CN103337198A - 无线Hart车位探测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线Hart车位探测系统，包括与停车场内车位数量相等的无线Hart地磁车位探测器、一个以上的无线Hart网关、一个无线Hart网络管理器；还公开了一种无线Hart地磁车位探测器，包括地磁传感单元、微控制器、晶振单元、无线Hart模块及电源管理单元。本发明中的无线车位探测系统具有自组织和自愈智能、自适应跳频、低功耗、高可靠通信、结构简洁、易于布设和维护等特点；无线Hart地磁车位探测器具有集成度高、性能稳定、抗干扰能力强、超低功耗、通信距离远等特点。

Description

无线Hart车位探测系统

技术领域

本发明涉及车位探测系统，特别涉及无线Hart车位探测系统。

背景技术

目前，基于无线传感网络的车位探测系统正逐渐应用于停车场车位管理中，由于无线车位探测系统易于安装、成本低、不需要对停车场进行繁杂线路改造，将逐步取代传统的有线车位探测系统。

然而，现有的无线车位探测系统和无线车位探测器存在诸多问题，无线车位探测系统存在功耗过大、通信可靠性低、无自适应跳频、易于受到其他无线网络的干扰、系统自组织和自愈能力低等问题；无线车位探测器存在硬件集成度低、功耗过大、性能不稳定、无线传输距离不够等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种无线Hart车位探测系统，克服了现有车位探测系统功耗大、无自适应跳频、抗干扰能力弱等问题；另外还提供一种无线Hart地磁车位探测器，克服了现有无线地磁车位探测器集成度低、功耗大、抗干扰能力弱等问题。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种无线Hart车位探测系统，包括与停车场内车位数量相等的无线Hart地磁车位探测器、一个以上的无线Hart网关、一个无线Hart网络管理器。

所述的无线Hart地磁车位探测器，埋置于车位地面下，根据地磁场的变化来探测车位信息，并将探测到的数据通过无线的方式发送至无线Hart网关。

所述的无线Hart网关，安装在停车场中，通过无线方式接收无线Hart地磁车位探测器发送来的数据，并将接收到的数据通过无线方式发送至无线Hart网络管理器。

所述的无线Hart网络管理器，通过无线方式接收无线Hart网关发送的数据，负责对无线Hart地磁车位探测器、无线Hart网关形成的无线Hart传感网络的组态、各设备之间的通信调度、路径表的管理和无线Hart传感网络健康状况的管理和报告。

所述的无线Hart地磁车位探测器，包括地磁传感单元、微控制器、晶振单元、无线Hart模块及电源管理单元。

所述的地磁传感单元的信号输出端口与微控制器的A/D采样输入端口相连接，微控制器的时钟端口与晶振单元相连接，微控制器的数据输出输入端口与无线Hart模块的数据输出输入端口相连接，电源管理单元的输出端口与地磁传感单元、微控制器、无线Hart模块的电源输入端口相连接。

所述的地磁传感单元采用PNI公司的PNI11096磁场测量专用集成电路，用于检测地磁场的变化，实现车位状态的探测。

所述的微控制器采用TI(德州仪器)公司的超低功耗微处理器MSP430系列单片机。

所述的晶振单元包含两个晶振，一个采用32MHz的无源晶振作为微控制器的外部振荡器，另一个晶振选用32.768KHz的无源晶振。

所述的无线Hart模块采用Dust Networks公司的LTC5800-WHM芯片，实现无线Hart网络协议，组成无线Hart传感器网络车位探测系统。

所述的无线Hart网络协议为WirelessHART协议，工作于2.4GHz ISM射频频段，在IEEE802.15.4标准的基础上，针对工厂复杂环境，提供公共频带下的高可靠无线网络通信技术，是一种适用于工业环境的可伸缩、高可靠、低功率的无线传感器网络通信协议，兼容IEEE802.15.4标准和IEC62591标准。

由于采用了以上方案，使本发明具备的有益效果在于：

1、本发明的无线Hart地磁车位探测器能够避免无线高频的干扰和提高系统整体的稳定性，探测器的硬件系统集成度高、功耗低。

2、本发明的无线Hart车位探测系统是基于无线Hart协议的无线传感网络。无线Hart协议的主要技术特点包括：

(1)无线Hart协议为WirelessHART协议，工作在2.4GHz ISM射频频段，是一种适用于工业环境的可伸缩、高可靠、低功率的无线传感器网络通信协议，兼容IEEE802.15.4标准和IEC62591标准；

