)ID號， 允許設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)；
[0017] ③車位檢測器作為終端節(jié)點(diǎn)接收路由器的任務(wù)，車位檢測終端節(jié)點(diǎn)開始檢測車位 信息；
[0018] ④傳感器模塊采集車位周圍的磁場信號，并將信號送入主控制與通信模塊的主處 理器模塊中應(yīng)用基于多狀態(tài)的自適應(yīng)閾值車位檢測算法檢測車位的狀態(tài)；
[0019] ⑤將步驟④采集的車位狀態(tài)信息打包發(fā)送至路由器，路由器將各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)發(fā)送 來的數(shù)據(jù)打包發(fā)送至協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器再通過串口上傳至上位機(jī)。
[0020] ⑥在上位機(jī)上設(shè)計(jì)一個(gè)基于VC++6. 0平臺下顯示停車位占用狀態(tài)的界面顯示終 端，上位機(jī)界面終端首先進(jìn)行串口初始化，包括波特率、COM 口、奇偶校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)停止位、 設(shè)置緩沖區(qū)大小、以及數(shù)據(jù)輸入方式，打開串口，通過事件相應(yīng)的方式接收數(shù)據(jù)，有數(shù)據(jù)事 件發(fā)生時(shí),接收數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,并且更新停車場車位的界面信息；對停車位使用信 息、剩余/占用車位數(shù)量信息進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示；當(dāng)車位沒有被占用時(shí)，界面上的車位顯示為綠 色，當(dāng)車位上有車輛時(shí)，界面的車位顯示紅色。
[0021] 所述步驟②中通過協(xié)調(diào)器組建ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)的具體方法由以下步驟構(gòu) 成：
[0022] (1)協(xié)調(diào)器向路由器發(fā)送數(shù)據(jù)請求信號，路由器接收來自協(xié)調(diào)器的任務(wù)，向終端節(jié) 點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)請求信號；
[0023] (2)協(xié)調(diào)器對一定區(qū)域內(nèi)符合條件的路由器節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)發(fā)出入網(wǎng)請求信息， 這些設(shè)備在接收協(xié)調(diào)器的請求信息好后依次與協(xié)調(diào)器連接，從而建立ZigBee無線傳感網(wǎng) 絡(luò)。
[0024] 所述步驟④中應(yīng)用基于多狀態(tài)的自適應(yīng)閾值車位檢測算法檢測車位的狀態(tài)的具 體方法是由以下步驟構(gòu)成：
[0025] (1)首先對磁場信號進(jìn)行平均濾波處理，去除信號中的高頻噪聲以及毛刺現(xiàn)象，連 續(xù)采樣η次，求η個(gè)數(shù)據(jù)的平均值，通過式

【權(quán)利要求】
1. 一種基于磁阻傳感器和ZigBee的車位檢測系統(tǒng)，其特征在于它包括ZigBee無線傳 感網(wǎng)絡(luò)單元和上位機(jī)單元；其中，所述ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)單元是由路由器、協(xié)調(diào)器以及 作為終端節(jié)點(diǎn)的車位檢測器組成；所述車位檢測器安裝在停車場的每個(gè)車位附近，對車位 的狀態(tài)信息進(jìn)行檢測；所述路由器接收車位狀態(tài)信息，并通過ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)單元傳 給協(xié)調(diào)器；所述協(xié)調(diào)器的輸出端與上位機(jī)單元的輸入端依串口連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于磁阻傳感器和ZigBee的車位檢測系統(tǒng)，其特征在于所 述車位檢測器作為車位檢測終端節(jié)點(diǎn)，由傳感器模塊、主控制與通信模塊和電源模塊構(gòu)成； 其中所述傳感器模塊與主控制以及通訊模塊呈雙相連接；所述電源模塊為傳感器模塊、主 控制與通訊模塊供電；所述主控制與通訊模塊通過路由器與ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)單元實(shí) 現(xiàn)通訊。