专利名称：基于Mesh无线传感网络的智能停车检测装置的制作方法
技术领域：
本发明属于一种停车检测装置，具体地说是一种基于Mesh无线传感网络的智能停车检测装置。
背景技术：
现有的停车检测装置往往采用单一的检测手段，而停车、尤其是道路停车具有非常复杂的应用环境，面临着多种干扰，从而导致车辆检测准确率不足。另一方面，当前多数车辆检测无线网络采用单跳(Single Hop)的星形架构，网络通信缺少冗余路径、通信可靠性较低、成本较高。
发明内容
本发明的目的是研究出一种基于Mesh无线传感网络的智能停车检测装置。本发明要解决的是现有停车检测装置检测精度低、准确率不高和无线网络通信稳定性差的问题。为实现本发明的目的，本发明采用如下的技术方案
它包括车辆检测传感器、无线转发器、无线网关和后台服务器，车辆检测传感器通过短距无线通信网络直接与无线网关连接，或通过无线通信网络经无线转发器与无线网关连接，无线网关通过通信网络与后台服务器连接。所述的车辆检测传感器的功能是无线传感器通过短距无线通信网络(如基于 6LowPAN的IPv6无线Mesh网络)和无线网关连接，上传检测数据，并接受后台通过无线网关转发的指令、进行固件更新等。所述的无线转发器的功能是作为无线网关的延伸，在无线网关通信范围以外或通信信号较弱的位置提供车辆检测传感器与无线网关的转接，从而扩大网络覆盖范围、提高网络通信的稳定性、降低网络建设成本。所述的无线网关的功能是通过短距无线Mesh网络通信(如基于6LowPAN的IPv6 无线Mesh网络)直接与车辆检测传感器、或者经无线转发器转发与车辆检测传感器连接， 采集车辆检测信息并上传到后台服务器；或者接受后台指令、配置并控制车辆检测传感器； 或者接收后台发送的传感器固件更新指令及软件，更新车辆检测传感器的固件。所述的后台服务器的功能是包括车位检测传感器管理服务、数据库服务、地图地理信息服务。其中，车位检测传感器管理服务用于接收车位信息传感器发送的车位停放信息、监测并配置管理车位检测传感器、远程更新传感器固件软件。数据库服务用于保存车位检测传感器产生的车位数据以及车位传感器的状态信息。地图地理信息服务提供基于地图信息的车位状态信息显示，从而为管理人员提供直观的管理界面、为驾车人提供停车诱导服务。所述的车辆检测传感器包括传感器芯片、微控制器MCU、无线传输RF芯片、电池； 微控制器MCU与无线传输RF芯片之间通过串行总线连接，所述的串行总线包括UART、I2C、SPI ；MCU与传感器芯片之间通过串行总线连接，所述的串行总线包括UART、I2C、SPI，或者通过MCU的ADC直接采集传感器芯片的信号。传感器芯片的功能检测车辆到达、离开等泊车事件；
微控制器MCU的功能控制、管理传感器芯片的运行并进行相关计算；控制并管理RF 芯片进行无线通信。无线传输RF芯片的功能用于通过无线Mesh通信网络传输车辆检测信息、车辆检测传
感器监控与控制信息、固件软件更新等。电池供给电源。
所述的传感器芯片选择以下的至少一种三轴地磁感应芯片、反射式红外传感器、声敏传感器；
三轴地磁感应芯片通过串行总线与微控制器MCU连接，所述的串行总线包括UART、 I2C、SPI ；反射式红外传感器连接于微控制器MCU的ADC ；声敏传感器连接于微控制器MCU 的 ADC ；
三轴地磁检测芯片的功能是检测地球磁场，当有车辆等大体量金属物体进入/离开相邻区域时，根据相应地磁场变化判断车辆到达、泊车、离开及相关事件。根据系统成本控制、检测精度要求的不同，这三种传感器可以单独选择地磁传感器、反射式红外传感器连接在MCU上、或者选择地磁+红外、地磁+声敏的两两组合、或者地磁+红外+声敏的方式。当无线传感器与无线网关距离较近或信号质量较高时，车辆检测传感器通过短距无线通信网络直接与无线网关连接；当无线传感器与无线网关距离较远或信号质量较低时，通过无线转发器中继，与无线网关通信。