(2)采用开放式混合通信协议，即允许模拟信号和数字信号同时存在，无线Hart的优点表现为可以在局部进行系统升级，并且只涉及到需用无线Hart智能装置的系统部分。

(3)在直序扩频(DSSS)的基础上引入了跳频技术(FHSS)，采用基于信道状态的自适应跳频机制，可以有效地防止信号中转时被干扰，因为相邻的设备之间使用的是不同的通信信道；同时，也最大限度降低了无线Hart对现有的无线网络(如WiFi、蓝牙或Zigbee等)的干扰，提高了其健壮性和安全性。

(4)利用时分多址(TDMA)和预先调度的时隙来协调调度网络设备间的通信，TDMA数据链路层以指定时间槽和信道(频率)的方式来建立网络中各设备间的链接，支持定时循环的通信流和非循环的通信流，能够弹性地利用通信带宽，可以防止信息传输中的冲突；同时，还可以降低设备的能耗，因为无线射频只有在时隙才会打开。

(5)电池工作寿命大于3年，最佳目标为与设备的寿命相同(15年以上)，这与应用的具体要求和环境有关。

(6)具有高可靠的通信能力、自组织和自愈能力强、支持冗余无线路径和冗余网关/网络协调器。

3、由于采用无线Hart通信，本发明的无线Hart车位探测系统具有易于安装和维护、系统功耗低、高可靠通信性能、自适应跳频、抗干扰能力强、系统自组织和自愈能力强等特点；本发明的无线Hart地磁车位探测器具有性能稳定、抗干扰能力强、超低功耗、通信距离远等特点；

附图说明

图1为本发明的无线Hart车位探测系统的结构示意图

图2为本发明的无线Hart地磁车位探测器的结构示意图

图3为本发明采用的PNI11096磁场测量专用集成电路的电路原理图

图4为本发明采用的无线Hart模块LTC5800-WHM芯片的结构原理图

具体实施方式

以下结合附图，具体说明本发明。

一种无线Hart车位探测系统，如图1所示，包括与停车场内车位数量相等的无线Hart地磁车位探测器1、一个以上的无线Hart网关2、一个无线Hart网络管理器3。

无线Hart地磁车位探测器1的作用是根据地磁场的变化来探测车位信息，并将探测到的数据通过无线的方式发送至无线Hart网关2。

无线Hart网关2接收无线Hart地磁车位探测器1发送来的数据，并将接收到的数据通过无线方式发送至无线Hart网络管理器3。无线Hart网关2的作用是用于承担无线Hart地磁车位探测器1与系统之间的通信，并支持冗余网关的结构。

无线Hart网络管理器3通过无线方式接收无线Hart网关2发送的数据，作用是负责对无线Hart地磁车位探测器1、无线Hart网关2形成的无线Hart传感网络的组态各设备之间的通信调度、路径表的管理和无线Hart传感网络健康状况的管理和报告。

另外，无线Hart车位探测系统还包括上位机4，其通过有线的方式与无线Hart网络管理器3进行数据通信。

本发明的无线Hart车位探测系统具体工作方式如下：

埋置于车位地面下的无线Hart地磁车位探测器1根据地磁场的变化来探测车位信息，并将探测到的数据通过无线的方式发送至无线Hart网关2。安装在停车场中的无线Hart网关2通过无线方式接收无线Hart地磁车位探测器1发送来的数据，并将接收到的数据通过无线方式发送至无线Hart网络管理器3。无线Hart网络管理器3将接收到的数据通过有线的方式传输给上位机4，上位机4对接收到的数据进行处理，并提供停车场界面管理。

一种无线Hart地磁车位探测器，如图2所示，包括地磁传感单元5、微控制器6、晶振单元7、无线Hart模块8及电源管理单元9。

地磁传感单元5作用是把地磁场的变化转换成电信号，该电信号输入微控制器6的A/D采样输入端口进行相应的处理。本发明的无线Hart地磁车位探测器中的地磁传感单元5采用PNI公司的PNI11096磁场测量专用集成电路，该芯片利用PNI公司开发的SEN-S65磁感技术磁传感器，能够同时对三轴磁场强度进行测量。每个传感器是独立有选择地进行测量，而且有独立的组配测量方案，通过磁阻效应可以把磁场的变化转换为对应变化的电流。其中，SEN-S65磁感技术磁传感器，使用一个单螺线管作为张弛振荡器来感应磁场，随着磁场的变化振荡器输出的频率也随之发生变化，具有体积小、响应时间快、精度高、抗干扰能力强、受温度影响较小、价格低等特点。图3为本发明采用的PNI11096磁场测量专用集成电路的电路原理图。

