基于NB-IoT技术的地磁车辆检测器及其检测方法与流程

本发明涉及一种基于nb-iot技术的地磁车辆检测器及其检测方法，适用于各类停车场的车位的智能化检测和信息共享，属于智能交通技术领域。

背景技术：

在目前的传统停车场中普遍存在以下“五难”问题，一是“车场难”：随着汽车的保有量持续增长，停车场也随之增长，但是带来的另外一个问题就是，车主无法获知具体哪里的停车场还有空闲停车位。二是“车位难”：在一个巨大的停车场内，要找到一个小小的空闲的车位，极大程度上浪费了车主的大量时间。三是“收费难”：人工收费的方式永远会导致排长龙，取卡，缴费等问题，同时一些路边停车场管理员乱收费等现象普遍存在。极大程度上浪费了大量的时间与金钱。四是“维护难”：传统的大型停车场往往会雇佣许多引导员进行停车时的车辆引导，首先存在效率不高等问题，其次还需支付引导员昂贵的薪资报酬。极大的加重了停车场的额外开支，削减了其营业收入。五是“数据难”：政府部门大力在改进停车难的问题的同时，然而对于各个车场的停车数据量却无法实时的获取与采集。因而让市政的交通数据采集缺少有力的支撑。

因而，对于传统的停车场面临的问题，其智能地磁车辆检测器完全可以解决这些问题，对于“停车难”：地磁车辆检测器能实时的获取自身所处停车场位置，并且上报平台当前的车位状态，车主仅需在用户平台下便可了解周边停车场车位空闲信息。对于“车位难”：在安装了地磁车辆检测器的停车场内，车主可在用户平台下获知当前停车场的空闲车位位置后，只需在平台上一键导航前往。较传统的停车场省去了大量的时间。对于“收费难”：在安装了地磁车辆检测器的停车场内，停车时间由地磁车辆检测器自动计时。避免了人工所引起的误差和不必要的纠纷，缴费也仅需在平台上就可实现一键支付。对于“维护难”：地磁车辆检测器仅需一次安装，期间无需维护，使用年限最高可达5年。停车场无需支付额外的费用进行车位的引导和设备的额外维护。对于“数据难”：由于地磁车辆检测器实时的检测上报当前车位的停车状态，因而对于政府相关部门来说，仅需要登录平台，就可以实时的获取相关的车流量数据，让市政的交通数据采集得到了有力的支撑。因而总的来说，地磁车辆检测器完全可以实现无人化的智能停车解决方案，有效的解决当前社会普遍存在的诸多问题。同时为物联网所提供了大量的数据支撑。可以有效的解决当前停车亟待解决的燃眉难题。

但传统地磁车辆检测器，需要重新部署局域网和中继，才能将数据传输到后台服务器，且传统地磁车检器功耗较大，无法长时间续航；并且，硬件和软件无法协同控制，增加了设备运营、维护的人工的参与度，存在误判率较高、易损坏、安装难、维护难等问题，不仅检测的准确度较低，且减少了设备的使用寿命。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种基于nb-iot技术的地磁车辆检测器及其检测方法。本发明针对车位状态检测，对车辆车位状态在无需人工参与的情况下进行智能检测，无需人工维护，可以完全实现无人化停车场的车位监控。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于nb-iot技术的地磁车辆检测器，其特征在于：包括地磁检测模块、射频雷达检测模块、mcu控制模块、nb-iot通信模块和电源管理模块，

地磁检测模块:利用停车时车辆对地磁信号的扰动，对车位上的车辆进行在位检测；

射频雷达检测模块：发射射频信号并与其反射回波进行混频，通过对混频后的信号进行检测，对车位上的车辆进行在位检测；

mcu控制模块：处理地磁检测模块和射频雷达检测模块采集到的数据，进行车辆停、离业务判定，并通过nb-iot模块，与远程后台服务器进行数据交互；

nb-iot数据通信模块：利用运营商nb-iot网络，使地磁车检终端与远程服务器进行数据交互；

整机电源管理模块：分别为mcu控制模块、地磁检测模块和射频雷达检测模块供电。

所述地磁检测模块：采用恩智浦mag3110芯片，mcu控制模块通过iic总线与mag3110芯片相连，mag3110芯片对地磁信号x、y、z三轴的数据采集，在车位未停车时，mcu控制模块采集到地球磁场自由空间的地磁数据；当车位停车时，由于铁磁性物体会引发地磁场的扭曲，mag3110芯片通过检测地磁信号的变化，并转换为是数字信号，送入mcu控制模块进行计算处理，从而进行停车状态的判定。

