专利名称：用于检测车位的无线传感器网络节点设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于检测车位的无线传感器网络节点设备，尤其是一种基于超声波检测车位的无线传感器网络节点设备，主要目的为通过该网络节点设备检测停车场的车位使用情况。
背景技术：
在停车场中，需要使用车位检测设备对车位的占用情况进行检测，管理者通过检测结果引导停车者将车停入适当的车位。在已知的现有技术中，一般的使用超声波传感器对车位的占用情况进行检测，检测的结果以一定的信号方式传输给管理中心，以便于管理中心进行统一调度和管理。
现有的超声波车位检测设备在对车辆车位进行检测时，首先向车位发射一个超声波脉冲并等待接收反射波信号，在对反射信号进行处理时，检测设备将反射信号放大固定的倍数，然后进行包络检波，并将这个包络信号与一个固定的电平进行比较来判断接收到反射脉冲的时间，并以此为依据判断车位的占用情况。在这样的方案中，一般采用逻辑电路来完成车位状态的检测，但是周围环境中的运动物体也会产生超声波，将对车位检测设备造成干扰，导致车位检测设备容易产生误判，对车位状态判断的准确率不高。其次，反射脉冲的幅度受环境、传播距离等因素的影响，将其幅度信号与固定电平进行比较来判定反射脉冲的起始位置容易产生误差。同时，由于使用有线通信方式传输车位状态信息，在实施过程中需要针对每个车位和传感器进行布线，增加了工程量和成本。
发明内容
针对以上问题，本实用新型提供了一种用于检测车位的无线传感器网络节点设备，该设备通过对超声波回波信号进行采样，并分析采样值来判断车位的占用状态。由于对超声波回波信号使用了采样分析的方法，可以有效的排除超声波噪声的影响，从而提高检测车位的准确率。另外，为了简化检测设备的安装和维护，本实用新型使用无线传感器网络向停车场管理中心通告车位占用状态，从而通过无线通信免除了实施中的布线问题。
为实现上述目的，用于检测车位的无线传感器网络节点设备的逻辑结构包括依次连接的超声波接收换能器、接收放大电路、单片机、发射升幅电路和超声波发射换能器。该设备还包括一无线通信电路，单片机通过无线通信电路将信号传输给车位管理中心。
在进行车位检测时，超声波发射换能器首先向车位发射超声波脉冲，然后启动超声波接收换能器接收反射波。单片机利用模/数转换功能或单独的模/数转换电路对反射信号的波形进行采样，并对采样值进行信号识别，得出车位占用情况。最后，单片机通过无线通信电路将车位的占用情况以无线通信方式传输到车位管理中心。
如图2所示，上述的无线传感器网络节点设备的物理结构包括安装在设备外壳10内的超声波电路板7、控制电路板8和电源9，以及和超声波电路板7相连的超声波接收换能器1、超声波发射换能器2，且超声波接收换能器1和超声波发射换能器2的探头伸出到设备外壳10之外。其中，超声波电路板7和控制电路板8通过接插件连接，由电源9提供电源。
上述的无线传感器网络节点设备布置在车位的上方、下方或四周，周期性地向车位发射超声波，测量设备与车位之间的距离。当车位被占用时，测量的距离为设备到车的距离；当车位空闲时，测量的距离将大于设备与车位之间的距离。通过测量距离的变化，可以判断出车位的占用情况。
本实用新型的有益效果是该设备采用超声波测距技术对车位状态进行检测，在车位检测中，通过对超声波回波信号进行采样，并使用单片机分析采样值来判断车位的使用状态，能够有效提高车位检测的准确率。该设备通过无线通信方式使用无线传感器网络，将车位状态信息发送到车位管理中心。与现有超声波车位检测设备相比，该设备具有车位检测准确率高，在实施中不需要布线的优点。
图1为本实用新型的原理图；图2为本实用新型的结构图；图3为超声波接收放大电路原理图；图4为超声波发射升幅电路原理图。
图中，相同的标号表示相同的部件1-超声波接收换能器 2-超声波发射换能器 3-接收放大电路 4-单片机5-发射升幅电路 6-无线通信电路 7-超声波电路板 8-控制电路板9-电源 10-设备外壳
具体实施方式
以下结合附图通过最佳实施例详细说明本实用新型，但不构成对本实用新型的限制。如图1所示，为本实用新型的原理图。超声波发射换能器2与发射升幅电路5相连，发射升幅电路5与单片机4相连，单片机4产生方波信号通过发射升幅电路5升高电压之后，驱动超声波发射换能器2发出超声波脉冲。超声波接收换能器1与接收放大电路3相连，接收放大电路3与单片机4相连，当超声波接收换能器1接收到超声波回波时，信号经过接收放大电路3放大后，由单片机4进行采样，并分析采样值得出车位占用情况的信息。单片机4与无线通信电路6相连并通过其向车场管理中心发送车位占用信息。在本实施例中，单片机采用了ATmega128L，具有模/数转换功能。本实用新型也可以采用其它单片机或使用单独的数/模转换电路对回波信号进行采样。
