一种车位监管智能传感器及车位监管方法与流程

本发明属于车位检测领域，具体涉及一种车位监管智能传感器及车位监管方法。

背景技术：

随着人们生活水平的提高，私家车数量的急剧增加。传统停车场人工管理的办法已经无法满足人们的需要，目前市场上已经出现了新型的智能化停车场管理系统，其中难点在车位检测传感器的研制。目前市面上的车位检测方法主要包括超声波、射频、红外线、视频以及地磁等检测方法，其中基于地磁的检测技术发展最为迅速。此方法主要是通过检测车辆进入或者驶离停车位时对停车位周围地球磁场的影响来判断车位状态信息，具有检测精度高、安装简单、维护方便、受天气等环境因素影响较小的优点，但由于无法对金属器件进行精确判断，很容易对车位状态信息误检，即类似自行车的金属器件会造成车位状态信息的误检。因此急需一种新的对固定车位的来往车辆进行智能化的检测并上传车位状态信息的传感器。公开号为cn205656781u，公开日为2016年10月19号的中国专利文献公开了一种带温度监控的地磁感应车位检测系统，在文献中提到对多个不同位置的环境温度进行检测，既对cpu处理器的运算速度以及传感器的功耗提出了更高的要求，同时增加了检测安装的难度和成本，在实际运用中有一定的弊端。

技术实现要素：

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种准确性更高的车位监管智能传感器及车位监管方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种车位监管智能传感器，包括温度感应模块、微控制器、tmr磁感应检测模块、信号处理模块、无线通信模块、供电电源模块和电池，所述tmr磁感应检测模块的信号输出端经所述信号处理模块与所述微控制器连接，所述温度感应模块的信号输出端与所述微控制器连接，所述微控制器通过所述无线通信模块与车位管理控制中心连接，所述电池通过所述供电电源模块与所述温度感应模块、微控制器、tmr磁感应检测模块、信号处理模块和无线通信模块分别连接；所述温度感应模块用于测量车位环境温度，所述tmr磁感应检测模块用于检测车位磁场强度，所述信号处理模块用于接收tmr磁感应检测模块输出的差分电压信号，进行处理放大后形成单路电压信号发送至微控制器；所述微控制器用于根据地磁传感器测量的磁场数据和温度传感器测量的温度数据进行车辆有无的判断，并将判断结果以及车位编号通过无线通信模块上传至车位管理控制中心，其判断方法如下：如果之前状态为无车，当且仅当当前采样的磁场数据uout＞umax且温度数据变化δtout＞tmax时，车位状态从无车变为有车；若当前状态为有车，则当uout＜umin时，车位状态从有车变为无车；其中，温度数据变化δtout＝tout(t)-tout(t-t0)，tout(t)为当前采样时刻t测量得到的温度数据，tout(t-t0)为前一采样时刻t-t0测量得到的温度数据，t0为采样时间间隔，umax为设定的磁场有车阈值、umin为设定的磁场无车阈值，tmax为设定的温度变化阈值。

所述的一种车位监管智能传感器，还包括太阳能光伏板和电源管理模块，所述太阳能光伏板通过所述电源管理模块给电池充电。

所述tmr磁感应检测模块的主芯片为磁性感应芯片tmr2102，所述温度感应模块的主芯片为ds18b20，所述信号处理模块的主芯片为ad620，所述信号处理模块的放大倍数为100倍；所述电池为3.7v锂电池，所述供电电源模块包括rt9193-33芯片和rt9193-50芯片，所述电源管理模块的主芯片为tp4056，所述无线通信模块包括型号为sx1278主芯片和用来发射与接收信号的天线，所述无线通信模块与车位管理控制中心的通信协议为uart。

所述微控制器还用于在车位状态发生变化时，减小采样时间间隔，以及在车位状态保持10分钟以上不变时，增加采样时间间隔。

本发明提出的一种车位监管方法，包括以下步骤：

(1)通过地磁传感器和温度传感器分别实时测量车位中心位置的磁场数据uout和温度数据tout；

(2)设定磁场有车阈值umax、以及磁场无车阈值umin，和温度变化阈值tmax，以及采样时间间隔t0；

(3)根据地磁传感器测量的实时磁场数据和温度传感器测量的温度数据进行车辆有无的判断，其判断方法如下：如果当前状态为无车，当且仅当磁场数据uout＞umax且温度数据变化δtout＞tmax时，车位状态从无车变为有车；若当前状态为有车，则当uout＜umin时，车位状态从有车变为无车；其中，温度数据变化δtout＝tout(t)-tout(t-t0)，tout(t)为当前采样时刻t测量得到的温度数据，tout(t-t0)为前一采样时刻t-t0测量得到的温度数据。