所述射频雷达检测模块：射频雷达检测模块采用英飞凌bgt24ltr11芯片作为射频前端，工作于24.0ghz至24.25ghzism频段，mcu控制模块产生100khz的三角波，送入bgt24ltr11的压控振荡器vco的压控端，产生中心频率为24ghz，并经三角波调制的频率调制信号，并通过射频雷达检测模块的发射单元发射出去，射频雷达检测模块的接收单元对发射信号和反射回波信号进行混频，输出发射信号和反射回波信号的频差信号i、q；i、q信号经放大、滤波处理后，送入mcu控制模块的ad采样口进行数据的采集；mcu控制模块通过对频差信号的采集和计算，获得目标与射频雷达检测模块之间的距离信息，实现车位停车情况的检测。

所述mcu控制模块：采用意法半导体stm32l031k6t6芯片，mcu控制模块的iic总线与mag3110芯片连接，定时采集地磁数据，mcu控制模块的ad接口与射频雷达检测模块相连，定时采集射频雷达的差频数据，mcu控制模块的串口与nb-iot通信模块相连，实现与远程后台服务器的数据交互。

所述nb-iot数据通信模块：采用nb-iot模块，利用运营商无线通信网络，实现车检终端与远程后台服务器间的数据交互，nb-iot数据通信模块采用coap协议，连接到运营商iot平台；mcu控制模块通过串口与nb-iot通信模块进行连接，当检测到停车或驶离业务后，mcu控制模块按照与远程后台服务器间的协议进行组帧，并将组织好的数据报文发送到nb-iot数据通信模块，从而发送到远程后台服务器；nb-iot数据通信模块接收到远程后台服务器的反馈报文通知mcu控制模块，以便mcu控制模块实现整机控制。

所述整机电源管理模块：采用15000mah电池供电，采用tps76333稳压器芯片,产生3.3v电压为mcu控制模块、地磁检测模块和射频雷达检测模块供电。

所述stm32l031k6t6芯片，在整机休眠时，所有io口设置为模拟模式，时钟源改为msi，主频降到65.5khz；同时配置为sleep模式，使休眠时电流为3ua。

所述nb-iot数据通信模块的开关机管脚与mcu的io口相连接，当mcu控制模块进入休眠前，通过io口控制，关闭nb-iot数据通信模块，使nb-iot数据通信模块处于关闭休眠状态。

所述mag3110芯片正常工作时，mcu控制模块配置采样率odr为1.25hz，过采样率为2，其工作电流为68.8ua，整机休眠时，过采样率配置为8，其休眠电流为8.6ua。

所述mcu控制模块休眠前，整机电源管理模块通过mos管关闭射频雷达检测模块的电源，完全切断射频雷达的供电。

一种基于nb-iot技术的地磁车辆检测器的检测方法，其特征在于，包括：

a、地磁检测模块利用停车时车辆对地磁信号的扰动，对车位上的车辆进行在位检测；

b、射频雷达检测模块发射射频信号并与其反射回波进行混频，通过对混频后的信号进行检测，对车位上的车辆进行在位检测；

c、mcu控制模块处理地磁检测模块和射频雷达检测模块采集到的数据，进行车辆停、离业务判定，并通过nb-iot模块，利用运营商nb-iot网络，与远程后台服务器进行数据交互。

所述a具体包括：

a1、mcu控制模块定时采集n个地磁检测模块采集到的三轴地磁量化地磁数据，并对原始数据进行卡尔曼滤波，消除采样数据的随机误差；

a2、在初始安装时，对安装地点的地磁信号自动测试，以获取在准自由空间下的地磁信号的基准基线b0；

a3、mcu控制模块连续分析所采集的地磁数据，稳态分析引擎进行稳态计算，若连续采集到的n个地磁数据无数据跳变，则判定当前数据处于稳态，否则，则判定为跳变态；当数据进入跳变态时，自动计算前一稳态的地磁数据均值，作为前一稳态的基线值b1；

