一种基于磁阻传感器和ZigBee的车位检测系统的制作方法
【专利摘要】一种基于磁阻传感器和ZigBee的车位检测系统，其特征在于它包括ZigBee无线传感网络单元和上位机单元；其中，所述ZigBee无线传感网络单元是由路由器、协调器以及作为终端节点的车位检测器组成；其工作方法包括：节点被唤醒，开始检测；构建ZigBee无线传感网络；检测车位信息；检测车位的状态；显示车位占用信息；其优越性：施工方便，成本低；车位信息准确全面；检测效果好；可扩展性强。
【专利说明】一种基于磁阻传感器和Z i gBee的车位检测系统 (一）
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及车位检测【技术领域】和无线传感网络领域，尤其是一种基于磁阻传感器 和ZigBee的车位检测系统。 (二）
【背景技术】：
[0002] 随着社会的迅猛发展，汽车逐渐成为居民的出行工具，尤其在近几年的发展中，城 市汽车数量剧增，随之而来的停车难问题日益凸显，停车位逐渐变成稀缺资源，智能停车场 管理应运而生，以便达到车位资源的优化配置，其中车位检测装置显得尤为重要。运用磁阻 传感器和ZigBee技术的车位检测系统在停车场管理中有较为广阔的应用前景。
[0003] 磁阻传感器近几年被广泛的运用于车位检测器的开发中，相比于视频摄像头、超 声波和红外辐射等传感技术来说，它们更加灵敏、小巧、易维护、受环境影响小。但是由于地 磁分布的复杂性、检测目标（车辆）的复杂性、温度的变化不均，其输出信号也会变得复杂。 为了满足数据采集的准确性，本发明提出一种适用于停车位检测算法的磁阻传感器节点， 实现车位检测系统的可靠性和准确度。
[0004] Zigbee是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络 技术。ZigBee工作在2. 4GHz的ISM频段，目前在这个频段工作的有蓝牙（bluetooth)、无 线USB(wireless USB)、无线局域网Wi-Fi等。ZigBee提供了很多机制来保证和其他无线 标准的共存。本发明利用ZigBee无线传感器网络免牌照频段、动态组网、自组多跳的网络 特点，可以实时的检测区域内停车场车位的占用状况，为停车场网络化管理提供了一条新 的方法，将检测到的数据传输到管理者的上位机平台界面显示终端，实现对整个停车场的 实时监测和智能管理。 (三）
【发明内容】
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[0005] 本发明的目的在于提供一种基于磁阻传感器和ZigBee的车位检测系统，它可以 克服现有技术的不足，是针对智能停车场的车位检测系统，运用磁阻传感器和ZigBee技术 设计一种无线传输的车位检测系统以便对大型停车场的车位进行识别与管理，通过构建强 大的车位信息服务平台，将最新的车位信息实时更新给停车场管理者，提高停车场的车位 利用效率，且结构简单，易实现。
[0006] 本发明的技术方案：一种基于磁阻传感器和ZigBee的车位检测系统，其特征在于 它包括ZigBee无线传感网络单元和上位机单元；其中，所述ZigBee无线传感网络单元是由 路由器、协调器以及作为终端节点的车位检测器组成；所述车位检测器安装在停车场的每 个车位附近，对车位的状态信息进行检测；所述路由器接收车位状态信息，并通过ZigBee 无线传感网络单元传给协调器；所述协调器的输出端与上位机单元的输入端依串口连接。
[0007] 所述车位检测器作为车位检测终端节点，由传感器模块、主控制与通信模块和电 源模块构成；其中所述传感器模块与主控制以及通讯模块呈双相连接；所述电源模块为传 感器模块、主控制与通讯模块供电；所述主控制与通讯模块通过路由器与ZigBee无线传感 网络单元实现通讯。
[0008] 所述传感器模块是异性磁阻传感器HMC5883L，它是异向性三轴数字式磁阻传感 器。
[0009] 所述主控制与通信模块采用CC2530芯片，它是集成了作为主处理器部分的8051 微控制器和作为通信部分的ZigBee无线收发器CC2520的控制芯片。
[0010] 所述电源模块采用两节AA电池供电。
[0011] 所述ZigBee无线传感网络单元是采用无线Mesh网络拓扑结构构建的网络单元； 且在每个停车场区域分别设置一个路由器，每个路由器负责管理本区域的所有车位检测 器，每个车位检测器即为路由器的终端节点。
[0012] 所述协调器的输入端搜集路由器收集到的车位数据信息及节点地址信息，并将数 据信息进行整合汇总进而传给上位机单元。
[0013] 所述上位机单元是PC计算机。
