低占空比无线车位探测传感器系统及其数据采集传输方法
【专利摘要】本发明针对现有城市停车难，以及现有车位探测管理系统的缺陷，提出了一种基于低占空比工作模式的无线传感器信息采集传输新技术，并利用这个新技术，提供了一种新的，结构简单，成本低，而且安装和维护都十分方便的车位自动探测管理系统。它不仅解决了城市露天和室内停车场的自动收费监管的难题，而且还可通过一个可与车位业主手机连接的计算机管理平台，在利用透明监管保证业主利益的前提下，充分整合城市中包括私人车位在内的各种停车资源。它将极大缓解城市停车难的问题，同时也给车位业主带来实实在在的好处，实现真正互利共赢。
【专利说明】
低占空比无线车位探测传感器系统及其数据采集传输方法
技术领域
[0001]本发明涉及停车位的自动探测，低功耗无线传感器信息的采集和传输。【背景技术】
[0002]随着经济的发展，停车难已成为目前城市，特别是大城市的一大难题。与此同时， 城市中又存在着许多非专用停车场的空车位不能加以利用，例如，主人上班空出的车位，或机关单位非工作时段空出的车位等；另外现有城市采用人工收费的公用停车场，都不同程度存在着大量现金流失的问题，这个流失比例有时远远超过50%，这给车位业主包括国家带来极大的损失。
[0003]如何提供更多的停车位，是市政当局为民办实事的一个重要题目，在充分保证单位或私家车位业主自己使用的前提下，将不使用车位的时间租让出来供其他人使用，应该是一个十分有效的解决方案；与此同时减少人工收费漏洞是每一个车位业主十分关心的问题；如果车位业主一方面能够清楚知道我的车位具体使用情况(有多少车辆使用过我的车位，每次使用时间长短)，也就知道自己车位所产生的经济效益，和自己应该分得的份额，另一方面，需要停车的第三方又能随时清楚了解车位可以停用的时间，则这两个问题就都容易得到解决了。显然，这涉及技术问题。现有通行的技术方案是采用超声波，或红外探测等方法。这个方案包括三个部分:1)探测器本身；2)供电线路；3)弱电信号传输系统；其次， 无论超声波或红外探测器本身都是由信号发射和信号接收两个两个部分组成，这两个部分必须同时分别安装在停车位的上方和下方，而且还需要供电。现行方案是通过进入停车位的车辆对信号的阻隔来判断车位是否有车停放的。因而，现行方案无法用于一般城市地面停车场车位上的车辆探测。现行方案除了建设成本高(每个车位在500元以上)的问题外， 由于还涉及强电和弱点线路的布设，线路维护以及网络管理等，因而综合成本则更高。
[0004]综上所述，现有的超声波或红外停车位车辆探测管理技术，无法用于城市一般地面停车场的车位探测管理，其在用于地下停车场车位探测管理时也存在建设成本高，维护管理工作量大的巨大缺陷。因而市场急需一种简单有效，成本低，同时能解决地面和地下停车场车位自动探测管理的系统。
【发明内容】
[0005]本发明就是针对现有车位探测管理系统的缺陷，提供了一种全新的，安装非常方便，系统非常简单，既不需供电线路，也不需数据传输线路的无线车位自动探测管理系统。 该系统不仅建设成本低(包括安装在内，每个车位成本不到1〇〇元)而且没有线路及网络维护管理费。本发明除了非常简单的探测器安装工作，以及软件平台的编制外，并没有其他额外的工作。本发明完全可以利用现有的收费管理系统，通过协调各方利益，实现共赢来实现。
[0006]另外，业主和用户都可以直接利用手机，通过网络管理平台，直接提供车位出租时间信息，和查询可停用的车位的实时信息。从而在不影响业主工作及自己使用的情况下，极大地发挥了现有闲置车为的使用效率，并通过对每个车位使用情况的自动监控保证了业主的利益。
[0007]与此同时，管理平台所收集到的数据，也将成为一种极具挖掘价值的大数据。
[0008]本发明系统包括一个用于车位探测及无线信号传输的，采用低占空方式工作的无线智能车位探测终端，以后简称智能车位终端；一个可与智能车位终端进行无线通信的读写器，一个通过有线或无线方式与读写器连接的后台管理计算机系统。每个智能车位终端都有自己唯一的ID编号，代表其所安装的车位的具体位置。