短距无线通信网络具有Mesh自组网功能，一个无线传感器与一个以上无线转发器、无线网关连接，形成冗余路径，达到在复杂环境下有较强的抗干扰能力。无线网关包括短距无线通信模块、与骨干网连接的主通信模块，主通信模块包括 WiFi、GPRS、CDMA、Ethernet模块中的至少一种，无线网关电源选用市电或太阳能电池。无线转发器应包括短距无线通信模块，用于接收传感器上传数据并转发给无线网关，或者接收无线网关指令并下传给传感器；转发器连接的电源包括市电、太阳能电池。三轴地磁检测芯片的结构包括三个AMR (Anisotropic Magneto-Resistive )感应单元和ASIC集成信号处理模块。三个AMR单元分别检测χ、y、ζ三个互为垂直方向上的地磁场信号，集成信号处理模块通过内部的ADC采集并处理AMR的检测信号。经过集成信号处理模块处理后，检测到的地磁场信号以数字化的形式通过I2C总线传送给外部微控制 (处理)器MCU，从而提高了系统的集成度，消除了对外部A/D转换器的需求，加强了信号的稳定性。轴地磁检测芯片为美新(MEMSIC)公司的MMC314XMS芯片、Honeywell的HMC 5883L芯片、或者其他类似性能的3轴地磁感应传感器。反射式红外传感器包括红外发射单元和接受单元，传感器发出的红外光被物体反射后由接收单元检测，然后根据返回的信号的特性计算出传感器与物体间的距离、或者根据信号特征判定传感器前方有无物体，所述的反射式红外传感器包括Sharp GP2Y0A02YK0F。
声敏传感器包括压电声敏传感器、电容式声敏传感器，用于检测车辆发动机、离合器、刹车及其它功能部件产生的噪音特征，从而根据车辆到达、离开时的噪声谱系特征作出正确判断。本发明的优点是
本发明在车辆检测手段和网络通信两个方面优化性能，从而提高系统整体稳定性、准确性等性能。在车辆检测手段方面，综合采用了地磁、红外、声敏等多种检测手段，可以极大地提高车辆检测的准确率。同时，网络通讯采用如6LowPAN等基于Mesh的多冗余架构，提供了存在网络干扰情况下的数据传输的多备份路径，提高了系统数据通讯传输的稳定性。
图1为本发明各装置的结构关系图。
具体实施例方式下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明。如图所示，本发明包括车辆检测传感器、无线转发器、无线网关和后台服务器，其特征在于车辆检测传感器通过短距无线通信网络直接与无线网关连接，或通过无线通信网络经无线转发器与无线网关连接，无线网关通过通信网络与后台服务器连接；
所述的车辆检测传感器的功能是无线传感器通过短距无线通信网络(如基于 6LowPAN的IPv6无线Mesh网络)和无线网关连接，上传检测数据，并接受后台通过无线网关转发的指令、进行固件更新等。所述的无线转发器的功能是作为无线网关的延伸，在无线网关通信范围以外或通信信号较弱的位置提供车辆检测传感器与无线网关的转接，从而扩大网络覆盖范围、提高网络通信的稳定性、降低网络建设成本。所述的无线网关的功能是通过短距无线Mesh网络通信(如基于6LowPAN的IPv6 无线Mesh)直接与车辆检测传感器、或者经无线转发器转发与车辆检测传感器连接，采集车辆检测信息并上传到后台服务器；或者接受后台指令、配置并控制车辆检测传感器；或者接收后台发送的传感器固件更新指令及软件，更新车辆检测传感器的固件。网络中可以根据系统覆盖面积、容量要求配置一个或多个无线网关。所述的后台服务器的功能是包括车位检测传感器管理服务、数据库服务、地图地理信息服务。其中，车位检测传感器管理服务用于接收车位信息传感器发送的车位停放信息、监测并配置管理车位检测传感器、远程更新传感器固件软件。数据库服务用于保存车位检测传感器产生的车位数据以及车位传感器的状态信息。地图地理信息服务提供基于地图信息的车位状态信息显示，从而为管理人员提供直观的管理界面、为驾车人提供停车诱导服务。车辆检测传感器、无线转发器和无线网关相互之间采用Mesh无线传感网联接组网。所述的通信网络包括手机网络、WiFi、或者Ethernet，无线网关通过这些通信网络与后台服务器连接；