a4、当稳态分析引擎探测到数据跳变后，开始搜索下一数据稳态，当下一数据稳态到达时，则计算此时的地磁数据均值b2；

a5、地磁业务判决引擎，根据前一稳态的均值b1和本次稳态的均值b2的差的绝对值，判定是否发生车辆停、离业务；针对车辆驶离，同时需判定均值b2是否回归自由空间时的b0；

a6、当车辆驶离后，mcu控制模块继续计算自由空间的基准基线b0，以自适应地球磁场缓慢变化的情况。

所述b具体包括：

b1、mcu控制模块定时采集m个mcu控制模块利用ad采集自由空间下射频雷达发射和回波的经混频后的i、q信号数据，并对原始数据进行带通滤波，消除采样数据中夹杂的干扰信号；

b2、在初始安装时，开启射频雷达检测模块，并计算初始的波峰数量a1及波谷数量a2；

b3、在mcu控制模块开启射频雷达，并采集m个数据点后，计算波峰数量c1和波谷数量c2；

b4、根据c1和a1差值，及c2和a2差值，判断是否有车辆停留在车位上；当车位上有车时，由于车辆引起的射频回波信号增强，导致此时的i、q信号和未停车时的i、q信号发生波形畸变，并产生更多的波峰和波谷，判定出车位停车情况；

b5、当车辆驶离后，mcu控制模块继续计算自由空间的波峰数量a1及波谷数量a2，以自适应环境因素引起的射频雷达回波缓慢变化的情况。

所述方法还包括车辆停离二次判定，具体如下：

（1）在mcu控制模块进行车辆停离判定时，mcu控制模块在日常检测中，仅开启地磁检测模块，射频雷达检测模块处于关闭状态；

（2）当mcu控制模块通过地磁检测出车辆停、离业务后，开启射频雷达检测模块，通过射频雷达检测进行车辆停、离业务计算；

（3）根据地磁检测及射频雷达检测计算结果，进行最终的业务判决，若判决成功，则确认此次业务，并利用nb-iot通信模块，将业务发送到远程后台服务器；

（4）针对地磁检测到车辆停、离业务，对于射频雷达检测未检测出或检测结果与地磁检测结果不一致时，首先计算本次业务的地磁数据的b2-b1及射频雷达数据的c1-a1、c2-a2的绝对值，并将计算结果的数值格式化为ascii字串，再与二次校验判决指纹库内的k个数据计算levenshtein距离，以实现模糊查询匹配；若未能找到匹配的数据，则认为本次业务异常，不产生本次停、离业务；若模糊查询匹配成功，则提取匹配项所存储的停、离业务类型，作为本次二次校验判决结果。

所述步骤（3）中，对于二次校验判决成功的业务，首先计算本次业务的地磁数据的b2-b1及射频雷达数据的c1-a1、c2-a2的绝对值，再将计算结果的数值格式化为ascii字串，将字串以及本次判定出的停、离业务类型，存入二次校验判决指纹库，指纹库内一共可记录最新的k个成功判决的指纹数据。

采用本发明的优点在于：

1、整机采用15000mah高性能电池供电，电池容量大，可以连续使用5年期间不用更换，实现了一次安装，运营期间不用人工维护。

2、采用超低功耗mcu、mems传感器，并通过软件设计，未检测到停车业务时，整机处于低功耗休眠状态，休眠功耗小于30ua，极大增强了整机的续航能力。

3、克服传统单一地磁检测不可靠问题，采用射频雷达二次校验技术，提高车辆停离业务判定的准确性，使得判定正确率大于99%。

4、通过地磁车检算法内置多个计算引擎的高效协同工作，以及射频雷达车检算法采用时域算法，避免常规的频域fft的复杂计算，在保证业务判定准确度的前提下，有效地减少了业务判定所需的计算时间，从而大幅度降低了mcu在工作时的功耗，增加了整机的续航能力。

5、采用最新nb-iot技术网络作为数据传输通道，直接利用运营商网络，无需重建远程传输网络。同时，充分利用nb-iot模块的低功耗特性，在数据传输时，大力降低了业务状态远程传输时的功耗。