微控制器6的作用是通过A/D采样输入端口把地磁传感单元5传输的地磁模拟信号转换成数字信号，然后对采样后的地磁信号进行处理，得到车位的状态信息，该车位状态信息经微控制器6的数据输出端口传输至无线Hart模块8的数据输入端口。为了避免或过滤相邻车位的地球磁场干扰，适当地在地磁信号上进行一些阀值的设置来进行一定程度的数据转换，这样就能够有效而可靠地进行地磁的抗干扰设计。本发明的无线Hart地磁车位探测器中的微控制器6采用TI(德州仪器)公司的超低功耗微处理器MSP430系列单片机。

为了避免无线高频的干扰和提高探测器整体的稳定性，本发明的无线Hart探测器中的晶振单元7包含两个晶振，其中一个选用32MHz的无源晶振单元作为微控制器6的外部振荡器，另一个晶振选用32.768KHz的无源晶振，其作用是让系统在空闲时能够处于超低功耗且同时可以提供准确的唤醒时钟。

无线Hart模块8的作用是接收微控制器6输出端口传送的数据，按照无线Hart协议，对数据进行处理并以无线的方式将数据包发送给无线Hart网关2。无线Hart协议提供了一种低成本、低传输速率的无线解决方案，工作于2.4GHzISM射频频段，在IEEE802.15.4标准的基础上，针对复杂环境，提供公共频带下的高可靠无线网络通信技术，具有信道调频、空闲信道评估、可调节送功率功能，支持无线Hart网络和其他ISM频段设备的共存。本发明的无线Hart探测器中的无线Hart模8采用Dust Networks公司的LTC5800-WHM芯片，具有超低功耗、通信距离远、自适应跳频、抗干扰能力强等特点。图4为无线Hart模块LTC5800-WHM芯片的结构原理图。

本发明的无线Hart地磁车位探测器具体工作方式如下：

无线Hart地磁车位探测器通过地磁传感单元5采集车位的磁场信号，该信号经地磁传感单元5的信号输出端传送至微控制器6的A/D采样输入端，并进行数据处理，然后微控制器6将处理后的数据传输至无线Hart模块8，数据经处理后，该模块将数据包发送给无线Hart网关2。

Claims (2)

1.一种无线Hart车位探测系统，其特征在于，包括与停车场内车位数量相等的无线Hart地磁车位探测器、一个以上的无线Hart网关、一个无线Hart网络管理器；

所述的无线Hart地磁车位探测器，埋置于车位地面下，根据地磁场的变化来探测车位信息，并将探测到的数据通过无线的方式发送至无线Hart网关；

所述的无线Hart网关，安装在停车场中，通过无线方式接收无线Hart地磁车位探测器发送来的数据，并将接收到的数据通过无线方式发送至无线Hart网络管理器；

所述的无线Hart网络管理器，通过无线方式接收无线Hart网关发送的数据，负责对无线Hart地磁车位探测器、无线Hart网关形成的无线Hart传感网络的组态、各设备之间的通信调度、路径表的管理和无线Hart传感网络健康状况的管理和报告。

2.根据权利要求1所述的一种无线Hart车位探测系统，其无线Hart地磁车位探测器包括地磁传感单元、微控制器、晶振单元、无线Hart模块及电源管理单元；

所述的地磁传感单元的信号输出端口与微控制器的A/D采样输入端口相连接，微控制器的时钟端口与晶振单元相连接，微控制器的数据输出输入端口与无线Hart模块的数据输出输入端口相连接，电源管理单元的输出端口与地磁传感单元、微控制器、无线Hart模块的电源输入端口相连接；

所述的地磁传感单元采用PNI公司的PNI11096磁场测量专用集成电路，用于检测地磁场的变化，实现车位状态的探测；

所述的微控制器采用TI(德州仪器)公司的超低功耗微处理器MSP430系列单片机；

所述的晶振单元包含两个晶振，一个采用32MHz的无源晶振作为微控制器的外部振荡器，另一个晶振选用32.768KHz的无源晶振；

所述的无线Hart模块采用Dust Networks公司的LTC5800-WHM芯片，实现无线Hart网络协议，组成无线Hart传感器网络车位探测系统；

所述的无线Hart网络协议为WirelessHART协议，工作于2.4GHz ISM射频频段，在IEEE802.15.4标准的基础上，针对工厂复杂环境，提供公共频带下的高可靠无线网络通信技术，是一种适用于工业环境的可伸缩、高可靠、低功率的无线传感器网络通信协议，兼容IEEE802.15.4标准和IEC62591标准。

Images