[0014] -种基于磁阻传感器和ZigBee的车位检测系统的工作方法，其特征在于它包括 以下步骤：
[0015] ①车位检测器在不工作时处于低功耗运行，当车位检测节点接收到路由器的信号 的时候，节点被唤醒，并开始检测周围的磁场数据；
[0016] ②构建ZigBee无线传感网络：首先进行设备上电，系统初始化，协调器对信道进 行扫描，寻找到合适的信道，通过协调器组建ZigBee无线传感网络，确定唯一的网络ID号， 允许设备加入网络；
[0017] ③车位检测器作为终端节点接收路由器的任务，车位检测终端节点开始检测车位 信息；
[0018] ④传感器模块采集车位周围的磁场信号，并将信号送入主控制与通信模块的主处 理器模块中应用基于多状态的自适应阈值车位检测算法检测车位的状态；
[0019] ⑤将步骤④采集的车位状态信息打包发送至路由器，路由器将各个终端节点发送 来的数据打包发送至协调器，协调器再通过串口上传至上位机。
[0020] ⑥在上位机上设计一个基于VC++6. 0平台下显示停车位占用状态的界面显示终 端，上位机界面终端首先进行串口初始化，包括波特率、COM 口、奇偶校验位、数据停止位、 设置缓冲区大小、以及数据输入方式，打开串口，通过事件相应的方式接收数据，有数据事 件发生时,接收数据并对数据进行处理,并且更新停车场车位的界面信息；对停车位使用信 息、剩余/占用车位数量信息进行实时显示；当车位没有被占用时，界面上的车位显示为绿 色，当车位上有车辆时，界面的车位显示红色。
[0021] 所述步骤②中通过协调器组建ZigBee无线传感网络的具体方法由以下步骤构 成：
[0022] (1)协调器向路由器发送数据请求信号，路由器接收来自协调器的任务，向终端节 点发送数据请求信号；
[0023] (2)协调器对一定区域内符合条件的路由器节点和终端节点发出入网请求信息， 这些设备在接收协调器的请求信息好后依次与协调器连接，从而建立ZigBee无线传感网 络。
[0024] 所述步骤④中应用基于多状态的自适应阈值车位检测算法检测车位的状态的具 体方法是由以下步骤构成：
[0025] (1)首先对磁场信号进行平均滤波处理，去除信号中的高频噪声以及毛刺现象，连 续采样η次，求η个数据的平均值，通过式
【权利要求】
1. 一种基于磁阻传感器和ZigBee的车位检测系统，其特征在于它包括ZigBee无线传 感网络单元和上位机单元；其中，所述ZigBee无线传感网络单元是由路由器、协调器以及 作为终端节点的车位检测器组成；所述车位检测器安装在停车场的每个车位附近，对车位 的状态信息进行检测；所述路由器接收车位状态信息，并通过ZigBee无线传感网络单元传 给协调器；所述协调器的输出端与上位机单元的输入端依串口连接。
2. 根据权利要求1所述一种基于磁阻传感器和ZigBee的车位检测系统，其特征在于所 述车位检测器作为车位检测终端节点，由传感器模块、主控制与通信模块和电源模块构成； 其中所述传感器模块与主控制以及通讯模块呈双相连接；所述电源模块为传感器模块、主 控制与通讯模块供电；所述主控制与通讯模块通过路由器与ZigBee无线传感网络单元实 现通讯。
3. 根据权利要求2所述一种基于磁阻传感器和ZigBee的车位检测系统，其特征在于所 述传感器模块是异性磁阻传感器HMC5883L，它是异向性三轴数字式磁阻传感器。
4. 根据权利要求2所述一种基于磁阻传感器和ZigBee的车位检测系统，其特征在于所 述主控制与通信模块采用CC2530芯片，它是集成了作为主处理器部分的8051微控制器和 作为通信部分的ZigBee无线收发器CC2520的控制芯片；所述电源模块采用两节AA电池供 电。
5. 根据权利要求1所述一种基于磁阻传感器和ZigBee的车位检测系统，其特征在于所 述ZigBee无线传感网络单元是采用无线Mesh网络拓扑结构构建的网络单元；且在每个停 车场区域分别设置一个路由器，每个路由器负责管理本区域的所有车位检测器，每个车位 检测器即为路由器的终端节点。
6. 根据权利要求1所述一种基于磁阻传感器和ZigBee的车位检测系统，其特征在于所 述协调器的输入端搜集路由器收集到的车位数据信息及节点地址信息，并将数据信息进行 整合汇总进而传给上位机单元；所述上位机单元是PC计算机。
