基于多模LPWAN通信技术的户外道路停车检测终端的制作方法

本实用新型涉及交通信息工程科学技术领域，具体为一种基于多模lpwan通信技术的户外道路停车检测终端。

背景技术：

建设科学化、智能化的城市交通动态指挥和静态管理系统，已经成为政府职能部门保障经济建设的迫切要求。根据世界许多先进国家的做法，逐步开发道路两侧的占道停车资源并进行收费，采用价格杠杆对于停车行为进行约束，可有效实现城市静态交通的管理，提高城市交通管理水平。

目前我国大部分城市的占道停车管理都是采用人工收费的模式，人力成本高昂、收费员收费截留问题严重、无法获取城市静态交通的实时信息等问题逐步暴露出来，使得城市停车管理部门一直处于亏损的状态；目前国内很多城市，包括成都、杭州、上海、沈阳、深圳都已经开始采用一些技术手段对于城市占道停车资源进行管理，以期提高管理效率，提高停车管理部门的盈利能力；国际上的一些发达城市，如旧金山、莫斯科、伦敦等地也已经开始大规模采用技术手段来实现对于城市占道停车的动态管理。

通过物联网技术实现户外道路停车管理是当前比较先进的一种技术实现方式，一般是采用在车位上埋设地磁车位检测器的方式来获取实时车位占用信息，并直接通过部署多级通信网络实现前端车位检测信息的实时上报汇总，依据实时信息，提供精确到秒的计费管理，从而有效支持分时差异化计费的实现，并可提供数据给交管系统，为交通疏导、停车诱导提供数据支持。

目前国内外该类产品或系统的信息通信大多采用短距无线通信技术，其有效的通信距离大致在20-30米左右，一个通信中继只能覆盖双边8-10个车位。系统部署对街道基础设施的需求较高，且需要较多部门参与协调，导致部署成本高昂、实施困难。本检测终端采用多模低功耗广域传感网络技术，可大大降低系统部署和运维成本，有效落实分时差别化收费机制，并提供公共数据接口，实现与交通信息系统的数据共享，为智能疏导、科学管理提供技术保障。

本检测终端就是针对以上问题，将低功耗广域传感器网络作为户外道路停车管理系统的网络架构，实现对户外道路停车位的实时状态信息在线采集、分析、处理，提高户外道路停车位状态的实时性和准确率。

技术实现要素：

为了弥补以上不足，本实用新型的目的在于提供一种基于多模lpwan通信技术的户外道路停车检测终端，以解决上述背景技术中提出的问题。

本实用新型的技术方案是：一种基于多模lpwan通信技术的户外道路停车检测终端，包括检测终端和网关设备模块，所述检测终端包括mcu处理器模块、lpwan通信模块、磁感应传感器模块、uart接口、jtag接口、nfc接口、电源模块和定位模块，所述uart接口、jtag接口和nfc接口设置在mcu处理器模块上，所述磁感应传感器模块包括若干个磁感应传感器，所述磁感应传感器模块通过can通讯总线连接到mcu处理器模块，所述mcu处理器模块lpwan通信模块连接到网关设备模块，所述电源模块通过电源线为mcu处理器模块供电，所述定位模块通过rs485接口连接到mcu处理器模块，所述网关设备模块包括网关处理器，所述网关处理器通过usb接口连接有显示器模块。

作为本技术方案的进一步优化，所述lpwan通信模块括lora模块和nb-iot模块两部分，所述lpwan通信模块嵌入高速低功耗单片机和高性能扩频射频芯片。

作为本技术方案的进一步优化，所述nfc接口包含的双向eeprom共为4k比特。

作为本技术方案的进一步优化，所述电源模块采用电池供电。

作为本技术方案的进一步优化，所述定位模块为gps定位模块，且定位模块的输出端通过串口连接有无线输送模块，无线输送模块包括无线信号发射器和无线信号接收器，无线信号发射器与无线信号接收器之间通过无线电连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型一种基于多模lpwan通信技术的户外道路停车检测终端，能够实现对城市户外道路停车状态的实时状态监测和车位占用情况等功能，属于交通信息工程科学领域。具体涉及为多模lpwan通信模块设计、能源管理及车位占用检测算法设计等单元的集成，采用分布式传感网络监测系统结构，以实现对户外道路车位占用情况的实时状态信息采集。具体方法是将多模lpwan通信模块与磁感应传感器、低功耗微处理器等单元模块进行集成，在处理器内实现车位检测算法完成车位信息监测，车位信息通过lpwan通信技术与lpwan通信网关连接，在网关设备中实现车位信息的处理，并在业务管理平台实现车位管理，提升道路交通信息管理智能化水平，并为市政管理和交通管理提供技术支撑。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的系统框图；

图2为本实用新型的系统通电后启动流程图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，除非另有说明，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶部”、“底部”等指示的方位或状态关系为基于附图所示的方位或状态关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的机构或部件必须具有的特定方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