6、整机外壳采用外部安装盒、设备内盒两部分设计，即方便现场设备安装、设备维护，也保证了ip68防水等级，且具有防腐蚀特性，同时可防止车辆碾压设备导致设备破损。

附图说明

图1为本发明硬件原理框图。

具体实施方式

实施例1

一种基于nb-iot技术的地磁车辆检测器，包括地磁检测模块、射频雷达检测模块、mcu控制模块、nb-iot通信模块和电源管理模块，

地磁检测模块:利用停车时车辆对地磁信号的扰动，对车位上的车辆进行在位检测；

射频雷达检测模块：发射射频信号并与其反射回波进行混频，通过对混频后的信号进行检测，对车位上的车辆进行在位检测；

mcu控制模块：处理地磁检测模块和射频雷达检测模块采集到的数据，进行车辆停、离业务判定，并通过nb-iot模块，与远程后台服务器进行数据交互；

nb-iot数据通信模块：利用运营商nb-iot网络，使地磁车检终端与远程服务器进行数据交互；

整机电源管理模块：分别为mcu控制模块、地磁检测模块和射频雷达检测模块供电。

所述地磁检测模块：采用恩智浦mag3110芯片，mcu控制模块通过iic总线与mag3110芯片相连，mag3110芯片对地磁信号x、y、z三轴的数据采集，在车位未停车时，mcu控制模块采集到地球磁场自由空间的地磁数据；当车位停车时，由于铁磁性物体会引发地磁场的扭曲，mag3110芯片通过检测地磁信号的变化，并转换为是数字信号，送入mcu控制模块进行计算处理，从而进行停车状态的判定。

所述射频雷达检测模块：射频雷达检测模块采用英飞凌bgt24ltr11芯片作为射频前端，工作于24.0ghz至24.25ghzism频段，mcu控制模块产生100khz的三角波，送入bgt24ltr11的压控振荡器vco的压控端，产生中心频率为24ghz，并经三角波调制的频率调制信号，并通过射频雷达检测模块的发射单元发射出去，射频雷达检测模块的接收单元对发射信号和反射回波信号进行混频，输出发射信号和反射回波信号的频差信号i、q；i、q信号经放大、滤波处理后，送入mcu控制模块的ad采样口进行数据的采集；mcu控制模块通过对频差信号的采集和计算，获得目标与射频雷达检测模块之间的距离信息，实现车位停车情况的检测。

所述mcu控制模块：采用意法半导体stm32l031k6t6芯片，mcu控制模块的iic总线与mag3110芯片连接，定时采集地磁数据，mcu控制模块的ad接口与射频雷达检测模块相连，定时采集射频雷达的差频数据，mcu控制模块的串口与nb-iot通信模块相连，实现与远程后台服务器的数据交互。

所述nb-iot数据通信模块：采用nb-iot模块，利用运营商无线通信网络，实现车检终端与远程后台服务器间的数据交互，nb-iot数据通信模块采用coap协议，连接到运营商iot平台；mcu控制模块通过串口与nb-iot通信模块进行连接，当检测到停车或驶离业务后，mcu控制模块按照与远程后台服务器间的协议进行组帧，并将组织好的数据报文发送到nb-iot数据通信模块，从而发送到远程后台服务器；nb-iot数据通信模块接收到远程后台服务器的反馈报文通知mcu控制模块，以便mcu控制模块实现整机控制。

所述整机电源管理模块：采用15000mah电池供电，采用tps76333稳压器芯片,产生3.3v电压为mcu控制模块、地磁检测模块和射频雷达检测模块供电。

所述stm32l031k6t6芯片，在整机休眠时，所有io口设置为模拟模式，时钟源改为msi，主频降到65.5khz；同时配置为sleep模式，使休眠时电流为3ua。

所述nb-iot数据通信模块的开关机管脚与mcu的io口相连接，当mcu控制模块进入休眠前，通过io口控制，关闭nb-iot数据通信模块，使nb-iot数据通信模块处于关闭休眠状态。

所述mag3110芯片正常工作时，mcu控制模块配置采样率odr为1.25hz，过采样率为2，其工作电流为68.8ua，整机休眠时，过采样率配置为8，其休眠电流为8.6ua。

所述mcu控制模块休眠前，整机电源管理模块通过mos管关闭射频雷达检测模块的电源，完全切断射频雷达的供电。

一种基于nb-iot技术的地磁车辆检测器的检测方法，包括：

a、地磁检测模块利用停车时车辆对地磁信号的扰动，对车位上的车辆进行在位检测；

b、射频雷达检测模块发射射频信号并与其反射回波进行混频，通过对混频后的信号进行检测，对车位上的车辆进行在位检测；

c、mcu控制模块处理地磁检测模块和射频雷达检测模块采集到的数据，进行车辆停、离业务判定，并通过nb-iot模块，利用运营商nb-iot网络，与远程后台服务器进行数据交互。