[0009]该智能车位终端包括一个三维芯片地磁传感器或其它车位探测传感器(下面将以地磁传感器为例来加以说明)，和一个与该传感器连接的单芯片无线收发机，一个用于控制该地磁传感器和单芯片无线收发机的单片机；智能车位终端的这几个部分还可全部集成在一个或两个芯片之中。
[0010]该智能车位终端由电池驱动，具有低电压报警的功能。智能车位终端当然也可使用市电驱动。智能车位终端既可固定安装在停车位的地面上，也可安装在停车位正上方，离开车顶一定距离范围内。智能车位终端具有两个功能，一是通过探测到的地磁变化，来确定该车位是否有车停放；当需要确定所停车辆的具体身份时，还需要读取车载电子标签的ID 信息；另一个功能是与读写器进行无线通信，将车位车辆停放变化的信息，必要时包括所停车辆的ID信息，一并传送给读写器。为了向寻找车位的驾驶员方便发现空车位的位置，系统还可在车位上方，安装一个连接有源电子标签的车位空闲指示灯，为了醒目和省电的目的，该指示灯采用低占空比闪烁的工作方式。该有源电子标签，平常处于周期性睡眠苏醒后监听信号一瞬间的工作状态。当智能车位终端探测到原来停在该车位的车辆已经离开，并成功向读写器发送车位已从被占用的状态进入到空闲状态的信息前后，还将要求智能车位终端中的无线收发机在一段大于连接车位空闲指示灯标签睡眠苏醒周期的时间段内，连续不间断地向该指示灯标签发送指令，抓住标签周期性监听信号的一瞬间，与之建立通信联系，开启闪烁指示灯，以告诉寻找车位的驾驶员该车位已空闲；而在智能车位终端探测到有新的车辆驶入占用该车位，并成功向读写器发送车位已从空闲状态进入到被占用状态的信息前后，以同样的方式，向该指示灯标签发送命令，关闭该车位空闲指示灯。
[0011]如果空闲车位指示灯连接的有源电子标签及空闲指示灯，都采用外接电源而非电池供电时，该有源电子标签平常将始终处于接收信号的状态，当车位占用状态发生的变化时，智能车位终端向该有源电子标签发送开启或关闭指示灯的命令信号的方式，将不再是连续在一段时间内，不间断重复发射同一个指令信号包的方式，而是发射单个指令信号，并接收回执信息的方式。并在成功发射后，智能车位终端将进入低功耗的休眠状态，等待下一轮被启动。
[0012]为了降低功耗，智能车位终端中的地磁传感器，单片机和无线收发机利用智能车位终端自身的内部时钟，采用间隙性工作方式。智能车位终端采用的间隙性工作方式包括: 利用内部时钟定时接通单片机电源开启地磁传感器和单片机主体工作部分，读取地磁传感器的信息数据，并在读取完数据后关闭地磁传感器，以降低功耗。这种通过内部时钟间隙性开启单片机和传感器采集传感器数据，以降低系统功耗的方法，还适用于其它许多传感器量变化比较慢的应用场景，例如温度，湿度，压力，烟雾，建筑物应力应变等场景。这里，单片机根据对读取的地磁数据信息的分析，智能车位终端安装位置(地面还是车辆上方)，以及该智能车位终端安装点没停车时的地磁初始值，按照预先设定的方式进行判断，以决定该车位是否被占用，或车位占用情况是否发生变化。如果判断结果是车位占用的情况发生了变化，则单片机将会启动智能车位终端中的无线收发机，将这个变化的情况以无线的方式， 发送给读写器，并通过读写器以有线或无线的方式传给管理计算机，在成功完成与读写器的通信后，单片机和收发机都将进入低功耗的休眠状态，等待下一次被启动。如果判断结果是没有变化，不管是继续被占用还是继续处于空闲状态，则单片机都将进入休眠状态等待下一次被内部时钟唤醒，而不需启动收发机向读写器传送信息，除了在需要时，定时向系统发送心跳包信息而外。