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于磁阻傳感器和ZigBee的車位檢測系統(tǒng)，其特征在于所 述傳感器模塊是異性磁阻傳感器HMC5883L，它是異向性三軸數(shù)字式磁阻傳感器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于磁阻傳感器和ZigBee的車位檢測系統(tǒng)，其特征在于所 述主控制與通信模塊采用CC2530芯片，它是集成了作為主處理器部分的8051微控制器和 作為通信部分的ZigBee無線收發(fā)器CC2520的控制芯片；所述電源模塊采用兩節(jié)AA電池供 電。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于磁阻傳感器和ZigBee的車位檢測系統(tǒng)，其特征在于所 述ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)單元是采用無線Mesh網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)單元；且在每個(gè)停 車場區(qū)域分別設(shè)置一個(gè)路由器，每個(gè)路由器負(fù)責(zé)管理本區(qū)域的所有車位檢測器，每個(gè)車位 檢測器即為路由器的終端節(jié)點(diǎn)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于磁阻傳感器和ZigBee的車位檢測系統(tǒng)，其特征在于所 述協(xié)調(diào)器的輸入端搜集路由器收集到的車位數(shù)據(jù)信息及節(jié)點(diǎn)地址信息，并將數(shù)據(jù)信息進(jìn)行 整合匯總進(jìn)而傳給上位機(jī)單元；所述上位機(jī)單元是PC計(jì)算機(jī)。
7. 一種基于磁阻傳感器和ZigBee的車位檢測系統(tǒng)的工作方法，其特征在于它包括以 下步驟： ① 車位檢測器在不工作時(shí)處于低功耗運(yùn)行，當(dāng)車位檢測節(jié)點(diǎn)接收到路由器的信號的時(shí) 候，節(jié)點(diǎn)被喚醒，并開始檢測周圍的磁場數(shù)據(jù)； ② 構(gòu)建ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)：首先進(jìn)行設(shè)備上電，系統(tǒng)初始化，協(xié)調(diào)器對信道進(jìn)行掃 描，尋找到合適的信道，通過協(xié)調(diào)器組建ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)，確定唯一的網(wǎng)絡(luò)ID號，允許 設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)； ③ 車位檢測器作為終端節(jié)點(diǎn)接收路由器的任務(wù)，車位檢測終端節(jié)點(diǎn)開始檢測車位信 息； ④ 傳感器模塊采集車位周圍的磁場信號，并將信號送入主控制與通信模塊的主處理器 模塊中應(yīng)用基于多狀態(tài)的自適應(yīng)閾值車位檢測算法檢測車位的狀態(tài)； ⑤ 將步驟④采集的車位狀態(tài)信息打包發(fā)送至路由器，路由器將各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)發(fā)送來的 數(shù)據(jù)打包發(fā)送至協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器再通過串口上傳至上位機(jī)。 ⑥ 在上位機(jī)上設(shè)計(jì)一個(gè)基于VC++6. 0平臺下顯示停車位占用狀態(tài)的界面顯示終端，上 位機(jī)界面終端首先進(jìn)行串口初始化，包括波特率、COM 口、奇偶校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)停止位、設(shè)置緩 沖區(qū)大小、以及數(shù)據(jù)輸入方式,打開串口，通過事件相應(yīng)的方式接收數(shù)據(jù),有數(shù)據(jù)事件發(fā)生 時(shí)，接收數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并且更新停車場車位的界面信息；對停車位使用信息、剩 余/占用車位數(shù)量信息進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示；當(dāng)車位沒有被占用時(shí)，界面上的車位顯示為綠色，當(dāng) 車位上有車輛時(shí)，界面的車位顯示紅色。