所述a具体包括：

a1、mcu控制模块定时采集n个地磁检测模块采集到的三轴地磁量化地磁数据，并对原始数据进行卡尔曼滤波，消除采样数据的随机误差；

a2、在初始安装时，对安装地点的地磁信号自动测试，以获取在准自由空间下的地磁信号的基准基线b0；

a3、mcu控制模块连续分析所采集的地磁数据，稳态分析引擎进行稳态计算，若连续采集到的n个地磁数据无数据跳变，则判定当前数据处于稳态，否则，则判定为跳变态；当数据进入跳变态时，自动计算前一稳态的地磁数据均值，作为前一稳态的基线值b1；

a4、当稳态分析引擎探测到数据跳变后，开始搜索下一数据稳态，当下一数据稳态到达时，则计算此时的地磁数据均值b2；

a5、地磁业务判决引擎，根据前一稳态的均值b1和本次稳态的均值b2的差的绝对值，判定是否发生车辆停、离业务；针对车辆驶离，同时需判定均值b2是否回归自由空间时的b0；

a6、当车辆驶离后，mcu控制模块继续计算自由空间的基准基线b0，以自适应地球磁场缓慢变化的情况。

所述b具体包括：

b1、mcu控制模块定时采集m个mcu控制模块利用ad采集自由空间下射频雷达发射和回波的经混频后的i、q信号数据，并对原始数据进行带通滤波，消除采样数据中夹杂的干扰信号；

b2、在初始安装时，开启射频雷达检测模块，并计算初始的波峰数量a1及波谷数量a2；

b3、在mcu控制模块开启射频雷达，并采集m个数据点后，计算波峰数量c1和波谷数量c2；

b4、根据c1和a1差值，及c2和a2差值，判断是否有车辆停留在车位上；当车位上有车时，由于车辆引起的射频回波信号增强，导致此时的i、q信号和未停车时的i、q信号发生波形畸变，并产生更多的波峰和波谷，判定出车位停车情况；

b5、当车辆驶离后，mcu控制模块继续计算自由空间的波峰数量a1及波谷数量a2，以自适应环境因素引起的射频雷达回波缓慢变化的情况。

所述方法还包括车辆停离二次判定，具体如下：

（1）在mcu控制模块进行车辆停离判定时，mcu控制模块在日常检测中，仅开启地磁检测模块，射频雷达检测模块处于关闭状态；

（2）当mcu控制模块通过地磁检测出车辆停、离业务后，开启射频雷达检测模块，通过射频雷达检测进行车辆停、离业务计算；

（3）根据地磁检测及射频雷达检测计算结果，进行最终的业务判决，若判决成功，则确认此次业务，并利用nb-iot通信模块，将业务发送到远程后台服务器；

（4）针对地磁检测到车辆停、离业务，对于射频雷达检测未检测出或检测结果与地磁检测结果不一致时，首先计算本次业务的地磁数据的b2-b1及射频雷达数据的c1-a1、c2-a2的绝对值，并将计算结果的数值格式化为ascii字串，再与二次校验判决指纹库内的k个数据计算levenshtein距离，以实现模糊查询匹配；若未能找到匹配的数据，则认为本次业务异常，不产生本次停、离业务；若模糊查询匹配成功，则提取匹配项所存储的停、离业务类型，作为本次二次校验判决结果。

所述步骤（3）中，对于二次校验判决成功的业务，首先计算本次业务的地磁数据的b2-b1及射频雷达数据的c1-a1、c2-a2的绝对值，再将计算结果的数值格式化为ascii字串，将字串以及本次判定出的停、离业务类型，存入二次校验判决指纹库，指纹库内一共可记录最新的k个成功判决的指纹数据。

实施例2

针对车位状态检测，设计了基于nb-iot网络的地磁车辆检测器，采用地磁检测模块和射频雷达模块，对车辆车位状态在无需人工参与的情况下进行智能检测。设备安装后无需人为维护，使用年限可达5年，可以完全实现无人化停车场的车位监控。因此，本发明具有低成本，普适性、低功耗、智能化、实时性、高可靠性，维护方便等特点。