所述的车辆检测传感器包括传感器芯片、微控制器MCU、无线传输RF芯片、电池；微控制器MCU与无线传输RF芯片之间通过串行总线连接，所述的串行总线包括UART、MCU与传感器芯片之间通过串行总线连接，所述的串行总线包括UART、I2C、SPI, 或者通
过MCU的ADC直接采集传感器芯片的信号。传感器芯片的功能检测车辆到达、离开等泊车事件；
微控制器MCU的功能控制、管理传感器芯片的运行并进行相关计算；控制并管理RF 芯片进行无线通信。无线传输RF芯片的功能用于通过无线Mesh通信网络传输车辆检测信息、车辆检测传感
器监控与控制信息、固件软件更新等。电池供给电源。
所述的传感器芯片选择以下的至少一种三轴地磁感应芯片、反射式红外传感器、声敏传感器；
三轴地磁感应芯片通过串行总线与微控制器MCU连接，所述的串行总线包括UART、 I2C、SPI ；反射式红外传感器连接于微控制器MCU的ADC ；声敏传感器连接于微控制器MCU 的 ADC ；
三轴地磁检测芯片的功能是检测地球磁场，当有车辆等大体量金属物体进入/离开相邻区域时，根据相应地磁场变化判断车辆到达、泊车、离开及相关事件。根据系统成本控制、检测精度要求的不同，这三种传感器可以单独选择地磁传感器、反射式红外传感器连接在MCU上、或者选择地磁+红外、地磁+声敏的两两组合、或者地磁+红外+声敏的方式。当无线传感器与无线网关距离较近或信号质量较高时，车辆检测传感器通过短距无线通信网络直接与无线网关连接；当无线传感器与无线网关距离较远或信号质量较低时，通过无线转发器中继，与无线网关通信。短距无线通信网络具有Mesh自组网功能，一个无线传感器与一个以上无线转发器、无线网关连接，形成冗余路径，达到在复杂环境下有较强的抗干扰能力。无线网关包括短距无线通信模块、与骨干网连接的主通信模块，主通信模块包括 WiFi、GPRS、CDMA、Ethernet模块中的至少一种，无线网关电源选用市电或太阳能电池。无线转发器应包括短距无线通信模块，用于接收传感器上传数据并转发给无线网关，或者接收无线网关指令并下传给传感器；转发器连接的电源包括市电、太阳能电池。三轴地磁检测芯片的结构包括三个AMR (Anisotropic Magneto-Resistive )感应单元和ASIC集成信号处理模块。三个AMR单元分别检测χ、y、ζ三个互为垂直方向上的地磁场信号，集成信号处理模块通过内部的ADC采集并处理AMR的检测信号。经过集成信号处理模块处理后，检测到的地磁场信号以数字化的形式通过I2C总线传送给外部微控制 (处理)器MCU，从而提高了系统的集成度，消除了对外部A/D转换器的需求，加强了信号的稳定性。上述三轴地磁检测芯片核心单元为三个AMR (Anisotropic Magnetoresistive)
7感应模块，其磁场检测轴向互为垂直方向。在常用磁感应技术中，AMR的检测范围是最适合地磁感应应用的。地磁场在无扰动情况下可近似为均勻分布，但当有大体量金属物体进入检测区域时，地磁场将在物体行进方向、以及行进方向垂直平面上产生扭曲。通过检测地磁场的扰动信号特征，可以监测车辆的到达、离开事件，并判断车辆类型。不同于常规的二轴地磁检测芯片，三轴地磁检测芯片可以检测地磁场在物体行进方向、以