请参阅图1-2，本实用新型提供一种技术方案：一种基于多模lpwan通信技术的户外道路停车检测终端，包括检测终端和网关设备模块，所述检测终端包括mcu处理器模块、lpwan通信模块、磁感应传感器模块、uart接口、jtag接口、nfc接口、电源模块和定位模块，所述uart接口、jtag接口和nfc接口设置在mcu处理器模块上，所述磁感应传感器模块包括若干个磁感应传感器，所述磁感应传感器模块通过can通讯总线连接到mcu处理器模块，所述mcu处理器模块lpwan通信模块连接到网关设备模块，所述电源模块通过电源线为mcu处理器模块供电，所述定位模块通过rs485接口连接到mcu处理器模块，所述网关设备模块包括网关处理器，所述网关处理器通过usb接口连接有显示器模块。

mcu处理器模块的主要功能是：传感器数据采集和车位检测算法的实现，以及lpwan通信模块的通信控制。系统通电后启动流程如图2所示，设备出厂时均为上电模式，保持休眠状态直到由手持机通过nfc进行配置后启动进入标定状态，标定状态根据需要持续45-60s。标定完成后，终端将发送标定帧告知系统完成标定，并进入检测状态，按照规定的采样率对车位进行检测。当发现车位变化且有效车辆满足短时过滤机制定义的条件，或终端计时达到对应的心跳上报时间时，终端进入发射状态，将车位变化信息或终端信息传输到基站，完成传输后重新返回检测态。在发射态期间，终端仍旧对车位进行检测。

车位检测算法采用状态机+阈值算法。其中有车和无车状态的切换依据实时三轴磁场数据和背景数据的差值取模作为主要特征量，综合变化幅度研判确定。与车位检测算法有关的参数包括：起判阈值、回归阈值，通过对以上阈值决定触发节点状态机转换的背景偏离程度，从而影响节点进行车位检测时的灵敏度与检测半径

具体的，所述lpwan通信模块括lora模块和nb-iot模块两部分，包括lora通信模块和nb-iot模块，这两种通信模块受mcu控制，实现lpwan数据收发。可实现多模式lpwan网络通信。这两种通信模块是lpwan通信技术的主流产品，都具有长距离、低成本、低功耗等特点，适合远程表计、户外停车、工业监测等物联网终端设备。此通信模块提供上／下行通信管道，将终端数据传输至服务器后台，也可接收有服务器下发的各种控制命令。

该模块是高度集成低功耗半双工小功率无线数据传输模块，嵌入高速低功耗单片机和高性能扩频射频芯片，高效的扩频通信模式使抗干扰性和灵敏度都有巨大提高。模块提供了多个信道可供选择，支持在线修改串口速率、收发频率、发射功率、射频速率等各种参数。

该模块采用扩频通信机制以大幅度提高灵敏度，最高灵敏度可达-135dbm，使其在低功耗下也可大幅延长传输距离，因此不需要增加中继装置及复杂的通信基础设施。由于传输距离大大增加，导致大幅减少中继器的使用，简化了方案设计，从而大幅降低系统成本。

lpwan通信模块负责lpwan系统在应用现场的前端数据采集，数据预处理，以及信息无线收发等功能，一般要求设备的功耗低、防护性能高、成本低。通信模块软件部分包括：rf模块的hal层解析，lpwanmac层解析，传感器的应用控制软件。

具体的，设备可以用过nfc进行配置，nfc包含的双向eeprom共为4k比特，划分为设备信息区、配置信息区和日志区，其中设备信息包含了设备运行的重要状态参数，配置信息区包含了设备可配置的参数，其余部分为日志区，保留了最近发生的设备重大事件信息。

系统还配置有uart和jtag接口，用于对设备调试和固件程序的烧写。

具体的，采用电池供电，降低系统功耗，优化电源管理是本设备需要解决的重要问题。系统电池输入的电源通过ldo转换为3.3v电平后为lora模块及底板上的其他外设提供电源。低功耗设计方面，系统采用硬件和软件协同低功耗策略实现停车检测终端的低功耗性能。在硬件方面主要采用低功耗射频唤醒机制，动态功率管理和动态电压调节技术；在软件方面主要是对低功耗传感网络协议，节点级低功耗数据融合算法等，通过检测终端软硬件低功耗协同策略以有效降低检测终端的功耗，延长终端设备的使用寿命。

具体的，所述定位模块为gps定位模块，且定位模块的输出端通过串口连接有无线输送模块，无线输送模块包括无线信号发射器和无线信号接收器，无线信号发射器与无线信号接收器之间通过无线电连接。

具体的，检测终端对室外路边占道停车信息进行采集，检测对应车位车来车走事件的发生，通过无线传输方式上发车位信息到对应基站，提供给系统进行相应的业务处理。终端安装在预设车位内的对应位置，其安装标准应符合《室外停车位终端施工规范》的要求，终端能够满足并行车位、一字车位的使用条件，不依赖检测车位内车辆的型号，相邻区域内行驶或停止的车辆不会对本车位结果产生干扰。

检测终端采用超低功耗设计，小型尺寸，便与集成到各类生态监测传感器，又因为低功耗特点，可以采用电池供电，支持监测设备长寿命运行。无线通信网关采用超高接收灵敏度设计，极大的增加了监听覆盖域。lpwan系统服务器具有网络管理、应用服务和用户服务等部分，可实现数据过滤、存储、分发等维护功能，传递给不同的应用平台。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。