所述温度变化阈值的设定范围为：10～20℃；所述采样时间间隔t0为3～5分钟。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1.本发明提供的一种车位监管智能传感器及车位监管方法是针对汽车铁磁材料以及汽车发动机温度的双检测方式去判断车位状态信息，可以更精准、实时地判断车位的状态信息，而且传感器功耗低，安装方便、成本低；

2.本发明的传感器所使用的无线射频技术具有成本低、传输方便以及高传输效率的巨大优势，已在全球得到了迅速发展，成为了物联网信息传输的主要方式。

附图说明

图1为本发明实施例提出的一种车位监管方法的流程图；

图2为本发明实施例提出的一种监管智能传感器的电路结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提出了一种车位监管方法，包括以下步骤：

(1)通过地磁传感器和温度传感器分别实时测量车位中心位置的实时磁场数据uout和实时温度数据tout；

(2)设定磁场有车阈值umax、以及无车阈值umin、温度变化阈值tmax以及采样时间间隔t0，其中有车阈值umax、与无车阈值umin的关系为umax＞umin；

(3)根据地磁传感器实时测量的磁场数据和温度传感器测量的温度数据进行车辆有无的判断，其判断方法如下：

(301)如果当前状态为无车，判断磁场数据是否满足uout＞umax，若不满足，判断车位状态仍然为无车；若满足，再判断温度数据变化是否满足δtout＞tmax，若不满足，则判断车位状态仍然为无车，若满足，则判断车位状态从无车变为有车；

(302)若当前状态为有车，判断磁场数据是否满足uout＜umin，若不满足，则判断车位状态仍然为有车，若满足，则判断车位状态从有车变为无车；

其中，温度数据变化δtout＝tout(t)-tout(t-t0)，tout(t)为当前采样时刻t测量得到的温度数据，tout(t-t0)为前一采样时刻t-t0测量得到的温度数据。

其中，温度变化阈值的设定范围为：10～20℃，所述采样时间间隔为3～5分钟。磁场有车阈值umax、以及磁场无车阈值umin可以设定为电压电磁传感器测量到的电压值，其中，磁场有车阈值umax略大于车位有车时磁传感器测量到的电压值，磁场无车阈值umin应略小于车位无车时地磁传感器测量到的电压值。

如图2所示，本发明实施例还提供了一种车位监管智能传感器，包括温度感应模块1、tmr磁感应检测模块2、信号处理模块3、微控制器4、无线通信模块5、供电电源模块6和电池7，所述tmr磁感应检测模块2的信号输出端经所述信号处理模块3与所述微控制器4连接，所述温度感应模块1的信号输出端与所述微控制器4连接，所述微控制器4通过所述无线通信模块5与车位管理控制中心10连接，所述电池7通过所述供电电源模块6与所述温度感应模块、微控制器、tmr磁感应检测模块、信号处理模块和无线通信模块的电源输入端分别连接。所述温度感应模块1用于测量车位环境温度，所述tmr磁感应检测模块2用于检测车位磁场强度，所述信号处理模块3用于接收tmr磁感应检测模块2输出的差分电压信号，进行处理放大后形成单路电压信号发送至微控制器；所述微控制器4用于根据地磁传感器测量1的磁场数据和温度传感器测量的温度数据进行车辆有无的判断，并将判断结果以及车位编号通过无线通信模块上传至车位管理控制中心，其判断方法如下：如果之前状态为无车，当且仅当当前采样的磁场数据uout＞umax且温度数据变化δtout＞tmax时，车位状态从无车变为有车；若当前状态为有车，则当uout＜umin时，车位状态从有车变为无车；其中，温度数据变化δtout＝tout(t)-tout(t-t0)，tout(t)为当前采样时刻t测量得到的温度数据，tout(t-t0)为前一采样时刻t-t0测量得到的温度数据，t0为采样时间间隔，umax为设定的磁场有车阈值、umin为设定的磁场无车阈值，tmax为设定的温度变化阈值。

将该传感器安装于车位的中心处，并且将tmr磁感应检测模块安装在平行于车位的方向上，在车辆驶入或者驶离车位时，既可以快速、精确地测量到发动机所引起的温度变化以及汽车铁磁材料所引起的车位磁场的变化，又避免了车辆在驶入或者驶离车位时可能对传感器所造成的破坏。

进一步地，如图2所示，本发明实施例的一种智能车位监管传感器还包括太阳能光伏板8和电源管理模块9，所述太阳能光伏板8可以为2块，分别设置在传感器的两端，所述太阳能光伏板8通过所述电源管理模块9给电池7充电。电源管理模块的主芯片可以为tp4056，该芯片的优点包括电池温度检测、欠压闭锁、自动再充电以及两个用于指示充电、结束的led状态引脚，可在无过热危险的情况下实现充电速率最大化的热调节功能，同时内部集成了防倒充电路，可有效地防止过充、倒充。该传感器可以实现自供电，一次安装即可以长时间应用，避免了更换电池等维修工序。