及行进方向垂直平面上所产生的扭曲，从而可以更精确的检测、判断车辆到达、离开等事件。在实践中，为了简化算法，三个地磁检测轴向可以设置为与车辆行进平行方向、水平面内与车辆行进垂直方向、与水平面垂直方向等三个轴向。三轴地磁检测芯片为美新(MEMSIC)公司的MMC314XMS芯片、Honeywell的HMC 5883L芯片、或者其他类似性能的3轴地磁感应传感器。反射式红外传感器包括红外发射单元和接受单元，传感器发出的红外光被物体反射后由接收单元检测，然后根据返回的信号的特性计算出传感器与物体间的距离、或者根据信号特征判定传感器前方有无物体，所述的反射式红外传感器包括Sharp GP2Y0A02YK0F。声敏传感器包括压电声敏传感器、电容式声敏传感器，用于检测车辆发动机、离合器、刹车及其它功能部件产生的噪音特征，从而根据车辆到达、离开时的噪声谱系特征作出正确判断。MCU 选用 Texas Instruments 的 16 位超低功耗的 MSP430F2618、MSP430F5418、 MSP430F5418 或其他类似超低功耗 MCU, RF 选用 Texas Instruments 的 CCl 101、CC1100E、 或者CC2520等低功耗射频收发器，工作于433MHz、470MHz、868MHz、915MHz等低于1 GHz或 2. 4GHz的公共频段。电池为两节或四节5号大容量电池、或者太阳能充电电池。基于Mesh架构的自组网，形成多冗余路径，从而在复杂环境下具有较强的抗干扰能力；在自组网过程中，车辆检测传感器检测与邻近转发器、无线网关的无线连接，并自动选取抗干扰性能最优的若干个转发器、无线网关为父节点；转发器在自组网过程中，遵循同样原则，与若干稳定性最优的转发器、无线网关相连接。
权利要求
1.一种基于Mesh无线传感网络的智能停车检测装置，包括车辆检测传感器、无线转发器、无线网关和后台服务器，其特征在于车辆检测传感器通过短距无线通信网络直接与无线网关连接，或通过无线通信网络经无线转发器与无线网关连接，无线网关通过通信网络与后台服务器连接；所述的车辆检测传感器的功能是无线传感器通过短距无线通信网络和无线网关连接，上传检测数据，并接受后台通过无线网关转发的指令、进行固件更新；所述的无线转发器的功能是作为无线网关的延伸，在无线网关通信范围以外或通信信号较弱的位置提供车辆检测传感器与无线网关的转接，从而扩大网络覆盖范围、提高网络通信的稳定性、降低网络建设成本；所述的无线网关的功能是通过短距无线Mesh网络通信直接与车辆检测传感器、或者经无线转发器转发与车辆检测传感器连接，采集车辆检测信息并上传到后台服务器；或者接受后台指令、配置并控制车辆检测传感器；或者接收后台发送的传感器固件更新指令及软件，更新车辆检测传感器的固件；所述的后台服务器的功能是包括车位检测传感器管理服务、数据库服务、地图地理信息服务；其中，车位检测传感器管理服务用于接收车位信息传感器发送的车位停放信息、监测并配置管理车位检测传感器、远程更新传感器固件软件；数据库服务用于保存车位检测传感器产生的车位数据以及车位传感器的状态信息；地图地理信息服务提供基于地图信息的车位状态信息显示，从而为管理人员提供直观的管理界面、为驾车人提供停车诱导服务。
2.根据权利要求1所述的基于Mesh无线传感网络的智能停车检测装置，其特征在于车辆检测传感器、无线转发器和无线网关相互之间采用Mesh无线传感网联接组网。
3.根据权利要求1所述的基于Mesh无线传感网络的智能停车检测装置，其特征在于所述的通信网络包括手机网络、WiFi、或者Ethernet，无线网关通过这些通信网络与后台服务器连接。
4.根据权利要求1所述的基于Mesh无线传感网络的智能停车检测装置，其特征在于所述的车辆检测传感器包括传感器芯片、微控制器MCU、无线传输RF芯片、电池；微控制器MCU 与无线传输RF芯片之间通过串行总线连接；MCU与传感器芯片之间通过串行总线连接；所述的串行总线包括UART、I2C、SPI ；传感器芯片的功能检测车辆到达、离开等泊车事件；微控制器MCU的功能控制、管理传感器芯片的运行并进行相关计算；控制并管理RF 芯片进行无线通信；无线传输RF芯片的功能用于通过无线Mesh通信网络传输车辆检测信息、车辆检测传感器监控与控制信息、固件软件更新；电池供给电源；所述的传感器芯片选择以下的至少一种三轴地磁感应芯片、反射式红外传感器、声敏传感器。