图2为本实用新型的结构图，结合图1，接收放大电路3和发射升幅电路5位于超声波电路板7上；单片机4和无线通信电路6位于控制电路板8上。超声波电路板7和控制电路板8通过接插件连接。超声波接收换能器1和超声波发射换能器2与超声波电路板7相连，且两个超声换能器的探头伸出到设备外壳10之外。电源9为设备提供3.3伏的直流电源。
本实施例中采用了40KHz的超声波换能器。如果向这种超声波发射换能器输入40KHz的方波信号，换能器就会发射出40KHz的超声波。输入到换能器的方波信号需要在10伏以上，才能保证发射的超声波能探测到8米范围以内的物体。
图3是超声波发射升幅电路的原理图，ATmega128_40KHz是控制电路板8上由ATmega128L处理器产生的40KHz的方波；VCC是电源9提供的电压，超声波电路板7和控制电路板8能够正常工作的电源电压范围在2.7伏到3.3伏之间。ATmega128_40KHz信号的电压在0V到VCC之间，不能用来直接驱动超声波发射换能器。为了产生可以驱动超声波发射换能器的高电压，在实现中使用MAX865电荷泵产生+2VCC和-2VCC两个电压，作为LM8261运算放大器的正负电源。
将ATmega128_40KHz输入到LM8261的反向输入端，同时将1/2VCC的固定电平输入到LM8261的正向输入端，并使LM8261处于开环放大状态，就能够产生10V以上的方波信号。在这个电路中，当ATmega128_40KHz为高电平时，LM8261的反向输入端的电压高于正向输入端的电压，LM8261进入负饱和状态，这时输出电压为-2VCC；当ATmega128_40KHz为低电平时，LM8261进入正饱和状态输出+2VCC，这样LM8261输出的方波信号的幅度为4×VCC，信号强度在10V以上，可以用来驱动超声波发射换能器了。
图4是本实用新型的超声波接收放大电路的原理图，换能器接收到的超声波信号非常微弱，需要经过放大、包络检波和采样等处理过程，最后由单片机对采样值进行回波识别并计算出车位检测结果。
在超声波测距的放大电路中，采用了两级放大电路第一级放大电路的放大倍数固定为50；而第二级放大电路是数控放大器，其放大倍数在ATmega128L的控制下可以动态调节。
经过两级放大的信号，通过D7，C49和R49构成的包络检波电路后，将形成超声波反射信号的包络。在本实施例的实现中，使用了ATmega128L的模/数转换器对超声波信号的包络进行采样。最后，ATmega128L对信号包络的采样值进行分析计算出车位检测的结果。
权利要求1.一种用于检测车位的无线传感器网络节点设备，其特征在于，包括依次连接的超声波接收换能器、接收放大电路、单片机、发射升幅电路和超声波发射换能器，以及和单片机相连的无线通信电路。
2.如权利要求1所述的无线传感器网络节点设备，其特征在于，所述的接收放大电路和发射升幅电路位于一超声波电路板上，所述的单片机和无线通信电路位于一控制电路板上。
3.如权利要求2所述的无线传感器网络节点设备，其特征在于，所述的超声波电路板和控制电路板之间通过接插件连接。
4.如权利要求1所述的无线传感器网络节点设备，其特征在于，所述的接收放大电路包括两级放大电路，第一级放大电路的放大倍数是固定的，第二级放大电路采用数控放大器。
专利摘要一种用于检测车位的无线传感器网络节点设备，包括超声波接收换能器1、超声波发射换能器2、接收放大电路3、单片机4、发射升幅电路5、无线通信电路6。该设备采用超声波测距技术对车位状态进行检测。在车位检测中，通过对超声波回波信号进行采样，并使用单片机分析采样值来判断车位的使用状态，能够有效提高车位检测的准确率。该设备通过无线通信方式使用无线传感器网络，将车位状态信息发送到车位管理中心。与现有超声波车位检测设备相比，该设备具有车位检测准确率高，在实施中不需要布线的优点。
文档编号H04B1/38GK2929860SQ200620023060
公开日2007年8月1日 申请日期2006年6月9日 优先权日2006年6月9日
发明者孙利民, 罗政军, 朱红松, 柯欣, 刘俊涛 申请人:中国科学院软件研究所