进一步地，所述tmr磁感应检测模块的主芯片为磁性感应芯片tmr2102，该芯片基于先进的第四代磁传感技术——隧道磁电阻(tmr)技术，该芯片内部由四块感应部件集成惠斯通电桥后输出差分电压信号，既可以用来改变磁电阻传感器的信号，使其输出电压便于被放大，改变信号的噪声，减少温漂，同时又具有高灵敏度、宽动态范围和低功耗的优点。磁性感应芯片tmr2102检测后输出的差分电压信号vin-、vin+传输至信号处理模块3；所述信号处理模块3的主芯片为ad620，具有成本低，精度高，增益范围宽，功耗极低(仅1.3ma)的优点；信号处理模块3对接收到的差分电压信号进行处理放大后，得到稳定的单路电压信号为：vout＝-g(vin--vin+)+vref，其中g为主芯片ad620的放大倍数，可通过调节外部电阻rg的阻值来确定放大倍数，这里rg设置为500ω，即放大倍数设置为100，然后将vout传送至微控制器4。

所述温度感应模块的主芯片为ds18b20，由于汽车运行一段时间后，其发动机温度为85～90℃,如果有汽车驶入车位，势必会对车位附近的环境温度造成升高影响，温度感应模块1检测到车位环境温度后，转化为16位二进制数传输至微控制器4。

微控制器4接收到温度感应模块和tmr磁感应检测模块传输的两路信号后进行处理，将对应于磁场强度的模拟信号vout转化为数字信号uout、对应于温度值的16位二进制读取为十进制数tout，并根据设定磁场有车阈值umax、磁场无车阈值umin，温度变化阈值tmax为对车位状态做出判断。当车辆进入车位(即沿传感器敏感方向进入车位)时，电压值先增大后减小至稳定值；当车辆离开车位(即沿传感器敏感方向相反的方向驶离车位)时，电压值先减小后增大至稳定值。因此，若在无车情况下，若当前uout＞umax且tout＞tmax，则说明车位的磁场强度增加达到判定值，温度变化也达到判定值，因此微控制器判定状态为汽车驶入车位；若uout＞umax但不满足tout＞tmax或者tout＞tmax但不满足uout＞umax，则微控制器判定车位状态仍然为无车；在有车情况下，一旦uout＜umin，则说明车位的磁场强度未达到判定值，不管温度变化如何，微控制器直接判定车位状态为无车；微控制器17对两路信号处理判断后输出包含车位编号、状态等信息的8位二进制数，并通过无线通信模块5上传数据包至车位管理控制中心，车位管理控制中心读取二进制数信息后进行处理并将车位状态信息显示在界面。所述无线通信模块的主芯片为sx1278，是一款高性能的射频芯片，该芯片工作在433mhz频率，具有高性能、超低功耗、超长距离射频收发的优点，能够在低功耗的情况下实现超长距离无线通信。同时所述无线通信模块还配置433mhz的弹簧天线，用来发射与接收信号，所述无线通信模块与车位管理控制中心的通信协议为uart。

此外，所述微控制器还用于在车位状态发生变化时，减小采样时间间隔，以及在车位状态保持10分钟以上不变时，增加采样时间间隔。具体可以为，当车位状态未发生变化时，设置采样时间间隔为5分钟，当车位状态发生变化时，减小采样时间间隔为1～3分钟，此时，微控制器不断将车位状态发送到车位管理控制中心，由界面进行显示，提示工作人员注意；当车位状态保持10分钟不变时，再次将采样时间设置为5分钟，以减小传感器功耗，增加其电池使用时间。

进一步地，所述电池7为3.7v锂电池，所述供电电源模块包括rt9193-33芯片和rt9193-50芯片，供电电源模块由锂电池提供3.7v的电压，将该电压输入至rt9193-33及rt9193-50芯片后输出稳定的3.3v和5.0v的电压，满足tmr磁感应检测模块2、温度感应模块1、无线通信模块5、信号处理模块3、微控制器4的供电电压需求。

本发明实施例提供的一种车位监管智能传感器，还可以包括塑料外壳，所述温度感应模块1、tmr磁感应检测模块2、信号处理模块3、微控制器4、无线通信模块5、供电电源模块6和电池7均固定设置在所述塑料壳体内，所述塑料外壳的材质为pa66，在较高温度也有较强的强度和刚度，满足传感器的要求。

本传感器的参数可以为：

灵敏度：4.9mv/v/g

磁滞：0.1oe

工作电压及电流：3.3v≤vcc≤5v，i≤10ma

漂移：≤3nt/h

磁场强度范围：±6oe

工作温度：-40℃～60℃

通信协议：uart。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。