[0013] 当系统还需要对占用车位的车辆进行身份识别时，相关车辆上还将安装一个车载有源电子标签。智能车位终端只有在探测到该车位从空闲状态变化到被占用状态时，才会启动智能车位终端中的无线收发模块与车载标签进行近距离通信，读取车载标签ID，以确定是哪一辆正在占用该车位，并在读取完后进入休眠状态。这里的车载标签必须是可与智能车位终端进行无线通信的无线收发机芯片制成的，而且安装的位置应与智能车位终端的安装位置尽可能接近。例如，当智能车位终端安装在地面上时，则车载标签最好安装在车辆靠近底部的位置。这里智能车位终端与车载标签的通信方式，是指智能车位终端中的无线收发机连续在一段大于车载标签睡眠苏醒周期的时间段内，等待接收来自车载标签发射的ID信号，而车载标签则处于周期性睡眠苏醒后以有限的发射功率，向智能车位终端发射自身ID的方式。这里所谓的车载标签的有限发射功率，是指车载标签在保证能够与该智能车位终端进行通信的前提下，使用尽可能小的发射功率近距离(2-3米)发射ID，以尽可能避免被附近其他车位的智能车位终端读取。如果出现误读情况，可通过后台管理软件来消除这个错误。[〇〇14] 为了向寻找车位的驾驶员方便发现空车位的位置，系统还可在车位上方容易看到的位置，安装了一个与有源电子标签连接的空闲车位指示灯，该有源电子标签，平常处于周期性睡眠苏醒后监听信号一瞬间的工作状态；当智能车位终端探测到原来停在该车位的车辆已经离开，并成功向读写器发送车位已从被占用的状态进入到空闲状态的信息后，还将要求智能车位终端在一段大于车位空闲指示灯标签睡眠苏醒周期的时间内，连续不间断地向该指示灯标签发送指令，开启闪烁指示灯，以告诉寻找车位的驾驶员，该车位已空闲；并在智能车位终端探测到有新的车辆驶入占用该车位，并成功向读写器发送车位已从空闲状态进入到被占用状态的信息后，以同样的方式，向该指示灯标签发送命令，关闭该车位空闲指示灯。
[0015]智能车位终端间隙性工作的时间间隙，以能准确判断车位占用情况为准，一般应考虑车辆驶入或使出该车位所需的时间。如果判断的结果是车位被占用，而且连续在一段时间内被占用，则智能车位终端将认为该车位被占用。如果连续在一段时间内探测到车位处于空闲状态，则智能车位终端认为该车位处于非占用状态。无论车位处于连续占用状态还是连续空闲状态，智能车位终端都不会启动无线收发机通过读写器上传车位占用状态信息，而只有当车位占用状态发生变化时，智能车位终端，才会将新的车位占用状态信息，通过读写器上报给管理计算机。
[0016]这样系统便清楚知道每次停车占用该车位的时间，并自动计算该车位主人应收取的停车费用。如果占用车位的车辆安装有车载标签，则系统还可以知道占用该车位车辆的ID信息，或者说车主人可以通过手机和停车场计算机管理数据库，查到自己车辆所停的位置。
[0017]智能车位终端采用远距离无线通信方式与读写器进行通信，而读写器可通过有线或无线方式与后台管理计算机连接:这包括通过WiFi，GPRS等无线网络与后台管理计算机连接。独立读写器与智能车位终端的无线通信距离在开阔空间中可达1500米，而且其通信距离还可根据需要进行调整。因而，使用有限数量的读写器就可以管理相当数量的车位。 在室外情况下，一般一个停车场只需一个读写器就足够了。而且由于读写器体积小安装方便，且功耗非常低，平均功耗不超过一瓦，因而安装和电源获取都非常方便，还可使用太阳能供电。在室内情况下，每层停车场一般只需要一个读写器，情况复杂或范围很大的地下停车场，可适当增加读写器的数量。
[0018]基于安装使用方便，以及尽可能减少地面对智能车位终端与读写器通信距离的影响，智能车位终端可以采用各种形状以及安装方式。但当其安装在停车位地面上时，应尽可能将无线收发机天线露出地面高一些。使用路面道钉形状的智能车位终端将不失为一种较好的选择。道钉形状的智能车位终端不仅无线收发机天线在地面之上，而且只需使用道钉一样的安装胶就可以很方便地固定在地面上。
[0019]当每个独立停车场的读写器，通过有线或无线移动网络与后台网络管理计算机服务器连接时，系统便可建立一个公用停车位信息服务平台。在平台上已经注册登记的车位提供方，包括白天或晚上可供对外租用的私家车位和企业单位非专用停车场的车位信息。 可以随时通过手机或计算机向管理平台提供可供租用的车位信息，包括位置和可供使用的时间段信息。而租用方也可直接通过手机查询或预定其驾驶目标位置附近的车位。