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述一種基于磁阻傳感器和ZigBee的車位檢測系統(tǒng)的工作方法， 其特征在于所述步驟②中通過協(xié)調(diào)器組建ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)的具體方法由以下步驟構(gòu) 成： (1) 協(xié)調(diào)器向路由器發(fā)送數(shù)據(jù)請求信號，路由器接收來自協(xié)調(diào)器的任務(wù)，向終端節(jié)點(diǎn)發(fā) 送數(shù)據(jù)請求信號； (2) 協(xié)調(diào)器對一定區(qū)域內(nèi)符合條件的路由器節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)發(fā)出入網(wǎng)請求信息，這些 設(shè)備在接收協(xié)調(diào)器的請求信息好后依次與協(xié)調(diào)器連接，從而建立ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述一種基于磁阻傳感器和ZigBee的車位檢測系統(tǒng)的工作方法，其 特征在于所述步驟④中應(yīng)用基于多狀態(tài)的自適應(yīng)閾值車位檢測算法檢測車位的狀態(tài)的具 體方法是由以下步驟構(gòu)成： (1) 首先對磁場信號進(jìn)行平均濾波處理，去除信號中的高頻噪聲以及毛刺現(xiàn)象，連續(xù)采 樣n次，求n個(gè)數(shù)據(jù)的平均值，通過式
采樣平均值為g(k)，實(shí)時(shí)采樣值為m(k); (2) 由于地磁信號會隨著時(shí)間、溫度變化發(fā)生漂移，所以需要實(shí)時(shí)的更新背景磁場信 號，調(diào)整基線，因此需要在無車的狀態(tài)下，讓背景磁場基線重新標(biāo)定：根據(jù)式：
其中i = X，Y，Z，Gi(k)為自適應(yīng)基線，b為權(quán)值系數(shù)，m(k)為采樣信號，權(quán)值系數(shù)根據(jù) 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)設(shè)定，系數(shù)范圍在O?1之間時(shí)，可以保證當(dāng)前的背景地磁場信號設(shè)定為基線； (3) 采用基于多狀態(tài)的自適應(yīng)閾值車位檢測算法對車位信息進(jìn)行檢測，包括了初始化、 nocar> car> countO> countl ? nocar car ： (I) 將實(shí)時(shí)磁場采樣值m(k)減去背景的環(huán)境磁場G(k)，得到差值磁場n(k)，設(shè)定閾值 H，若n(k)>H，則u(k) = 1，否則u(k) = 0 ;將u(k)作為狀態(tài)機(jī)的輸入；從無車到有車時(shí)，弓丨 入狀態(tài)countl判定是否是干擾信號；從有車到無車時(shí)，引入狀態(tài)coumO判定是否是干擾信 號； (II) 若u(k) =0,跳入countO狀態(tài)，若u(k) = 1，跳入countl狀態(tài)；在無車狀態(tài)下， 若u (k)輸入為1，則跳轉(zhuǎn)countl,若u (k) -直為1，則對變量countl進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)countl 計(jì)算達(dá)到一定數(shù)值，若計(jì)數(shù)次數(shù)設(shè)為M，即countDM時(shí)可跳轉(zhuǎn)car狀態(tài)，若輸入為0,并且 countKM時(shí)，則跳轉(zhuǎn)countO狀態(tài)；進(jìn)入countO后，若連續(xù)u (k) = 0的次數(shù)達(dá)到M，跳轉(zhuǎn) nocar狀態(tài)，若輸入為1，并且countO的次數(shù)小于M，則返回countl狀態(tài)； (III) 在有車狀態(tài)下，若輸入u (k)為0,則跳轉(zhuǎn)countO狀態(tài)，輸入一直為0計(jì)數(shù)，若計(jì) 數(shù)大于M，則跳轉(zhuǎn)nocar狀態(tài)，若輸入u (k) = 1，并且countO計(jì)數(shù)小于M，則跳轉(zhuǎn)countl狀 態(tài)；countl與countO變量在跳出各自狀態(tài)時(shí)自動(dòng)清零； (4)對車位信息檢測完畢再進(jìn)行下一次信息檢測之前，算法要進(jìn)行重新復(fù)位，算法復(fù)位 后為初始化狀態(tài)，重置算法中的所有變量，并重新計(jì)算背景磁場的初始基線。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述一種基于磁阻傳感器和ZigBee的車位檢測系統(tǒng)的工作方法， 其特征在于所述步驟⑤中各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)發(fā)送來的數(shù)據(jù)是通過終端節(jié)點(diǎn)每次發(fā)送的二進(jìn)制 數(shù)來確定的；所述終端節(jié)點(diǎn)一次發(fā)送一個(gè)字節(jié)即8位二進(jìn)制數(shù)，且當(dāng)8位二進(jìn)制數(shù)中最高位 為" 1"，表示車位被占用，為" 0 "表示車位未被占用，低七位二進(jìn)制數(shù)代表停車位的編號。
【文檔編號】G08G1/14GK104361765SQ201410680159
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月24日
【發(fā)明者】何宏, 鄭瑞, 張志宏, 徐曉寧 申請人:天津理工大學(xué)