CN106710301A - 远程地址编码式多探头超声波车位监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种远程地址编码式多探头超声波车位监测装置及方法，该监测装置包括设置于半球形外壳上的：一处理器；以及分别与其通信的：两个超声波发射模块，其与处理器通信，包括两个波束角为60°的超声波发射探头；一超声波接收模块，其与处理器通信，包括一个波束角为60°的超声波接收探头，两个超声波发射探头与一个超声波接收探头呈倒立三角形分布，并且，两个超声波发射探头为上下设置；和一红外线编码模块，用于接收红外线信号，并根据不同停车场的车位监测距离需求，通过操作码的更改，进行地址编码设置。

Description

远程地址编码式多探头超声波车位监测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种车位监测装置，具体涉及一种远程地址编码式多探头超声波车位监测装置及方法。属于超声波监测技术领域。

背景技术

每到高峰时节，停车场内泊位总是供不应求，新进车辆在停车场内就好像没头苍蝇，不知所措。这种毫无目的的寻找车位，不单单造成了时间浪费，更是引发了一系列问题：交通变得更加拥堵，驾驶员的心情变得更加烦躁，车辆排放的尾气不断污染着环境等等。造成这种现状的原因之一就是停车场内没有一种简单、高效和可靠的对车位监测的装置。

现有的超声波监测装置多采用双探头，即一个发送超声波信号，另一个接收超声波信号。运用于地下停车场的超声波探头，为实现探头地址的设置，集成了手动拨码开关装置。通过手动拨码，来改变超声波探测器的地址。目前这种技术存在不便和不足：监测的成功率有待提高；手动拨码设置地址，麻烦且地址个数受限于拨码开关的数量。因此，超声波监测装置的设计有待于改进与提高。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种远程地址编码式多探头超声波车位监测装置。

本发明还提供了上述监测装置对应的一种远程地址编码式多探头超声波车位监测方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

远程地址编码式多探头超声波车位监测装置，其设置于地面以上2.5～3米位置处，它包括设置于半球形外壳上的：

一处理器；以及分别与其通信的

两个超声波发射模块，包括两个波束角为60°的超声波发射探头；

一超声波接收模块，包括一个波束角为60°的超声波接收探头，所述的两个超声波发射探头与一个超声波接收探头呈倒立三角形分布，并且，两个超声波发射探头为上下设置；

一红外线编码模块，用于接收红外线信号，并根据不同停车场的车位监测距离需求，通过操作码的更改，进行地址编码设置。

优选的，所述三角形为等边三角形，其边长为5～10cm。

优选的，所述监测装置还包括有线通讯模块，处理器通过所述有线通讯模块与控制中心的计算机通信。

进一步优选的，所述有线通讯模块采用RS485通讯。

优选的，所述监测装置还包括电源模块，其为处理器、超声波发射模块、超声波接收模块以及红外线编码模块供电。

进一步优选的，所述电源模块包括电源芯片，其型号为LM2596-5。

优选的，所述处理器为单片机，其型号为STC89C52。

优选的，所述超声波发射模块还包括超声波发射芯片，其分别与超声波发射探头和处理器连接，所述超声波发射芯片的型号为74LS04；所述超声波接收模块还包括超声波接收芯片，其分别与超声波接收探头和处理器连接，所述超声波接收芯片的型号为CX20106；所述超声波发射探头以及超声波接收探头均采用40kHz。

优选的，所述红外线编码模块包括依次连接的红外线编码芯片与振荡器，所述红外线编码芯片的型号为LF0038L。

上述监测装置对应的远程地址编码式多探头超声波车位监测方法，具体步骤是：接收红外线信号，并根据不同停车场的车位监测距离需求，通过操作码的更改，进行地址编码；然后利用发射的超声波遇到车辆会产生显著反射回波，与无车时回波到达接收探头时间不同来判别有车无车，在该过程中，通过两个超声波发射探头和一个超声波接收探头的位置设置保证发射超声波的覆盖面积以及反射回波的接收准确性。

优选的，所述红外线编码模块的设计方法如下：用持续600μs的高电平加上持续1.2ms的低电平为逻辑1，周期为1.8ms；用持续600μs的高电平加上持续600μs的低电平为逻辑0，周期为1.2ms。

