CN106652479A - 一种地磁传感的无线低功耗车位检测系统 - Google Patents

一种地磁传感的无线低功耗车位检测系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及智能交通技术领域，公开一种地磁传感的无线低功耗车位检测系统。该发明包括负责车位检测的无线地磁传感器终端节点、负责转发数据的无线路由节点以及汇总监测数据的网络中心；所述无线地磁传感器终端节点布置于车位下方；所述路由节点负责收集无线地磁传感器节点的数据并以多跳路由的方式将数据转发给所述网络中心，其特征是：所述门控管理电路采用低功耗设计，所述门控管理电路的控制端和主控制器的I/O引脚相连，改变I/O引脚的电平即可以实现门控管理电路的开启和关闭。本发明通过采用门控管理电路低功耗设计，使车位检测系统具有低功耗、实用价值高的特性。

Description

一种地磁传感的无线低功耗车位检测系统
技术领域
本发明涉及智能交通技术领域，更具体地说，特别涉及一种地磁传感的无线低功耗车位检测系统。
背景技术
随着经济的发展，人们的生活水平也越来越高，汽车正逐渐走进寻常百姓家，各个大中小城市的汽车拥有量都成爆发式的增长态势。交通工具方便了人们的生活，但车辆的日益增加，在某种程度上也给生活带来了诸多的不便。城市的中心地段的商用建筑和商业中心附近少有的停车场所远不能满足实际需求。很多受限于停车难问题瓶颈的公共场所，都很难在短期内改善目前的状况。“停车难”是中国乃至全球需要解决的重大问题。因此，如何快速准确地寻找到空闲的停车位是当今的一个研究热点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种地磁传感的无线低功耗车位检测系统，该车位检测系统具有低功耗、实用价值高的特性。
一种地磁传感的无线抗干扰车位检测系统，包括负责车位检测的无线地磁传感器终端节点、负责转发数据的无线路由以及汇总监测数据的网络中心。
无线地磁传感器终端节点布置于车位下方，利用地刺信息检测当前车位状态，并利用冲突避免协议实现多址接入；路由节点负责收集无线地磁传感器节点的数据并以多跳路由的方式将数据转发给网络中心；网络中心汇总所有车位检测数据并将它们显示给停车用户。
无线地磁传感器节点的硬件包括：地磁传感器电路、主控制器电路、433MHz无线射频电路及电源管理电路。地磁传感器电路负责采集地磁信息，主控制器电路是整个电路的核心，负责地磁传感数据的处理，无线通信的接入控制程序和电源管理程序，433MHz无线射频电路在硬件上实现了数据的射频收发，而电源管理电路则负责整个电路的电源控制，包括充放电管理等。
进一步地，无线地磁传感器终端节点采用的地磁传感器为Freescale公司的三轴地磁传感器MAG3110。
进一步地，本发明选用完整的单节锂离子电池充电芯片 TP4057。
与现有技术相比，本发明通过采用门控管理电路低功耗设计，使车位检测系统具有低功耗、实用价值高的特性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明所述停车场车位检测系统架构图。
图2是本发明所述无线地磁车位检测节点硬件结构框图。
图3是本发明所述地磁传感器硬件电路。
图4是本发明所述MSP430F5438主控制器电路。
图5是本发明所述锂电池充放电电路。
图6是本发明所述门控管理电路。
图7是本发明所述传感器节点主程序流程图。
图8是本发明所述数据无线发送流程图。
图9是本发明所述传感节点车位检测流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
参阅图1所示，本发明提供种地磁传感的无线抗干扰车位检测系统，包括负责车位检测的无线地磁传感器终端节点、负责转发数据的无线路由以及汇总监测数据的网络中心。
无线地磁传感器终端节点布置于车位下方，利用地磁信息检测当前车位状态，并利用冲突避免协议实现多址接入；路由节点负责收集无线地磁传感器节点的数据并以多跳路由的方式将数据转发给网络中心；网络中心汇总所有车位检测数据并将它们显示给停车用户。
无线地磁传感器节点的硬件包括：地磁传感器电路、主控制器电路、433MHz无线射频电路及电源管理电路。地磁传感器电路负责采集地磁信息，主控制器电路是整个电路的核心，负责地磁传感数据的处理，无线通信的接入控制程序和电源管理程序，433MHz无线射频电路在硬件上实现了数据的射频收发，而电源管理电路则负责整个电路的电源控制，包括充放电管理等。系统框图如图2所示。
无线地磁传感器终端节点采用的地磁传感器为Freescale公司的三轴地磁传感器MAG3110。MAG3110是一种小型的低功耗、数字式轴磁力计，具有宽广的动态范围；MAG3110磁力计可以测量所处位置磁场水平方向两轴和垂直方向轴一共3个轴向的地磁数据。MAG3110通过标准的I2C串形接口和MCU相连，能够测量高达10Gs的所在位置磁场，输出数据速率可达80Hz。MAG3110地磁传感器电路如图3所示。
主控制器采用MSP430F5438。MSP430系列是一个16位的、具有精简指令集的、超低功耗的混合型单片机，MSP430F5438能够实现在1.8～3.6V电压和1MHz的时钟条件下运行，它具有256kB闪存，16kB RAM，12位 ADC、4个USCI，32位HW乘法器。MSP430F5438主控制器电路如图4所示。
