一种基于两种传感器交叉验证的车位状态检测方法与流程

本发明属于车位状态检测方法，尤其涉及一种基于两种传感器交叉验证的车位状态检测方法。

背景技术：

随着社会的发展，城市内的车辆越来越普及，停车需求日益旺盛。许多城市利用路边车位提供有偿停车。但不能很好的管理车位，对车辆的乱停乱放，随意占用未划车位线车道，是许多城市的管理痛疾。而许多正在需要停车的车主，不能快速准确的找到最近或最合适的停车位，，这些都阻碍了城市的发展，对人们的出现造成不便，部分城市采用了现有的单地磁检测车辆的方案来提供车位状态信息，但是由于环境磁场变化引起干扰，和一些车辆对磁场改变量小的原因，很多地方单地磁传感器对车辆的检测准确率低，影响地磁停车收费系统，造成费用的漏记和多记问题，产生很多纠纷。

技术实现要素：

有鉴于此，为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于两种传感器交叉验证的车位状态检测方法，采用两种传感器交叉相互验证，能够准确判断车位是否有车辆停放，以及能够准确计费。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于两种传感器交叉验证的车位状态检测方法，包括：

传感器数据处理模块，用于传感器数据的采集和检测算法的处理，并上传车位状态到网关；

毫米波传感模块，用于检测车位传感器上是否有车辆覆盖；

地磁传感模块，用于检测车辆引起的磁改变；

无线传输模块，用于对系统参数进行调试及将设备状态上传到网关；

供电模块，分别供电给所述无线传输模块、所述地磁传感模块和传感器数据处理模块。

进一步，所述供电模块分别与所述无线传输模块、所述传感器数据处理模块、所述毫米波传感器模块、所述地磁传感模块相连；

所述传感器数据处理模块分别和所述无线传输模块、所述毫米波传感模块和所述地磁传感模块相连。

进一步，所述传感器数据处理模块驱动所述毫米波传感模块发射探测波形，并且所述传感器数据处理模块采集所述毫米波传感模块接收的返回波形。

进一步，所述传感器数据处理模块与所述地磁传感模块通讯。

进一步，所述传感器数据处理模块传输有无车辆状态的信息给所述无线传输模块，并且所述传感器数据处理模块接收所述无线传输模块接收到的传感器状态初始化的指令。

进一步，所述传感器数据处理模块由ARM核的STM32L151处理器构成。

进一步，所述无线传输模块由MEGA328P主控和SX1278通讯单元组成。

进一步，所述毫米波传感模块为S+V1型毫米波探测传感信号处理电路和收发天线组成的毫米波探测单元；所述地磁传感模块为HMC5983三轴感应高灵敏地磁感应芯片。

进一步，还包括：检测程序，所述检测程序包括初始化子程序和传感器状态初始化子程序；

所述系统检测程序包括以下步骤：

1)STM32L151处理器在上电时先配置系统时钟为外部时钟，然后初始化系统外设和毫米波传感模块、地磁传感模块，配置系统各功能；

2)当STM32L151处理器上电时会通过LED灯闪烁指示毫米波传感模块、地磁传感模块是否配置自检成功，系统通过自检后，进入周期检测模式，在实际车位初次安装完成后需要在无车情况下对传感器数据处理模块的状态初始化，以完成地磁传感模块、毫米波传感模块对背景环境的采集；

3)在周期检测中，系统通过HMC5983对地磁数据采集处理并分析HMC5983数据，若分析结果为有疑似车辆扰动，则启动毫米波传感模块，分别处理完地磁传感模块、毫米波传感模块的检测数据后，系统对地磁传感模块、毫米波传感模块的检测过程和检测结果综合分析，通过地磁传感模块、毫米波传感模块的特性，交叉验证和校正，判断出当前车位是否有车辆停放，控制STM32L151相应管脚；

