CN104637311A - 用于采集停车和堵车信息的无线车辆感应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于采集停车和堵车信息的无线车辆感应器，主要解决现有技术待机时间短、体积大、安装维护不便的问题。其包括地磁传感器(1)、控制器(2)、无线通信模块(3)和电池(4)；地磁传感器(1)按照控制器(2)设定的工作机制感应地磁信号变化，控制器(2)对该信号变化数据进行存储后，再按照设定的机制通过无线通信模块(3)发送到中心服务器，实现中心对无线车辆感应器的管理。本发明具有车辆识别准确、工作时间长、管理维护简便、组网稳定的优点，可应用于停车场、城市路边停车位计时、计费管理和道路交通管理，进一步可用于城市路况信息采集、行车诱导指挥，行车过程控制和交通信息服务系统的建设。

Description

用于采集停车和堵车信息的无线车辆感应器

技术领域

本发明属于电子元器件技术领域，特别涉及一种无线车辆感应器，可应用于停车场、城市路边停车位计时、计费管理和道路交通的管理，进一步可用于城市路况、行车诱导指挥，行车过程控制和信息服务系统的建设。

背景技术

近年来，随着经济社会的不断发展，城市化进程发展迅速，城市汽车保有量逐年成倍提高，道路承载能力和停车资源停车能力面临严峻挑战，城市道路交通拥堵是目前各个国家普遍遇到的一大难题，据交管部门统计，预计2015年北京市机动车保有量将达600万辆。目前机动车保有量达520万辆，高峰时拥堵时间超过4个半小时，即使采取了限行措施，中度以上拥堵时间也会达到2至3小时。另据调查还发现，中国有15座大城市每月消耗在堵车上面的费用接近10亿元，而北京这类超大城市的月均拥堵成本高达60亿元，还呈不断上升趋势。堵车给人们的日常生活带来了极大的不便，也给国民经济带来了巨大的损失。停车难，乱停车，造成的交通堵塞、交通事故、管理混乱的现象日趋严重，堵车和停车难问题已成了人们出行的一大困难；高收费、乱收费、数额巨大的停车费不知去向，也成了政府管理工作中最大的难题。道路交管和停车管理的工作日趋复杂，已经严重影响了人民生活与社会经济发展。

目前的停车管理中，路边停车通常采用了咪表和手持POS机的方式，由于咪表建设时需栽杆、布线，必须破坏路面，施工协调困难，费用高。使用时需提前办储值卡，而大多数驾驶员都没有办，无法使用；有卡的人刷卡、计费操作时间长，需经常预付费，也很麻烦。咪表的使用越来越不能适应越来越紧张的地面资源和快速增长、数量巨大的车辆出入的需要。POS机虽说小巧灵活，收费员使用方便，但是出现很多情况是驾驶员与收费员议价，不按照规定执行、不计时、少计时情况屡见不鲜，造成大量的停车收费不知去向，给政府财政造成大量损失。据新华网2014年11月24日报道：北上广津停车费至少一半收上来的钱没进政府口袋，四个城市一年的财政损失超过10亿元。

上述这些方法虽然对于停车管理有一定的作用，但仍存在以下问题：

第一种使用咪表方法的缺点是：建设难度大，要立杆、挖沟、布电缆、施工协调越来越难以执行；另外司机办卡、用卡、预付费都很麻烦，目前办有这样停车卡的司机不到1％，因此这种方法难以推广。

第二种手持POS机方法的缺点是：不能统计车位真实的使用状况，收费过程中收费员来不及收或不按规定收，造成停车费跑冒滴漏现象时常发生，造成大量的停车收费不知去向，给政府财政造成大量损失。

为了应对每天的高峰期堵车现象，目前采用的解决方法主要有以下几种：

第一种方法是建立城市路况视频监控系统：在城市各个路口、路段安装摄像头，将路上行驶车辆的情况视频传输到交通指挥中心，中心建立呼叫中心和话务台实时观测路况通过广播或网站发布提供给行车人员。