7. 一种基于磁阻传感器和ZigBee的车位检测系统的工作方法，其特征在于它包括以 下步骤： ① 车位检测器在不工作时处于低功耗运行，当车位检测节点接收到路由器的信号的时 候，节点被唤醒，并开始检测周围的磁场数据； ② 构建ZigBee无线传感网络：首先进行设备上电，系统初始化，协调器对信道进行扫 描，寻找到合适的信道，通过协调器组建ZigBee无线传感网络，确定唯一的网络ID号，允许 设备加入网络； ③ 车位检测器作为终端节点接收路由器的任务，车位检测终端节点开始检测车位信 息； ④ 传感器模块采集车位周围的磁场信号，并将信号送入主控制与通信模块的主处理器 模块中应用基于多状态的自适应阈值车位检测算法检测车位的状态； ⑤ 将步骤④采集的车位状态信息打包发送至路由器，路由器将各个终端节点发送来的 数据打包发送至协调器，协调器再通过串口上传至上位机。 ⑥ 在上位机上设计一个基于VC++6. 0平台下显示停车位占用状态的界面显示终端，上 位机界面终端首先进行串口初始化，包括波特率、COM 口、奇偶校验位、数据停止位、设置缓 冲区大小、以及数据输入方式,打开串口，通过事件相应的方式接收数据,有数据事件发生 时，接收数据并对数据进行处理，并且更新停车场车位的界面信息；对停车位使用信息、剩 余/占用车位数量信息进行实时显示；当车位没有被占用时，界面上的车位显示为绿色，当 车位上有车辆时，界面的车位显示红色。
8. 根据权利要求7所述一种基于磁阻传感器和ZigBee的车位检测系统的工作方法， 其特征在于所述步骤②中通过协调器组建ZigBee无线传感网络的具体方法由以下步骤构 成： (1) 协调器向路由器发送数据请求信号，路由器接收来自协调器的任务，向终端节点发 送数据请求信号； (2) 协调器对一定区域内符合条件的路由器节点和终端节点发出入网请求信息，这些 设备在接收协调器的请求信息好后依次与协调器连接，从而建立ZigBee无线传感网络。
9. 根据权利要求7所述一种基于磁阻传感器和ZigBee的车位检测系统的工作方法，其 特征在于所述步骤④中应用基于多状态的自适应阈值车位检测算法检测车位的状态的具 体方法是由以下步骤构成： (1) 首先对磁场信号进行平均滤波处理，去除信号中的高频噪声以及毛刺现象，连续采 样n次，求n个数据的平均值，通过式
采样平均值为g(k)，实时采样值为m(k); (2) 由于地磁信号会随着时间、温度变化发生漂移，所以需要实时的更新背景磁场信 号，调整基线，因此需要在无车的状态下，让背景磁场基线重新标定：根据式：
其中i = X，Y，Z，Gi(k)为自适应基线，b为权值系数，m(k)为采样信号，权值系数根据 实验数据设定，系数范围在O?1之间时，可以保证当前的背景地磁场信号设定为基线； (3) 采用基于多状态的自适应阈值车位检测算法对车位信息进行检测，包括了初始化、 nocar> car> countO> countl ? nocar car ： (I) 将实时磁场采样值m(k)减去背景的环境磁场G(k)，得到差值磁场n(k)，设定阈值 H，若n(k)>H，则u(k) = 1，否则u(k) = 0 ;将u(k)作为状态机的输入；从无车到有车时，弓丨 入状态countl判定是否是干扰信号；从有车到无车时，引入状态coumO判定是否是干扰信 号； (II) 若u(k) =0,跳入countO状态，若u(k) = 1，跳入countl状态；在无车状态下， 若u (k)输入为1，则跳转countl,若u (k) -直为1，则对变量countl进行计数，当countl 计算达到一定数值，若计数次数设为M，即countDM时可跳转car状态，若输入为0,并且 countKM时，则跳转countO状态；进入countO后，若连续u (k) = 0的次数达到M，跳转 nocar状态，若输入为1，并且countO的次数小于M，则返回countl状态； (III) 在有车状态下，若输入u (k)为0,则跳转countO状态，输入一直为0计数，若计 数大于M，则跳转nocar状态，若输入u (k) = 1，并且countO计数小于M，则跳转countl状 态；countl与countO变量在跳出各自状态时自动清零； (4)对车位信息检测完毕再进行下一次信息检测之前，算法要进行重新复位，算法复位 后为初始化状态，重置算法中的所有变量，并重新计算背景磁场的初始基线。
10.根据权利要求7所述一种基于磁阻传感器和ZigBee的车位检测系统的工作方法， 其特征在于所述步骤⑤中各个终端节点发送来的数据是通过终端节点每次发送的二进制 数来确定的；所述终端节点一次发送一个字节即8位二进制数，且当8位二进制数中最高位 为" 1"，表示车位被占用，为" 0 "表示车位未被占用，低七位二进制数代表停车位的编号。
【文档编号】G08G1/14GK104361765SQ201410680159
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月24日 优先权日:2014年11月24日
【发明者】何宏, 郑瑞, 张志宏, 徐晓宁 申请人:天津理工大学