[0020]这样不仅充分利用了城市中现有各种可以利用的车位资源，大大缓解城市停车难的问题，降低停车费用，同时也给车位拥有方带来实实在在的经济效益。除此之外，由于每个停车位的具体使用情况后台管理平台都一清二楚，因而车位所有方的权益将得到完全保证，国家所有的城市路边停车的收入将不再大量流失。而现有的停车场管理包括收费管理并不需要作任何改变，需要做的仅仅是协调包括业主，现有车场管理部门，以及平台管理各方利益而已。
[0021]在有条件的地方利用车载电子标签，以及智能车位终端还可实现车主停车位置自动显示，自动收费等其他功能。
[0022]与此同时，管理平台所收集到的数据，也将成为一种极具挖掘价值的大数据。
[0023]【附图说明】:图1是现有车位探测系统。图2是本发明智能车位探测系统。图3是低占空比无线车位探测传感器系统。图4是道钉式无线智能车位探测终端基本尺寸形状。【具体实施方式】:在每个停车位中央附近地面上，采用道钉一样的安装方法，安装图一个无线智能车位终端；在每辆车上靠近前面或后面车牌附近，安装一个与该车牌号码一致的有源电子标签； 在停车场中心位置处的电杆上安装一个读写器，读写器通过GPRS模块与后台管理服务器连接，读写器采用外供电源或太阳能电源供电。智能车位终端安装好后，通过读写器或手持读写器读取空闲车位地磁传感器的初始值，并将其写入智能车位终端的单片机中.智能车位终端启动读取传感器数据的时间周期，将根据既能满足智能车位终端省电要求，又能保证智能车位终端能够正确判断车位上停车状况的变化，以及停车场车位状况变化信息更新时间要求等因素考虑。
[0024]智能车位终端根据预先确定的睡眠苏醒周期，定期醒来读取地磁传感器数据信息，并与车位空闲时的初始值进行比较，来判断是否有车辆占用该车位。每次判断的结果都将于上一次或上几次判断的结果进行比较，如果发现车位占用情况发生了变化，而且是从空闲状态进入到占用状态，智能车位终端将启动无线收发机，首先进入连续几秒钟的信号接收状态，已接收车载标签发来的ID信息，然后连同车位占用信息，以及车位ID编号(智能车位终端ID编号)向读写器发射车位已被该ID好车辆占用。如果发现车位占用情况的变化是从占用状态进入空闲状态，则智能车位终端将启动无线收发机向读写器发送该车位已经空闲的信息。
[0025]所有这些信息，将通过读写器以及与之连接的网络传到后台管理服务器，并通过相关管理软件满足各种应用管理的需要。
【主权项】
1.低占空比无线车位探测传感器系统，其特征在于，系统包括若干个智能车位终端， 一个可与这些智能车位终端进行无线通信的读写器，一个通过有线或无线方式与读写器连 接的后台管理计算机系统；每个智能车位终端包括一个车位探测传感器，一个无线收发机 和一个单片机；每个智能车位终端是一个完整独立的工作单元，安装在停车位的地面上或 停车位的上方；智能车位终端采用电池供电，并通过自身内部的时钟控制，采用周期性睡眠 苏醒后工作一瞬间的低占空比方式工作；智能车位终端内部的单片机中预先嵌入了传感器 和无线收发机的控制管理程序，用于控制传感器和收发机的工作，以及对读取的传感器数 据进行分析，单片机根据对比车位空闲时和占用时传感器数据的差异，按照预先设定的方 法做出车位占用情况是否发生变化的判断，并根据分析判断的结果来控制无线收发机的工 作；这里智能车位终端的低占空比工作模式包括:内部时钟周期性接通单片机和传感器的 电源，读取传感器的数据，并在获取传感器数据后关闭传感器，同时智能车位终端中的单片 机将按照预先嵌入的程序和储存的传感器对比参考数据，对所采集的数据进行分析判断， 根据判断结果决定是否启动无线收发机与读写器进行通信，或执行根据判断结果设定的其 它动作；如果判断结果需要启动无线收发机，则在无线收发机成功完成与读写器的通信或 设定的其他动作后，单片机和收发机都将进入低功耗的休眠状态，等待下一轮被启动；如果 判断结果不需要启动无线收发机，则单片机将立即进入低功耗休眠状态，等待下一轮被启 动。2.根据权利要求1，其特征在于，所述智能车位终端中的单片机“根据分析判断的结果 来控制无线收发机的工作”的具体做法，是指只有当单片机根据传感器数据的分析比较，做 出该车位占用情况已经发生变化的判断后，才会启动无线收发机建立与读写器的通信，或 执行其它预定动作；如果判断结果是该车位占用情况没有发生变化，则单片机将不启动无 线收发机，并立即进入低功耗休眠状态。