第二种方法是利用广播电台发动出租车司机或热心私家车主作为信息员打热线电话提供所行驶路段的交通状况，再通过广播发布实时路况；

上述这些方法虽然对于路况采集有一定的作用，但仍存在以下问题：

第一种路况视频监控系统技术的缺点是：在路边安装摄像头还需要敷设光缆、电力线还有户外使用的性能要求较高的摄像头、编解码器、光端机等，要想了解各个路口，各条路段车流状况，投入的摄像头的数量不能少，这些建设造成投入资金数额巨大。另外，指挥中心处理和观察视频图像投入的存储设备容量也非常大、显示设备多、中心处理器设备性能要求高，调度观察员从众多图像中查找想要的图像显得非常困难。

第二种利用广播电台发布实时路况的方法的缺点是：接收义务信息员提供的信息来源太少，信息的准确性不确定，在一个时间段能够广播出去的路况信息更是少之又少，并且路况变化无法及时更新，导致信息不准确。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种用于采集停车和堵车信息的无线车辆感应器，以及时准确的感知车辆存在与否，并利用无线传输实时将状态信息传送给收费管理员和管理中心，准确了解车位或车道的状况，对车辆进行直接、有效的管理。

本发明的技术方案是这样实现的：

一.技术原理：

地球磁场在一定范围内是均匀和稳定的，当有铁磁物体进入一个区域时，会对周围的地球磁场产生扰动。汽车是一个大型的铁磁质物体，它对所处位置的地球磁场是有影响的，如果在汽车的下方放置一个高灵敏度的地磁传感器，会很清楚的看到由于汽车的存在所引起的周围磁场变化。将这种变化处理后转变成电流或电压值输出，即可清楚的表示车辆的到来、停放或者经过。

本发明根据这个原理，设计车辆感应器，并将地磁传感器所输出的电流或电压信号利用无线电信号发送出去，通过无线路由器连接到互联网服务器，就可实现车辆感应信号的无线传输。

二.无线车辆感应器结构：

本发明无线车辆感应器包括：地磁传感器、控制器、无线通信模块和电池；地磁传感器按照控制器设定的工作机制感应地磁信号变化，控制器对该信号变化数据进行存储后，再按照设定的机制通过无线通信模块发送到中心服务器，实现中心对车辆感应器的管理，其特征在于：

控制器，包括：

现场环境自学习模块：用于控制地磁传感器测量和标定所处地磁环境的基准值；

传感器工作控制模块：用于设定地磁传感器间歇性工作的间隔时间，以降低传感器的电能消耗；

无线发射控制模块：用于设定无线通信发射信号间歇性工作的规则，以减少无线通信发射机的工作时间；

远程监控模块：用于远程设置整个无线车辆感应器的工作参数，监控其工作状态；

无线通信单元包括：

发射功率自适应模块：用于自适应调整无线车辆感应器安装到现场后的发射功率，以减少不必要的大功率浪费；

自组网管理控制模块：用于在无线车辆感应器安装到现场后，自适应加入通信网络，适应网络的通信机制；

断网恢复模块：用于在无线车辆感应器或网络出现故障后自动恢复网络通信。

上述一种用于采集停车和堵车信息的无线车辆感应器，其特征在于：地磁传感器采用单轴、双轴或三轴各向异性的地磁传感器。

上述用于采集停车和堵车信息的无线车辆感应器，其特征在于：控制器，进一步包括：内部存储器、处理器和数字接口的单片机处理器，所述的现场环境自学习模块、传感器工作控制模块、无线发射控制模块和远程监控模块固化在该单片机处理器内。

上述用于采集停车和堵车信息的无线车辆感应器，其特征在于：无线通信模块，进一步包括：通信数据处理器、通信协议、调制解调器、收发信机和天线，所述的发射功率自适应模块、自组网管理控制模块和断网恢复模块固化在该通信数据处理器内。