进一步优选的，根据高电平后的低电平宽度来判定当前的逻辑电平，具体方法是：在600μs的高电平后再延时900μs进行电平高低的检测，倘若为低电平，则当前位为逻辑1，否则当前位为逻辑0。

从位的定义上我们可以看出不论是逻辑为1的电平还是逻辑为0的电平都是以持续600μs的高电平开始，所以可以根据高电平后的低电平宽度来判别当前的逻辑电平是0还是1。在600μs的高电平后，开始再延时600μs，若检测到低电平，则当前位为逻辑1；若检测到高电平，则当前位为逻辑0。但是延时的时间既不能小于600μs，也不能大于1.2ms，所以为了保证检测的准确性，可以取在600μs高电平后再延时900μs((1.2ms+0.6ms)/2＝0.9ms)左右的时间进行当前电平高低的检测，这样更为可靠。

优选的，所述红外线编码模块采用编码协议，所发送数据格式为：引导码+地址码+操作码+操作反码；所述引导码为先持续10ms发射高电平，再持续5ms发射低电平；所述地址码为16位二进制码，用于表示监测装置的地址；所述操作码为8位二进制码，用于表示操作的类型；所述操作反码为使用与操作码相反的8位二进制码进行校验，用于提高监测装置的可靠性。

进一步优选的，所述红外线编码模块所发送数据的代码宽度算法如下：所有地址码的最长宽度为16*2.4ms＝38.4ms，所有地址码的最短宽度为16*1.2ms＝19.2ms。

进一步优选的，所述红外线编码模块的通讯协议如下：

HEADER+数据帧

HEADER—ea

ID地址—00

ID地址—00

操作码—00

操作反码—00。

进一步优选的，当振荡器激活红外线编码芯片，根据需求发射一组编码脉冲，所述编码脉冲包括：持续15ms的引导码，用于给不同检测装置设置不同的编码地址的16位地址码，8位操作码，以及8位校验用的操作反码；当持续发射红外线达到80ms，接下来将发射连发代码，并且只由起始码和结束码组成，所述起始码为10ms高电平，结束码为2.5ms低电平。

进一步优选的，所述操作码的定义如下：

(A)当操作码为01时，即是对监测装置进行重新编码的操作，接收到此操作码的监测装置，地址码被清零，并处于待机状态，等待下一次的地址重新编码和激活；

(B)当操作码为02时，处于待激活状态的监测装置以此次通讯编码脉冲所发送的ID地址作为监测装置的新地址；

(C)当操作码为11时，将监测装置的监测距离更改为1.5m；当操作码为12时，将监测装置的监测距离更改为2m；当操作码为13时，将监测装置的监测距离更改为3m。

本发明的监测装置监测面积更大，同时保证准准确，具体如下：

本发明的监测装置距离地面2.5m以上3米以下，当监测装置和车辆之间的距离太近时，监测装置存在盲区，无法正常工作，一般车辆的高度在1.5m左右，本发明的高度设置既不会影响到车辆进入车位，装置安装也比较方便。

本发明选取的超声波探头，波束角θ₂大概在60°左右。考虑到由于监测车面呈一定的角度，为避免误差产生，两个超声波发射探头与一个超声波接收探头呈倒立三角形分布，并且，两个超声波发射探头为上下设置，这样两个超声波发射探头发出的超声波能覆盖的面积比之前一个超声波探头覆盖的面积增加了几乎一倍，这样使得监测更加准确。

接收探头与发射探头之间的距离不能太近也不能太远，根据实验显示，当两个探头之间的距离小于5cm时，接收探头收到的回波变少，许多在反射边缘的回波接收探头并没有监测到；同时，当两个探头之间的距离较大时，许多在在两个探头中心的回波，接收探头并没有检测到，这就影响了监测的准确性。本发明将接收探头与发射探头之间的距离设置为5～10cm，保证了收发的准确无误。

本发明的有益效果：

1、本发明利用发射的超声波遇到车辆会产生显著反射回波，与无车时回波到达接收探头时间不同来判别有车无车，但有许多的误差或者问题会影响监测的准确性，选择本发明的多发射探头，合适角度的设计可以有效避免误测的出现。