4)无线传输模块将这一结果和车位上一状态对比，若车位状态有改变，无线传输模块将最新车位状态发送到网关，系统发送完成进入休眠模式。

进一步，所述初始化子程序包括以下步骤：

1)上电时系统启动文件默认使用内部16MHZ经倍频和分频后到32MHZ；

2)执行主程序时，将系统时钟配置为外部8MHZ经倍频和分频到32MHZ；

3)完成时钟的配置后，系统对STM32L151的ADC、DAC、休眠、RTC唤醒配置。

所述传感器状态初始化子程序包括以下步骤：

1)在地磁传感模块数据处理时执行，在系统检测到GPI02脚电平为低电平时跳过该动作；

2)在系统检测到GPI02脚电平为高电平时执行，系统初始化地磁传感模块，当前磁场值对应状态为无车状态，并将当前磁场值存储；

3)系统初始化毫米波传感模块当前状态为无车状态，并将当前探测到信号值存储。

本发明的有益效果为：本方法采用了两种传感器检测模式，避免了单一传感器检测受到的环境等干扰限制。检测算法通过两种传感器的交叉验证，经实际批量应用，检测准确率高，稳定性好。

地磁检测原理是：地磁传感器灵敏度非常高，可检测地球磁场的强度，当无外界干扰时磁场值相对稳定，当有含磁物体接近传感器时，会对一定范围内的磁场产生扰动，地磁传感器可检测出这种扰动，根据这一原理实现对车位上物体的检测，但是单独地磁传感器由于灵敏度高，可以检测细微磁场变化，同时也容易受到外界干扰，如遇到泊位下有高压线或附近有地铁等情况都可能无法正常工作，同时也存在邻车干扰问题等问题，准确率实际上做不到100％。

毫米波检测原理：毫米波传感器是根据回波反射原理实现对物体的探测，具体表现为传感器上有一对收发装置，系统控制发送装置发出一组特定的信号后由接收装置接收，系统对接收到的信号进行运算，如计算差频信号和计算返回信号能量值，根据计算出的信号实现对车位上物体的检测。

现将两种传感器集成在一个检测系统中，通过地磁传感器触发毫米波传感器，一是在基本不提高功耗的情况下提升检车准确率，二是通过两种传感器的算法融合、交叉验证，综合检测准确率可达100％。

附图说明

图1为一种基于两种传感器交叉验证的车位状态检测方法的组成示意图；

图2为传感器数据处理模块的组成示意图；

图3为无线传输模块的组成示意图；

图4为地磁传感模块的组成示意图；

图5为毫米波传感模块的组成示意图；

图6为车位状态检测方法的主程序的流程示意图；

图7为初始化子程序的流程示意图；

图8为传感器数据处理模块初始化子程序流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种基于两种传感器交叉验证的车位状态检测方法，包括：

传感器数据处理模块，用于传感数据的采集和检测算法的处理，并上传车位状态到网关；即将最终运算的车位状态发送给无线传输模块；

毫米波传感模块，用于检测车位传感器上是否有车辆覆盖；

地磁传感模块，用于检测车辆引起的磁改变；

无线传输模块，用于对系统参数进行调试及将设备状态上传到网关；

供电模块分别与无线传输模块、传感器数据处理模块、毫米波传感器模块、地磁传感模块相连。

供电模块分别与无线传输模块、传感器数据处理模块、毫米波传感器模块、地磁传感模块相连；

传感器数据处理模块分别和无线传输模块、毫米波传感模块、地磁传感模块相连。

地磁传感模块由霍尼韦尔公司生产的HMC5983三轴高灵敏地磁感应芯片。

毫米波传感模块由毫米波芯片、射频电路和收发天线组成的毫米波探测单元；

地磁传感器与所述毫米波传感器分别与STM32L151MCU相连接，构成传感器数据处理模块；

无线传输模块由ATMEGA328P主控和SX1278通讯单元组成。

传感器数据处理模块驱动毫米波传感模块发射探测波形，并且传感器数据处理模块采集毫米波传感模块接收的返回波形。

传感器数据处理模块通过对地磁传感模块与毫米波传感模块的数据进行交叉处理与相互验证，得出最终检测结果；

传感器数据处理模块将最终结果通过MCU引脚发送给无线传输模块；

无线模块将传感器数据处理模块最终结果通过无线发送到网关；

如图2所示，供电模块包含一节19AH高能量型锂电池，电池输出电压为3.6V，通过由HT533稳压后得到3.3V系统供电电压；稳压后的3.3V分别供电给无线传输模块、地磁传感模块和传感器数据处理模块。