上述用于采集停车和堵车信息的无线车辆感应器，其特征在于：所述的地磁传感器、控制器和无线通信单元可分开布置也可布设在一块电路板上。

上述用于采集停车和堵车信息的无线车辆感应器，其特征在于：所述的控制器和无线通信单元可为分体器件也可为结合在一体的无线控制器或称无线单片机。

上述的无线通信单元，其特征在于：天线采用微带天线，直接布设在电路板上或采用引线外接天线。

上述用于采集停车和堵车信息的无线车辆感应器，其特征在于：电池采用普通电池、锂电池或太阳能电池。

上述的用于采集停车和堵车信息的无线车辆感应器，其特征在于：所述电路板和电池均固定在能防水、耐压、耐热的外壳内，安装到停车位或车道现场。

本发明具有如下优点：

1.判断车辆存在的灵敏度高：

本发明选用高灵敏度的地磁传感器，可以清楚地反映由于车辆引起的周围地磁环境的变化；

2.对于车辆的判断准确性高：

本发明的控制器中设有现场环境自学习功能模块，无线车辆感应器安装到位后，通过对所在位置地磁环境自学习，以此为基准，对车辆到来时所引起的变化判断更准确，大大减少了误判；

3.多种节能模式，减少了电能消耗，延长了工作时间：

本发明的控制器中设有传感器工作控制、无线发射控制功能模块，通过远程控制感应器按照设定的时间间隔进行探测；无线通信模块在车辆来去、传感器的状态发生变化时，才发射信号，其余时间处于休眠状态，节省了电能的消耗；

本发明的无线通信单元中设有发射功率自适应模块，当感应器安装到现场后，能自动搜寻加入通信网络，自动调整发射功率到最佳值，减少了不必要的大功率发射；

4.管理维护简便：

本发明的控制器中设有远程监控模块，不仅可使服务器端能远程控制感应器开关、定时开关、设置发射功率、感应器启动间隔时间及无线发射规则，而且可以监控无线车辆感应器的工作状态、剩余电量，为服务器端的管理和远程维护提供了方便；

5.无线通信自组网快速稳定：

本发明由于在无线通信单元中设有自组网管理控制、断网恢复模块，当感应器安装到现场后，自动搜寻加入通信网络，适应网络机制，同时建立起通信保护；当一个路由器发生故障时可以切换通过其他路由器通信；当车辆感应器自组为稳定的网络后，某个设备掉线或路由器故障恢复后，可以迅速自动恢复网络通信；

6.电路设计合理，体积小巧、安装维修方便：

本发明的地磁传感器、控制器和无线通信单元均设置在一块电路板上，缩小了体积、便于在现有停车位和车道及两侧安装，提高了设备的集成度和稳定性；

本发明可采用普通电池、锂电池或太阳能电池供电，当感应器安装在室外时，可以采用太阳能电池供电，白天有阳光照射时边充电边工作，没有太阳照射时照常工作，节省了电能，延长了工作时间。

附图说明

图1是本发明的电路原理框图；

图2是本发明的电路板框图；

图3是本发明的结构示意图；

图4是本发明的应用测试示意图。

具体实施方式

参照图1，本发明的无线车辆感应器包括：地磁传感器1、控制器2、无线通信模块3和电池4；地磁传感器1感应地磁信号的变化，并将感应信号传送给控制器2，控制器2对该信号变化数据进行存储后，再按照设定的机制通过无线通信模块3发送给服务器，服务器根据接收的信号进行车辆管理工作：对于停车管理，可以统计停车位占用的情况，用于引导车辆停放，或计时计费；对于道路交通管理，可以统计车流经过的数量和时间，用于判断道路交通运行状况，当有堵车或交通事故现象发生时及时疏导解决。电池4为地磁传感器1、控制器2、无线通信模块3提供电能供应。

所述地磁传感器1，采用单轴、双轴或三轴各向异性的地磁传感器，其测量范围从1mGauss到8Gauss，本实例选用但不限于Honeywell公司的HMC5983L高集成芯片。

所述控制器2，包括内部存储器、处理器和数字接口，该单片机处理器中固化有现场环境自学习模块21、传感器工作控制模块22、无线发射控制模块23和远程监控模块24。

该现场环境自学习模块21，用于控制地磁传感器测量和标定所处地的磁环境基准值。感应器对于车辆是否存在的判断不是通过简单的设置阀值，而是在安装到车位后，对所在位置的地磁环境进行自学习，获取当地的地磁场数值，以此为基准，对车辆到来时所引起的地磁场数值的变化进行判断，提高了准确性、减少了误判；