3.根据权利要求1，其特征在于，为了确保系统工作的可靠性，这里智能车位终端的低 占空比工作模式还包括:内部时钟周期性的接通无线收发机的电源，启动无线收发机向读 写器发送心跳包信息，或监听接收来自读写器的可能指令信息。4.根据权利要求1，其特征在于，所述智能车位终端中的传感器是一个单芯片地磁传 感器，智能车位终端中的单片机通过比较车位空闲时和有车停放时地磁传感器数据的变 化，来判断车位是否被占用。5.根据权利要求1，其特征在于，当需要对所停车辆的身份进行识别时，每辆车需要安 装一个可以与智能车位终端进行无线通信的车载电子标签；在智能车位终端探测到该车 位从原有的空闲状态，进入到重新被占用状态后，智能车位终端中的无线收发机在向读写 器发送车位占用状态发生变化的信息前，还需要在一段大于车载标签睡眠苏醒周期的时间 内，进入连续接收信号的状态，接收来自车载标签周期性发射的ID信息，并将该车位刚刚 被载有这个ID车载标签的车辆占用信息，一并发给读写器，并在收到读写器成功接收该信 息的回执后，进入低功耗休眠状态，等待被内部时钟下一轮启动。6.根据权利要求1，其特征在于，为了向寻找车位的驾驶员方便发现空车位的位置，所 属系统还在车位上方，安装了一个连接有源电子标签的车位空闲指示灯，该有源电子标签， 平常处于周期性睡眠苏醒后监听信号一瞬间的工作状态；当智能车位终端探测到原来停在 该车位的车辆已经离开，并成功向读写器发送车位已从被占用的状态进入到空闲状态的信息前后，还将要求智能车位终端中的无线收发机在一段大于连接车位空闲指示灯标签睡眠 苏醒周期的时间段内，连续不间断地向该指示灯标签发送指令，开启闪烁指示灯，以告诉寻 找车位的驾驶员该车位已空闲；并在智能车位终端探测到有新的车辆驶入占用该车位，并 成功向读写器发送车位已从空闲状态进入到被占用状态的信息前后，以同样的方式，向该 指示灯标签发送命令，关闭该车位空闲指示灯。7.根据权利要求6，其特征在于，所述与空闲车位指示灯连接的有源电子标签及空闲 指示灯，都采用外接电源而非电池供电，因而该有源电子标签平常将始终处于接收信号的 状态，智能车位终端将根据车位占用状态发生的变化情况，向该有源电子标签发送开启或 关闭指示灯的命令信号；而智能车位终端向该有源电子标签发射命令信号的方式，将是发 射单个指令信号，并接收回执信息的方式，并在成功发射后，智能车位终端将进入低功耗的 休眠状态，等待下一轮被启动。8.根据权利要求1，其特征在于，为了安装使用方便，并尽可能减少地面对智能车位终 端与读写器之间无线通信的影响，所述智能车位终端安装在一个类似道钉一样的塑料盒体 中，使用道钉一样的安装方法固定在地面上。9.低占空比无线车位探测传感器的数据采集传输方法，其特征在于，该方法包括:A.预先根据应用需要设定传感器数据读取和智能车位终端中无线收发机发射心跳包的时间 周期；B.利用智能车位终端中的内部时钟按照设定的传感器数据读取时间周期，启动单片 机和与之连接的传感器，读取传感器数据，并在获取传感器数据后使传感器进入低功耗休 眠状态，等待下一轮定时启动；C.利用单片机对所采集的传感器数据按照预先设定的方法 和标准进行分析和判断，并根据判断结果决定:是让单片机立即进入低功耗休眠状态，等 待下一轮定时启动，还是利用单片机启动其它预定动作，包括但不限于启动无线收发机向 读写器发送报警信息或其它相关信息，并在成功完成预定任务后，让单片机和收发机都进 入低功耗休眠状态，等待下一轮定时启动；D.根据预先设定的发射心跳包的时间周期，利 用内部时钟中断信号，启动单片机和无线收发机向读写器发送智能车位终端工作正常的信 号，并在发送完心跳包信号后，进入低功耗休眠状态等待下一轮启动。
【文档编号】G08G1/14GK105989738SQ201510061679
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月6日
【发明人】廖应成
【申请人】成都西谷曙光数字技术有限公司