传感器数据处理模块驱动毫米波传感模块发射探测波形，并且传感器数据处理模块采集毫米波传感模块接收的返回波形。

传感器数据处理模块与地磁传感模块通讯。

传感器数据处理模块发送有无车辆状态的信息给无线传输模块，并且传感器数据处理模块接收无线传输模块接收到的传感器状态初始化的指令。

传感器数据处理模块由ARM核的STM32L151处理器构成，主要功能为传感数据采集，和检测算法处理，通过STM32L151处理器内集成DAC驱动电路驱动毫米波传感模块发射探测波形，同时通过STM32L151片内集成的ADC电路采集毫米波传感模块接收的返回波形，完成对毫米波传感模块的检测。

STM32L151处理器和地磁传感模块通过SDA、SDI、SCL组成SPI总线通讯；此外，STM32L151处理器通过芯片普通I/O口给地磁传感模块(HMC5983)供电。

STM32L151处理器通过控制GPIO1脚高低分别传输有无车辆状态信息给无线传输模块，通过读取GPIO2脚的状态来响应无线传输模块收到的对检测器的初始化的指令，通过MOSI、MISO、SCLK组成的SPI总线发送调试信息等。

如图3所示，无线传输模块由MEGA328P主控和SX1278通讯单元组成。

MEGA328P主控为无线数据处理控制单元，MEGA328P主控通过STM32L151的GPIO1脚电平高低状态接收系统有无车辆状态的信息，将有无车辆状态的信息根据和网关的通讯协议封装为数据包，通过SX1278收发模块将数据包发送给网关，MEGA328P主控通过SX1278接收到的传感器状态初始化命令则通过STM32L151的GPIO2脚的高电平发送给STM32L151，系统通过手持设备通讯调试，MEGA328P主控通过SX1278收到的调试信息通过SPI发送给STM32L151，调试功能可以对系统检测参数调试，通过无线对传感模块参数再配置。

如图4所示，地磁传感模块为HMC5983三轴感应高灵敏地磁感应芯片；芯片电源VCC通过STM32L151普通I/O口输出供电，芯片的参数测量范围测量频率通过由SDA、SDI、SCL组成SPI口通讯配置，HMC5983采集到磁场值后通过SPI发送给STM32L151。

STM32L151以一定周期通过SPI总线方式读取HMC5983三轴数据，并存储记录一定时间的磁场值，用于检测算法分析，通过对磁场的运算分析来启动毫米波传感模块的检测。

如图5所示，毫米波传感模块为S+V1型毫米波探测传感信号处理电路和收发天线组成的毫米波探测单元，

STM32L151通过DAC发送探测驱动波形给S+V1，S+V1根据DAC驱动波形通过发射天线发送探测信号，探测信号在遇到车辆底盘后返回被接收天线接收，进入毫米波传感模块处理后由STM32L151通过ADC采集返回处理信号，系统对毫米波探测信号运算处理后将探测结果存储用于综合判断。

一种基于两种传感器交叉验证的车位状态检测方法，还包括：检测程序，检测程序包括系统初始化子程序和传感器状态初始化子程序；

如图6所示，检测程序包括以下步骤：

1)STM32L151处理器在上电时先配置系统时钟为外部时钟，然后初始化系统外设和毫米波传感模块、地磁传感模块，配置系统各功能；

2)当STM32L151处理器上电时会通过LED灯闪烁指示毫米波传感模块、地磁传感模块是否配置自检成功，系统通过自检后，进入周期检测模式，在实际车位初次安装完成后需要在无车情况下对传感器数据处理模块的状态初始化，以完成地磁传感模块、毫米波传感模块对背景环境的采集；

3)在周期检测中，系统分别通过HMC5983对地磁数据采集处理并析HMC5983数据，若分析结果为有疑似车辆扰动，则启动毫米波传感模块，分别处理完地磁传感模块、毫米波传感模块的检测数据后，系统对地磁传感模块、毫米波传感模块的检测过程和检测结果综合分析，通过地磁传感模块、毫米波传感模块的特性，交叉验证和校正，判断出当前车位是否有车辆停放，控制STM32L151相应管脚；