以下对本发明做进一步详细说明：

外壳部分：采用ip68专业等级设计，主要由外部安装盒、设备内盒两部分构成,具有防水、防潮、隔绝内部电路，防重物碾压等特点。

地磁检测模块:基于mems技术，通过对车位上的地磁信号的连续采集、计算，利用停车时车辆对地磁信号的扰动，实现车位上的车辆在位检测。

射频雷达检测模块：基于fmcw技术，发射中心载频24ghz频率、三角波调制的射频信号，并与其反射回波进行混频，通过对混频后的信号进行检测，实现车位上的车辆在位检测。

mcu控制模块：采用低功耗32位单片机mcu，处理地磁检测模块和射频雷达模块采集到的数据，进行车辆停、离业务判定，并通过nb-iot模块，与远程后台服务器进行数据交互。

nb-iot数据通信模块：利用运营商nb-iot网络，实现地磁车检终端与远程服务器间的数据交互。

整机电源管理模块：整机采用1个3.7v,15000mah高性能电池供电，通过ldo降压芯片，将电池电压由3.7v降压为3.3v，分别供给mcu模块，地磁模块，射频雷达模块使用。同时，采用mos管控制技术，实现对射频雷达模块的电源开启、关闭管理。

所述外壳部分：主要由外部安装盒、设备内盒两部分构成。外部安装盒安装于地面下的坑内，上表面与地面齐平，可在工程安装初期一次性安装多个设备；设备内盒内放置电池及整个终端设备，通过螺纹旋转方式，旋转安装入外部安装盒。采用内外壳设计，既方便设备的放入与取出，也便于设备的维修及电池的更换，同时保障了整机具有ip68防水等级及防腐蚀等特性；外部安装盒底部含有软性垫圈，具有抗压缓冲作用，有效的防止了车辆碾压设备导致设备破损的情况发生。

所述地磁检测模块：基于mems技术，采用恩智浦mag3110芯片进行地磁信号的数据采集，该芯片是一款小型的低功耗、低噪声、高分辨率、数字3轴磁力计。mcu控制模块通过iic总线与mag3110芯片相连，实现对地磁信号x、y、z三轴的数据采集，能够测量高达10高斯的所在位置磁场，输出数据速率（odr）可达80hz。在车位未停车时，mcu采集到地球磁场自由空间的地磁数据；当车位停车时，由于铁磁性物体会引发地磁场的扭曲，mems高灵敏度传感器通过检测地磁信号的变化，并转换为是数字信号，送入mcu控制模块进行计算处理，从而进行停车状态的判定。

所述射频雷达检测模块：射频雷达检测模块采用英飞凌bgt24ltr11芯片作为射频前端，工作于24.0ghz至24.25ghzism频段。mcu产生100khz的三角波，送入bgt24ltr11的压控振荡器vco的压控端，产生中心频率为24ghz，并经三角波调制的频率调制信号，并通过发射单元发射出去。接收单元对发射信号和反射回波信号进行混频，输出发射信号和反射回波信号的频差信号i、q。i、q信号经放大、滤波处理后，送入mcu的ad采样口进行数据的采集。mcu通过对频差信号的采集和计算，即可获得目标与雷达模块之间的距离信息，从而实现车位停车情况的检测。

所述mcu控制模块：mcu采用意法半导体stm32l031k6t6芯片，该芯片具有丰富的外设资源，包括adc、dac、比较器、usart、spi、i2c等外设；同时stm32l031k6t6芯片，采用arm架构的低功耗mcu，具备低功耗的特点，提供了动态电压调节、超低功耗时钟振荡器，超低功耗模式中的短唤醒时间及低功耗模式下仍可工作的通信外设，提供了带有低功耗特性的串口、定时器，其工作电流在运行模式低至76ua/mhz，待机模式为0.23ua，停止模式为0.34ua。mcu控制模块的iic总线与地磁传感器连接，定时采集地磁数据，ad接口与射频雷达模块相连，定时采集射频雷达的差频数据，串口与nb-iot通信模块相连，以实现与远程后台服务器的数据交互。