电源管理电路负责整个电路的电源控制，包括供电管理、充放电管理以及电路门控管理。其中，门控管理电路采用低功耗设计。低功耗设计包含硬件和软件两部分，其中硬件设计主要采用低功耗器件和必要的门控管理电路。本发明采用了2个门控管理电路来分别管理地磁传感器和无线传输模块，原理图如图5所示。门控管理电路的控制端和主控制器的I/O引脚相连，改变I/O引脚的电平即可以实现门控管理电路的开启和关闭。在关闭状态下，外设电路静态电流只是由2个MOS管的漏电流产生的（小于100nA），因此，它可以被看作是零功耗；在开启状态下，2个MOS导通，从而分别给地磁传感模块和射频模块供电。
本发明选用完整的单节锂离子电池充电芯片TP4057，带电池正负极反接保护，采用恒定电流/恒定电压线性控制。TP4057可以适合USB电源和适配器电源工作。TP4057采用了内部PMOSFET架构，加上防倒充电路，所以，不需要外部检测电阻器和隔离二极管。充满电压固定于4.2V，而充电电流可通过一个电阻器进行外部设置。当电池达到4.2V之后，充电电流降至设定值1/10，TP4057将自动终止充电。当输入电压（交流适配器或USB电源）被功能切掉时，TP4057自动进入一个低电流状态，电池漏电流在2以下。TP4057无电池双灯全灭充电电路如图6所示。
传感器节点软件的主流程图如图7所示，主流程为系统初始化，包括初始化主控制器、地磁传感器以及射频模块，然后发出网络搜索指令搜索附近路由器，待成功加入网络后，采集地磁数据并判断车位状态，如果车位状态无变化，则直接休眠；如发生变化，则将数据发送到路由节点再休眠，休眠一定时间后唤醒，重新开始检测车位状态。
由于传感区域可能会有多个节点，因此，无线发送必须采用一定的冲突避免方法来保证数据传输的可靠性。本发明采用的冲突避免方法如图8所示，发送数据时先进行载波侦听，如果信道空闲则发送数据，如果接收到自动应答，则数据发送成功，结束本次发送；如果未收到自动应答，则随机延时一段时间后再次发送，如果超过最大重发次数，则判断发送失败，并结束本次发送。
地磁车位检测方法的流程如图9所示。检测必须用到判决门限，由于地磁数据是随时变化的，因此，这个门限是最近10次地磁采集数据的平均值。在主流程初始化当中，传感器节点连续采集并设置了这个门限。在车位检测流程中，程序先判断上次车位的状态，并将采集到的数据与门限进行对比。如果上次车位状态是空且本次数据没有超过门限，则证明当前车位状态也是空，门限值将本次数据作为参考，加权平均后得到新门限；如果超过，且连续5次超过，则判定当前车位已被占用；反之，当上次车位状态是忙的时候，流程亦如此类推。
在功耗方面，经测试，传感器节点在车位检测时功耗大约为12mA左右，时间平均均为4ms，发送数据时功耗电流约为33mA，时间平均约20ms，休眠状态下功耗电流约5左右,以每2s采集一次，一天发送20次数据来计算（车位状态变化10次），每天的耗电量约0.3036mA·h，按照一节18650锂电池容量为1800mA·h计算，如果电池效率为60%，在此种情况下节点能连续工作约3557天左右，完全满足低功耗的要求。
本发明的工作原理为：无线地磁传感器终端节点布置于车位下方，利用地刺信息检测当前车位状态，并利用冲突避免协议实现多址接入；路由节点负责收集无线地磁传感器节点的数据并以多跳路由的方式将数据转发给网络中心；网络中心汇总所有车位检测数据并将它们显示给停车用户。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本发明的权利要求所描述的保护范围，都应当在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种地磁传感的无线抗干扰车位检测系统，包括负责车位检测的无线地磁传感器终端节点、负责转发数据的无线路由节点以及汇总监测数据的网络中心；所述无线地磁传感器终端节点布置于车位下方，利用地磁信息检测当前车位状态，并利用冲突避免协议实现多址接入；所述路由节点负责收集无线地磁传感器节点的数据并以多跳路由的方式将数据转发给所述网络中心；所述网络中心汇总所有车位检测数据并将它们显示给停车用户；所述无线地磁传感器节点的硬件包括地磁传感器电路、主控制器电路、无线射频电路及电源管理电路，电源管理电路包括供电管理、充放电管理以及电路门控管理；其特征在于：所述门控管理电路采用低功耗设计，所述门控管理电路的控制端和主控制器的I/O引脚相连，改变I/O引脚的电平即可以实现门控管理电路的开启和关闭。
2.一种使用权利要求1的检测系统的传感器检测车位的方法，其特征在于：首先进行系统初始化，包括初始化主控制器、地磁传感器以及射频模块，然后发出网络搜索指令搜索附近路由器，待成功加入网络后，采集地磁数据并判断车位状态，如果车位状态无变化，则直接休眠；如发生变化，则将数据发送到路由节点再休眠，休眠一定时间后唤醒，重新开始检测车位状态。
3.一种使用权利要求1的检测系统避免冲突的方法，其特征在于：发送数据时先进行载波侦听，如果信道空闲则发送数据，如果接收到自动应答，则数据发送成功，结束本次发送；如果未收到自动应答，则随机延时一段时间后再次发送，如果超过最大重发次数，则判断发送失败，并结束本次发送。
4.一种使用权利要求1的检测系统的地磁车位检测的方法，其特征在于：检测必须用到判决门限，这个门限是最近10次地磁采集数据的平均值；在主流程初始化当中，传感器节点连续采集并设置了这个门限；在车位检测流程中，程序先判断上次车位的状态，并将采集到的数据与门限进行对比；如果上次车位状态是空且本次数据没有超过门限，则证明当前车位状态也是空，门限值将本次数据作为参考，加权平均后得到新门限；如果超过，且连续5次超过，则判定当前车位已被占用；反之，当上次车位状态是忙的时候，流程亦如此类推。
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