5.根据权利要求4所述的基于Mesh无线传感网络的智能停车检测装置，其特征在于三轴地磁感应芯片通过串行总线与微控制器MCU连接；反射式红外传感器连接于微控制器 MCU的ADC ；声敏传感器连接于微控制器MCU的ADC ；三轴地磁检测芯片的功能是检测地球磁场，当有车辆等大体量金属物体进入/离开相邻区域时，根据相应地磁场变化判断车辆到达、泊车、离开及相关事件。
6.根据权利要求4所述的基于Mesh无线传感网络的智能停车检测装置，其特征在于三轴地磁检测芯片的结构包括三个AMR感应模块、集成信号处理模块和I2C总线，三个AMR感应模块分别检测χ、y、ζ三个互为垂直方向上的地磁场信号，集成信号处理模块通过内部的 ADC采集并处理AMR的检测信号；经过集成信号处理模块处理后，检测到的地磁场信号以数字化的形式通过I2C总线传送给外部微控制器MCU，从而提高了系统的集成度，消除了对外部A/D转换器的需求，加强了信号的稳定性；反射式红外传感器包括红外发射单元和接受单元，传感器发出的红外光被物体反射后由接收单元检测，然后根据返回的信号的特性计算出传感器与物体间的距离、或者根据信号特征判定传感器前方有无物体；声敏传感器包括压电声敏传感器、电容式声敏传感器，用于检测车辆发动机、离合器、 刹车及其它功能部件产生的噪音特征，从而根据车辆到达、离开时的噪声谱系特征作出正确判断。
7.根据权利要求4所述的基于Mesh无线传感网络的智能停车检测装置，其特征在于三轴地磁检测芯片为美新公司的MMC314XMS芯片、Honeywell的HMC 5883L芯片、或者其他类似性能的三轴地磁感应传感器；微控制器MCU选用Texas Instruments的超低功耗的 MSP430F2618、MSP430F5418、MSP430F5418 或其他类似的超低功耗 MCU，RF 选用 Texas Instruments的CCllOU CC1100E、或者CC2520等低功耗射频收发器，工作于433MHz、 470MHz、868MHz、915MHz等低于1 GHz或2. 4GHz的公共频段；电池为两节或四节5号大容量电池、或者太阳能充电电池。
8.根据权利要求1所述的基于Mesh无线传感网络的智能停车检测装置，其特征在于当无线传感器与无线网关距离较近或信号质量较高时，车辆检测传感器通过短距无线通信网络直接与无线网关连接；当无线传感器与无线网关距离较远或信号质量较低时，通过无线转发器中继与无线网关连接通信。
9.根据权利要求1所述的基于Mesh无线传感网络的智能停车检测装置，其特征在于所述的短距无线通信网络具有Mesh自组网功能，一个无线传感器与一个以上无线转发器、无线网关连接，形成冗余路径，达到在复杂环境下有较强的抗干扰能力；在自组网过程中，车辆检测传感器检测与邻近转发器、无线网关的无线连接，并自动选取抗干扰性能最优的若干个转发器、无线网关为父节点；转发器在自组网过程中，遵循同样原则，与若干稳定性最优的转发器、无线网关相联。
10.根据权利要求1所述的基于Mesh无线传感网络的智能停车检测装置，其特征在于无线网关包括短距无线通信模块、与骨干网连接的主通信模块，主通信模块包括WiFi、 GPRS、CDMA模块中的至少一种，无线网关电源选用市电或太阳能电池；无线转发器包括短距无线通信模块，用于接收传感器上传数据并转发给无线网关，或者接收无线网关指令并下传给传感器；转发器连接的电源包括市电、太阳能电池。
全文摘要
本发明公开了一种基于Mesh无线传感网络的智能停车检测装置，包括车辆检测传感器、无线转发器、无线网关和后台服务器，车辆检测传感器通过短距无线通信网络直接与无线网关连接，或通过无线通信网络经无线转发器与无线网关连接，无线网关通过通信网络与后台服务器连接。
文档编号H04L29/08GK102347970SQ201110118098
公开日2012年2月8日 申请日期2011年5月9日 优先权日2011年5月9日
发明者梁坚, 田元 申请人:浙江创泰科技有限公司