该传感器工作控制模块22，用于控制地磁传感器按照设定的时间间隔进行探测，其余时间处于休眠状态以减少电池能量的消耗；

该无线发射控制模块23，用于控制无线通信单元的开启与休眠，当有车辆来、去，使传感器的状态发生变化时，才激励无线通信单元发射信号，其余时间均处于休眠状态，以减少电池能量的消耗，延长待机时间；

该远程监控模块24，用于服务器端从远程控制感应器开关、定时开关、设置感应器的发射功率、感应器启动间隔时间、无线发射间隔时间，并监控感应器的工作状态和剩余电量，便于管理维护；

所述无线通信单元3，包括通信数据处理器、通信协议、调制解调器、收发信机和天线，该通信数据处理器内固化有发射功率自适应模块31、自组网管理控制模块32、断网恢复功能模块33；

该发射功率自适应模块31，用于感应器安装到现场并与无线路由器建立通信后，自适应调整发射功率到最佳值，以减少不必要的大功率发射；

该自组网管理控制模块32，用于感应器在现场搜寻并加入通信网络，同时建立与路由器通信的保护，当一个路由器发生故障时可以切换到其他路由器进行通信；

该断网恢复模块33，用于在感应器自组为固定的网络后，若某个设备掉线或路由器出现故障后的恢复，可以迅速自动恢复网络通信；

该天线，采用微带线结构或采用引线外接天线，用于无线信号的发射与接收。

本实例对上述控制器2和无线通信单元3，选用但不限于TI公司的无线单片机二合一集成芯片CC2538，即将所述的各功能模块写入该二合一集成芯片中。且该二合一集成芯片CC2538、作为地磁传感器的高集成芯片HMC5983L和微带天线布设一块电路板上6，如图2所示。

参照图2、图3，本发明将电路板6和电池4固定在大小为120×120×18mm的壳体5内，且电路板与电池电连接。该壳体5的主体为铝、硬橡胶或其他坚固耐压材料做成，放置电路板的位置加有非金属盖板，以保证无线信号可以正常收发。电路板和电池固定在壳体中后，进行密封，且整个壳体接缝处需用防水胶涂抹，防止在实际应用中受到雨水侵蚀。

本发明的无线车辆感应器根据实际用途可安装在停车场、路边的停车位和行车道的路面上。停车位的应用主要是用于解决停车计时收费管理或驾驶员寻找停车位导航；行车道安装可实现车流量和道路车辆行驶速度的统计，为交通路况信息形成和交通指挥管理提供依据。

参照图4，本发明的工作原理如下，以停车位的感应为例：

将本发明的无线车辆感应器，固定在停车位正中央，在距离20米远处安装路由器，路由器与计算机通过网线连接。车辆感应器安装完成后，自动搜寻网络，当接收到路由器信号后，连入网络，无线发射功率开始自动调整，稳定后比搜寻网络时的发射功率下降，车辆感应器开始工作。

首先，由计算机下发自学习命令，30秒后车辆感应器上报数值，将此数值设置为地磁环境基准值；

接着，由计算机下发传感器工作时间设置命令，传感器每隔1分钟工作1次；

接着，计算机下发无线通信发射规则设置命令，无线通信模块在传感器信号发生变化时启动工作发送传感器信号，该传感器信号被发射后，无线通信模块恢复到休眠状态；

然后，从计算机观察车辆感应器在车辆进入、停放和离开时的信号变化，当汽车开到车位感应器的上方时，计算机接收值与基准值相比有明显变化，说明有汽车到来，此数值命名为“有车值”。当汽车离开时，感应器恢复到地磁基准值；汽车反复进出停车位，计算机显示数值在基准值与“有车值”之间切换；当车位无车时，计算机显示数值为基准值不变，当汽车静止在车位上时，计算机显示数值保持在“有车值”不变。由此可用基准值作为空车位的指示，而将“有车值”作为车位占用的指示，以此作为停车场车位状况的指示统计，并应用于互联网服务器进行停车指引，车场管理员和驾驶员均可以通过电脑或智能手机获取车位状况信息。