4)无线传输模块将这一结果和车位上一状态对比，若车位状态有改变，无线传输模块将最新车位状态发送到网关，系统发送完成进入休眠模式。

在STM32L151上电复位后，系统进入初始化状态，初始化外设配置等；初始化配置完成，系统对传感器和HMC5983进行初始化和配置；进入传感模块自检程序，对HMC5983进行初始化和配置的校验，对检测到的数据校验；如果自检异常则通过LED指示异常类型，自检正常测进入检测数据处理；

先对HMC5983采集数据进行运算，HMC5983为12位分辨率地磁感应芯片，采集数值D通过换算得到当前采集的磁场值C：C＝g*D其中g为相应测量范围增益值，依次对HMC5983的X、Y、Z三轴磁场值采集、存储，运算存储数组数据判断车辆对磁场的影响改变；

根据HMC5983数据处理的结果来判断是否启动毫米波传感模块的检测，不启动则直接进入对传感器数据处理模块的综合处理程序，驱动毫米波传感模块发射探测毫米波，同时接受返回的毫米波信号，对接收毫米波存储并进行快速傅里叶变换运算，根据运算结果判断车位上方的覆盖物信息，毫米波检测完成，进入传感器数据处理模块的综合处理程序；

综合数据处理会判断是否有车辆而引起的车位磁场有明显改变并且磁场稳定而通过地磁判断有无车，若车位上磁场改变小，但有产生较大的磁场脉冲，并在磁场稳定后根据毫米波传感模块的探测结果，判断是否有车辆停放，在毫米波探测到雨雪等干扰时，则由地磁传感模块判断车辆是否停放，同时在地磁传感模块和毫米波传感模块探测到明确的车位状态时，分别对另两种传感模块进行校正；检测判断出车位状态结果后与之前车位状态对比，若车位状态发生改变，通过控制改变GPIO1电平高低，将改变的车位状态发送给无线传输模块，无线传输模块将新的车位状态通过协议封装发送到网关；

当前一个检测周期结束后，系统关闭各外设工作状态为停止状态关闭各传感器工作状态，进入休眠状态，等待计时中断唤醒后从新进行一个周期的检测。

如图7所示，初始化子程序包括以下步骤：

1)上电时系统启动文件默认使用内部16MHZ经倍频和分频后到32MHZ；

2)执行主程序时，将系统时钟配置为外部8MHZ经倍频和分频到32MHZ；

3)完成时钟的配置后，系统对STM32L151的ADC、DAC、休眠、RTC唤醒配置。

在STM32L151上电时进行时钟的初始化，将系统时钟由系统启动文件配置的内部16MHZ时钟源切换到外部8MHZ时钟源，并PLL倍频到64MHZ，然后分频到32MHZ以供系统内核和外设ADC、DAC、SPI、I2C、IO等作为时钟源；

对STM32L151外设ADC初始化，配置ADC时钟为内部HSI时钟，12位分辨率，检测通道为单通道模式，对应为ADC通道6，ADC单次转换时间为4个时钟周期，ADC的触发为软件触发；对STM32L151外设DAC初始化，配置DAC触发方式为软件触发，无系统软件波形，开启STM32L151DAC通道1；

对STM32L151的GPIOA、GPIOB、GPIOC未使用管脚初始化；STM32L151的低功耗采用STOP模式休眠，设置休眠标志，并在休眠模式里关闭所有外设时钟和供电，同时配置休眠唤醒为RTC唤醒模式，RTC触发连接外部中断线20，触发模式为上升沿，触发中断向量号3，RTC计时时钟源为LSI,开启STM32L151的LSI时钟源，并将时钟源四分频。

如图8所示，传感器状态初始化子程序包括以下步骤：

1)在地磁传感模块数据处理时执行，在系统检测到GPI02脚电平为低电平时跳过该动作；

2)在系统检测到GPI02脚电平为高电平时执行，系统初始化地磁传感模块，当前磁场值对应状态为无车状态，并将当前磁场值存储；

3)系统初始化毫米波传感模块当前状态为无车状态，并将当前探测到信号值存储。

这些电路均和程序可以通过常规的电学理论设计和功能程序编写后达到上述的功能，再此不再赘述具体的电路结构和程序流程。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。