mcu控制模块中，主要实现的算法如下：

地磁车检算法：

1、mcu定时采集n个地磁检测模块采集到的三轴地磁量化数据，首先对原始数据进行卡尔曼滤波，以消除采样数据的随机误差；

2、在初始安装时，对安装地点的地磁信号自动测试，以获取在准自由空间下的地磁信号的基准基线b0；

3、mcu连续分析所采集的地磁数据，稳态分析引擎进行稳态计算，若连续采集到的n个地磁数据无数据跳变（其数据跳变判决阈值，由远程后台服务器配置下发至地磁车检终端），则判定当前数据处于稳态，否则，则判定为跳变态。当数据进入跳变态时，自动计算前一稳态的地磁数据均值，作为前一稳态的基线值b1；

4、稳态分析引擎当探测到数据跳变后，开始搜索下一数据稳态，当下一数据稳态到达时，则计算此时的地磁数据均值b2；

5、地磁业务判决引擎，根据前一稳态的均值b1和本次稳态的均值b2的差的绝对值，判定是否发生车辆停、离业务，其判决阈值，由远程后台服务器配置下发至地磁车检终端。针对车辆驶离，同时需判定均值b2是否回归自由空间时的b0；

6、当车辆驶离后，mcu继续计算自由空间的基准基线b0，以自适应地球磁场缓慢变化的情况。

射频雷达车检算法

1、mcu定时采集m个mcu利用ad采集自由空间下射频雷达发射和回波的经混频后的i、q信号数据，首先对原始数据进行带通滤波，以消除采样数据中夹杂的干扰信号；

2、在初始安装时，开启射频雷达，并由波形计算引擎，计算初始的波峰数量a1及波谷数量a2；

3、在mcu开启射频雷达，并采集m个数据点后，波形计算引擎利用基于数学形态学的差位波峰、波谷提取算法（pde算法）,计算波峰数量c1和波谷数量c2；

4、射频雷达业务判决引擎，根据c1和a1差值，及c2和a2差值，判断是否有车辆停留在车位上；当车位上有车时，由于车辆引起的射频回波信号增强，导致此时的i、q信号和未停车时的i、q信号发生波形畸变，并产生更多的波峰和波谷，从而射频雷达业务判决引擎可判定出车位停车情况；

5、当车辆驶离后，mcu继续计算自由空间的波峰数量a1及波谷数量a2，以自适应环境因素引起的射频雷达回波缓慢变化的情况。

车辆停离二次判定算法

1、在mcu进行车辆停离判定时，考虑到地磁检测芯片功耗较小、射频雷达功耗加大的情况，mcu在日常检测中，仅开启地磁检测芯片，射频雷达处于关闭状态；

2、当mcu利用地磁车检算法，检测出车辆停、离业务后，开启射频雷达，利用射频雷达车检算法进行车辆停、离业务计算；

3、二次校验判决引擎，根据地磁车检算法及射频雷达车检算法计算结果，进行最终的业务判决，若判决成功，则确认此次业务，并利用nb-iot通信模块，将业务发送到远程后台服务器。对于二次校验判决成功的业务，首先计算本次业务的地磁数据的b2-b1及射频雷达数据的c1-a1、c2-a2的绝对值，再将计算结果的数值格式化为ascii字串，将字串以及本次判定出的停、离业务类型，存入二次校验判决指纹库，指纹库内一共可记录最新的k个成功判决的指纹数据；

4、二次校验判决引擎，针对地磁车检算法检测到车辆停、离业务，对于射频雷达车检算法未检测出或检测结果与地磁车检算法结果不一致时特殊异常情况，首先计算本次业务的地磁数据的b2-b1及射频雷达数据的c1-a1、c2-a2的绝对值，并将计算结果的数值格式化为ascii字串，再与二次校验判决指纹库内的k个数据计算levenshtein距离，以实现模糊查询匹配。若未能找到匹配的数据，则认为本次业务异常，不产生本次停、离业务；若模糊查询匹配成功，则提取匹配项所存储的停、离业务类型，作为本次二次校验判决结果。