2、本发明所采用的地址编码方法，利用不同编码的超声波装置发出不同长短的超声波，本装置只接受自己的超声波，避免了环境噪声和相邻超声波装置的干扰。

3、超声波监测装置留有RS485通讯接口，方便信息的传输。

附图说明

图1是本发明的装置结构示意图；

图2是超声波探头的波束角θ₁结构示意图；

图3是超声波发射探头与超声波接收探头的位置设置结构示意图；

其中，1为外壳，2为超声波发射探头，3为超声波接收探头，4为红外线编码模块，θ₁为波束角，S₁为超声波的探测范围。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。

实施例1：

如图1～3所示，远程地址编码式多探头超声波车位监测装置，其设置于地面以上2.5～3米位置处，它包括设置于半球形外壳1上的：

一处理器(单片机，其型号为STC89C52)；

两个超声波发射模块，其与处理器通信，包括两个波束角θ₁为60°的超声波发射探头2(S₁为超声波的探测范围)；

一超声波接收模块，其与处理器通信，包括一个波束角θ₁为60°的超声波接收探头1，所述的两个超声波发射探头2与一个超声波接收探头3呈倒立三角形分布(边长为5cm的等边三角形)，并且，两个超声波发射探头2为上下设置；

一红外线编码模块4，其与处理器通信，用于接收红外线信号，并根据不同停车场的车位监测距离需求，通过操作码的更改，进行地址编码设置；

一有线通讯模块，采用RS485通讯，处理器通过其与控制中心的计算机通信；

一电源模块(包括电源芯片，其型号为LM2596-5)，其为处理器、超声波发射模块、超声波接收模块以及红外线编码模块供电；

其中，超声波发射模块还包括超声波发射芯片，其分别与超声波发射探头2和处理器连接，超声波发射芯片的型号为74LS04；超声波接收模块还包括超声波接收芯片，其分别与超声波接收探头3和处理器连接，超声波接收芯片的型号为CX20106；超声波发射探头以及超声波接收探头均采用40kHz。

红外线编码模块4包括依次连接的红外线编码芯片与振荡器，红外线编码芯片的型号为LF0038L。

上述监测装置对应的远程地址编码式多探头超声波车位监测方法，具体步骤是：接收红外线信号，并根据不同停车场的车位监测距离需求，通过操作码的更改，进行地址编码；然后利用发射的超声波遇到车辆会产生显著反射回波，与无车时回波到达接收探头时间不同来判别有车无车，在该过程中，通过两个超声波发射探头和一个超声波接收探头的位置设置保证发射超声波的覆盖面积以及反射回波的接收准确性。

其中，红外线编码模块4的设计方法如下：用持续600μs的高电平加上持续1.2ms的低电平为逻辑1，周期为1.8ms；用持续600μs的高电平加上持续600μs的低电平为逻辑0，周期为1.2ms。根据高电平后的低电平宽度来判定当前的逻辑电平，具体方法是：在600μs的高电平后再延时900μs进行电平高低的检测，倘若为低电平，则当前位为逻辑1，否则当前位为逻辑0。

红外线编码模块4采用编码协议，所发送数据格式为：引导码+地址码+操作码+操作反码；所述引导码为先持续10ms发射高电平，再持续5ms发射低电平；所述地址码为16位二进制码，用于表示监测装置的地址；所述操作码为8位二进制码，用于表示操作的类型；所述操作反码为使用与操作码相反的8位二进制码进行校验，用于提高监测装置的可靠性。

红外线编码模块4所发送数据的代码宽度算法如下：所有地址码的最长宽度为16*2.4ms＝38.4ms，所有地址码的最短宽度为16*1.2ms＝19.2ms。

进一步优选的，红外线编码模块4的通讯协议如下：

HEADER+数据帧(4字节)

HEADER—ea

ID地址—00

ID地址—00

操作码—00

操作反码—00。

当振荡器激活红外线编码芯片，根据需求发射一组编码脉冲，编码脉冲包括：持续15ms的引导码，用于给不同检测装置设置不同的编码地址的16位地址码，8位操作码，以及8位校验用的操作反码；当持续发射红外线达到80ms，接下来将发射连发代码，并且只由起始码和结束码组成，所述起始码为10ms高电平，结束码为2.5ms低电平。