接下来，通过计算机测试远程监控功能对车辆感应器的功率进行远程调整，并可远程查看电池剩余电量，实现远程对车辆感应器的开与关；

当车辆感应器电源关断时；从计算机可观察到车辆感应器脱网，重新加电后，又恢复正常；将路由器关断再重开，车辆感应器重新加入网络。

实验时，汽车从车辆感应器上碾压，经过来回多次，感应器工作正常；在感应器上方淋水至淹没，感应器仍然工作正常。结果证明，本发明感应器各项功能模块工作稳定、效果明显、感应器外壳防水、耐压。

Claims (9)

1.一种用于采集停车和堵车信息的无线车辆感应器，包括：地磁传感器(1)、控制器(2)、无线通信模块(3)和电池(4)；地磁传感器(1)按照控制器(2)设定的工作机制感应地磁信号变化，控制器(2)对该信号变化数据进行存储后，再按照设定的机制通过无线通信模块(3)发送到中心服务器，实现中心对无线车辆感应器的管理，其特征在于：

控制器(2)，包括：

现场环境自学习模块(21)：用于控制地磁传感器测量和标定所处地磁环境的基准值；

传感器工作控制模块(22)：用于设定地磁传感器间歇性工作的间隔时间，以降低传感器的电能消耗；

无线发射控制模块(23)：用于设定无线通信发射信号间歇性工作的规则，以减少无线通信发射机的工作时间；

远程监控模块(24)：用于远程设置整个无线车辆感应器的工作参数，监控其工作状态；

无线通信单元(3)包括：

发射功率自适应模块(31)：用于自适应调整无线车辆感应器安装到现场后的发射功率，以减少不必要的大功率浪费；

自组网管理控制模块(32)：用于在无线车辆感应器安装到现场后，自适应加入通信网络，适应网络的通信机制；

断网恢复模块(33)：用于在无线车辆感应器或网络出现故障后自动恢复网络通信。

2.根据权利要求1所述的用于采集停车和堵车信息的无线车辆感应器，其特征在于：地磁传感器(1)单轴、双轴或三轴各向异性的地磁传感器。

3.根据权利要求1所述的用于采集停车和堵车信息的无线车辆感应器，其特征在于：控制器(2)，进一步包括：内部存储器、处理器和数字接口的单片机处理器，所述的现场环境自学习模块(21)、传感器工作控制模块(22)、无线发射控制模块(23)和远程监控模块(24)固化在该单片机处理器内。

4.根据权利要求1所述的用于采集停车和堵车信息的无线车辆感应器，其特征在于：无线通信模块(3)，进一步包括：通信数据处理器、通信协议、调制解调器、收发信机和天线，所述的发射功率自适应模块(31)、自组网管理控制模块(32)和断网恢复模块(33)固化在该通信数据处理器内。

5.根据权利要求1所述的用于采集停车和堵车信息的无线车辆感应器，其特征在于：所述的地磁传感器(1)、控制器(2)和无线通信单元(3)可分开布置也可布设在一块电路板上。

6.根据权利要求1所述的用于采集停车和堵车信息的无线车辆感应器，其特征在于：所述的控制器(2)和无线通信单元(3)可为分体器件也可为结合在一体的无线控制器或称无线单片机。

7.根据权利要求4或5所述的无线通信单元(3)，其特征在于：天线采用微带天线，直接布设在电路板上或采用引线外接天线。

8.根据权利要求1所述的用于采集停车和堵车信息的无线车辆感应器，其特征在于：电池(4)采用普通电池、锂电池或太阳能电池。

9.根据权利要求5或7所述的用于采集停车和堵车信息的无线车辆感应器，其特征在于：所述电路板和电池(4)均固定在能防水、耐压、耐热的外壳内，安装到停车位或车道现场。