所述nb-iot数据通信模块：采用nb-iot模块，利用运营商无线通信网络，实现车检终端与远程后台服务器间的数据交互。nb-iot数据通信模块采用coap协议，通过配置相应的apn、ip地址、端口，连接到运营商iot平台。mcu控制模块通过串口与nb-iot通信模块进行连接，当检测到停车或驶离业务后，mcu按照与远程后台服务器间的协议进行组帧，并将组织好的数据报文，通过串口发送到nb-iot数据通信模块，从而发送到远程后台服务器；nb-iot数据通信模块接收到远程后台服务器的反馈报文，通过串口通知mcu控制模块，以便mcu控制模块实现整机控制。

nb-iot数据通信模块具有以下特征：

1、海量连接：nb-iot比2g/3g/4g有50~100倍的上行容量提升，在同一基站的情况下，nb-iot可以比现有无线技术提供50~100倍的接入数。

2、深度覆盖:nb-iot比lte提升20db增益。

3、超低功耗：nb-iot聚焦小数据量、小速率应用，以实现通信部分的超低功耗。

4、低成本：低速率低功耗低带宽带来的是低成本优势。

5、稳定可靠：nb-iot直接部署于运营商现有网络，即可与现有网络基站复用以降低部署成本、实现平滑升级，但是使用单独的180khz频段，不占用现有网络的语音和数据带宽，保证传统业务和未来物联网业务可同时稳定、可靠的进行。

所述整机电源管理模块：本发明整机采用15000mah高性能电池供电，采用tps76333稳压器芯片,产生3.3v电压以供mcu和地磁传感芯片以及雷达信号处理芯片使用。同时，采用mos管控制技术，实现对射频雷达模块的电源开启、关闭管理，以实现整机的低功耗运行。

硬件及软件设计上，采用的功耗控制手段有：

1、采用stm32系列的低功耗单片机stm32l031k6t6，在整机休眠时，mcu所有io口设置为模拟模式，mcu时钟源改为msi，主频降到65.5khz；同时，mcu配置为sleep模式，从而使得休眠时mcu电流低至3ua。

2、nb-iot通信模块的开关机管脚与mcu的io口相连接，当mcu进入休眠前，通过io口控制，关闭nb-iot通信模块，从而使得nb-iot通信模块处于关闭休眠状态。

3、地磁检测芯片mag3110芯片，正常工作时，mcu配置采样率odr为1.25hz，过采样率为2，其工作电流为68.8ua。系统休眠时，过采样率配置为8，其休眠电流为8.6ua。

mcu休眠前，整机电源管理模块通过mos管关闭雷达模块的电源，完全切断射频雷达的供电，从而达到最优的省电效果。

实施例3

本实施例结合附图对本发明中涉及到的各模块做进一步说明，如图1所示：

地磁检测模块:采用低功耗、数字3轴磁力计，可以测量所处位置磁场强度，与mcu控制模块通过标准的i2c串行接口进行数据交互，能够测量高达10高斯的所处位置磁场，通过内部寄存器的设置，实现不同功耗及采样频率控制。

射频雷达检测模块：基于fmcw技术，射频雷达发射三角波调频的电磁波，被物体反射后的回波与发射信号有一定的频率差，通过测量频率差可以获得目标与雷达之间的距离信息，差频信号频率较低，一般为khz，因此硬件处理相对简单、适合数据采集并进行数字信号处理。当地磁检测到疑似停离业务后，mcu的一个io口控制mos管，开启射频雷达检测模块的电源，射频雷达检测模块检测发射和回波的经混频后的i、q信号，并把检测结果传输给mcu，从而实现对车辆停离二次判定。

mcu控制模块：该模块在整个系统中起主控作用，mcu控制模块通过串行总线与通信模块进行数据交互，与地磁检测模块通过i2c进行数据交互，接收来自雷达检测模块的结果，实现整个系统的数据采集，数据发送，以及整机功耗的控制。

nb-iot数据通信模块：nb-iot数据通信模块根据mcu的控制指令，实现与远程后台服务器的数据交互。nb-iot数据通信模块在mcu的控制下，对nb网络通信的波特率、网络制式、远程服务器地址和端口等通信参数进行初始化配置，然后实现附着网络、建立与远程后台服务器的连接、数据交互。nb-iot数据通信模块具有低功耗特性，使得整机具备长时间的续航能力。

整机电源管理模块：整机采用1个3.7v,15000mah高性能电池供电，通过ldo降压芯片，将电池电压由3.7v降压为3.3v，分别供给mcu模块，地磁模块，射频雷达模块使用。同时，采用mos管控制技术，实现对射频雷达模块的电源开启、关闭管理。