操作码的定义如下：

(A)当操作码为01时，即是对监测装置进行重新编码的操作，接收到此操作码的监测装置，地址码被清零，并处于待机状态，等待下一次的地址重新编码和激活；

(B)当操作码为02时，处于待激活状态的监测装置以此次通讯编码脉冲所发送的ID地址作为监测装置的新地址；

(C)当操作码为11时，将监测装置的监测距离更改为1.5m；当操作码为12时，将监测装置的监测距离更改为2m；当操作码为13时，将监测装置的监测距离更改为3m。

实施例2：

等边三角形的边长为10cm，其余同实施例1。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.远程地址编码式多探头超声波车位监测装置，其特征在于，其设置于地面以上2.5～3米位置处，它包括设置于半球形外壳上的：

一处理器；以及分别与其通信的

两个超声波发射模块，包括两个波束角为60°的超声波发射探头；

一超声波接收模块，包括一个波束角为60°的超声波接收探头，所述的两个超声波发射探头与一个超声波接收探头呈倒立三角形分布，并且，两个超声波发射探头为上下设置；

一红外线编码模块，用于接收红外线信号，并根据不同停车场的车位监测距离需求，通过操作码的更改，进行地址编码设置。

2.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述监测装置还包括有线通讯模块，处理器通过所述有线通讯模块与控制中心的计算机通信。

3.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述监测装置还包括电源模块，其为处理器、超声波发射模块、超声波接收模块以及红外线编码模块供电。

4.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述超声波发射模块还包括超声波发射芯片，其分别与超声波发射探头和处理器连接；所述超声波接收模块还包括超声波接收芯片，其分别与超声波接收探头和处理器连接。

5.权利要求1～4中任一项所述监测装置对应的远程地址编码式多探头超声波车位监测方法，其特征在于，具体步骤是：接收红外线信号，并根据不同停车场的车位监测距离需求，通过操作码的更改，进行地址编码；然后利用发射的超声波遇到车辆会产生显著反射回波，与无车时回波到达接收探头时间不同来判别有车无车，在该过程中，通过两个超声波发射探头和一个超声波接收探头的位置设置保证发射超声波的覆盖面积以及反射回波的接收准确性。

6.根据权利要求5所述的监测方法，其特征在于，所述红外线编码模块的设计方法如下：用持续600μs的高电平加上持续1.2ms的低电平为逻辑1，周期为1.8ms；用持续600μs的高电平加上持续600μs的低电平为逻辑0，周期为1.2ms。

7.根据权利要求5所述的监测方法，其特征在于，所述红外线编码模块采用编码协议，所发送数据格式为：引导码+地址码+操作码+操作反码；所述引导码为先持续10ms发射高电平，再持续5ms发射低电平；所述地址码为16位二进制码，用于表示监测装置的地址；所述操作码为8位二进制码，用于表示操作的类型；所述操作反码为使用与操作码相反的8位二进制码进行校验，用于提高监测装置的可靠性。

8.根据权利要求5所述的监测方法，其特征在于，所述红外线编码模块所发送数据的代码宽度算法如下：所有地址码的最长宽度为16*2.4ms＝38.4ms，所有地址码的最短宽度为16*1.2ms＝19.2ms。

9.根据权利要求5所述的监测方法，其特征在于，当振荡器激活红外线编码芯片，根据需求发射一组编码脉冲，所述编码脉冲包括：持续15ms的引导码，用于给不同检测装置设置不同的编码地址的16位地址码，8位操作码，以及8位校验用的操作反码；当持续发射红外线达到80ms，接下来将发射连发代码，并且只由起始码和结束码组成，所述起始码为10ms高电平，结束码为2.5ms低电平。

10.根据权利要求5所述的监测方法，其特征在于，所述操作码的定义如下：

(A)当操作码为01时，即是对监测装置进行重新编码的操作，接收到此操作码的监测装置，地址码被清零，并处于待机状态，等待下一次的地址重新编码和激活；

(B)当操作码为02时，处于待激活状态的监测装置以此次通讯编码脉冲所发送的ID地址作为监测装置的新地址；

(C)当操作码为11时，将监测装置的监测距离更改为1.5m；当操作码为12时，将监测装置的监测距离更改为2m；当操作码为13时，将监测装置的监测距离更改为3m。