CN106910271A - 基于低功耗的无线智能车位锁设计方法 - Google Patents

基于低功耗的无线智能车位锁设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低功耗无线智能车位锁的设计和管理方法，此方法是通过硬件级的低功耗设计及其软件管理方法来达到低功耗的目的；同时基于本发明人开发的NMOIPL系统，采用综合的网络管理方法来达到车位的高利用率和切身的用户体验等；其应用场合既可以是单个的用户管理、也可能是停车场的大场管理，还可以在他们之间根据随时随地进行切换；其系统主要由电源模块、喇叭驱动模块、电机驱动模块、方位检测模块、电量管理模块、非法碰撞监测模块、主控模块、无线传输模块等部分组成。用户通过应用客户端(APP)的使用能够很好达到综合管理自己车位的目的，从而使自己的资源能够得到充分的利用和高度的灵活性。根据目前同类产品的市场情况，此技术市场应用前景巨大。

Description

基于低功耗的无线智能车位锁设计方法
简略：
应用本发明系统的综合管理平台系统以下简称NMOIPL；
用户操作终端以下简称UCT；
服务器集群以下简称SC；
系统管理终端以下简称MCT；
孤岛车位连接方案以下简称IPIS；
小区移动连接方案以下简称MCSP；
公共/企事业单位停车场连接方案以下简称PPCP；
多功能智能遥控器以下简称R-MIRC；
终端集控器以下简称R-HUB；
智能道闸系统以下简称R-ICG；
移动智能终端以下简称R-MST；
智能路由控制器以下简称R-IRC；
4G智能路由控制器以下简称R-4IRC；
智能车位锁以下简称R-RIPL；
二层载波多路访问协议以下简称R-TLMAP；
瑞盛航多层加密传输协议以下简称R-MTEP；
技术领域
本发明主要应用在智能停车位和智能停车场管理领域的一种低功耗车位锁的设计和高效率的车位管理方法；
背景技术
在国家倡导的建设现代化智慧城市的政策上，智能交通无疑是打造智慧城市的基础；目前各大城市的交通现状是车辆过多、道路拥堵、车位极其紧张，从而造成的实现是车位越紧张，车辆在路上徘徊的时间越长，徘徊时间越长道路就越赌；那么怎么能够减少车辆在道路上行驶的时间；怎么能够增大每个车位的利用率而停更多的车等；在这样的现实背景下一个城市的车位管理和有效的利用无疑就成了一个很大的课题；同时随着智能停车位和停车场管理系统的发展，也带来了不少问题，比如：车位锁的互联网管理怎么达到最优化、车位锁本身的功耗、物理联网方案部署的简洁性、停车场的全自动管理、用户使用上的体验等问题。经过发明人长时间对本行业的探索和研究，从而发现其有着非常大的改进空间、并提出一种更有效、更人性化、更低成本的解决方案；作为此解决方案的核心设备之一的R-RIPL、本发明为整体方案的实施提供了有效支持；
发明目的
1、通过本发明能很好的解决车位锁功耗的问题，4节很普通的干电池、待机时间能够达到2年左右，使用期限在普通使用率情况下达到12个月以上；
2、通过本发明能够很好的解决在单个低功耗的车位锁情况下、达到互联网管理功能；
3、通过本发明实现车位全自动开关、并且达到全方位的互联网管理功能；
4、本发明简单实用，操作简便，贴近实际，以用户体验为主线，以质量为准绳来研发系统，包括设备的灵活性用户配置等；
5、通过本发明能够很好的解决传输安全性问题，不致使“偷锁”行为的发生，高度的保证安全性；
6、通过本发明能够杜绝设备的复制问题，做到设备的生产可追溯性；
发明内容
概述：
本发明系统是通过有效的低功耗硬件设计方案和综合性的管理方法来达到低功耗、高效管理、低成本和人性化操作要求；其硬件设计主要包括电源模块、喇叭驱动模块、电机驱动模块、方位检测模块、电量管理模块、非法碰撞监测模块、主控模块、无线传输模块等；是属于总系统方案(NMOIPL)中最底层车位管理单元，通过R-MST、R-HUB、R-IRC、R-4IRC的连接和管理来达到配合系统车位管理目的；总系统(NMOIPL)主要包括IPIS、PPCP、MCSP、SC、UCT、MCT六大部分；每部分功能和组成叙述如下。
物理连接解决方案：
其组成部分见附图1，每部分功能描述如下。
1、用户操作终端，简称UCT
此部分主要是用户操作终端，完成最终用户的操作，包括：车位预定、车位锁的授权、车锁所的控制、状态的查询、配置信息的设置、其他设备的管理等；其类型包括：汽车终端、手机终端、平板电脑、PC终端等。
2、服务器集群，简称SC
此部分主要是整个平台的数据存储中心、设备实时运营中心、业务逻辑处理中心等，其主要包括：数据库服务器、WEB服务器、设备运行服务器集群等；其数据库服务器为整个平台的数据存储中心，WEB服务器负责所有前端的管理和平台门户的UI管理等，设备运行服务器为所有平台设备的动态数据的维护和管理、并负责整个平台的设备指令的发送和传输、同时也接受设备的各类数据进行数据的历史处理和分发等。
3、系统管理终端，简称MCT
此部分主要是系统管理员和停车场管理员通过此部分完成整个系统的管理功能，包括：车位的管理、停车场的管理、收费的配置等，主要面向的操作对象有系统管理员和停车管理员。
4、孤岛车位连接方案，简称IPIS
此部分主要是支持个人车位的入网管理，从而增加车位的利用率；用户可以将自己的车位委托给第三方停车场管理人员进行管理，也可以自己单独进行管理，用户也可以不入网作为单独的一把锁进行运作等；其主要由R-RIPL、R-MIRC和R-MST等部分组成；R-RIPL为本发明中的智能车位锁、其主要功能是接受上位机的指令来负责车位的打开和关闭、同时车位异常时负责向系统平台和上位机进行上报等；R-MIRC为多功能智能遥控器、其主要功能是通过自身的配置能够手动和自动的向R-RIPL发出相应的指令、包括打开、关闭、寻锁等指令等；R-MST为移动智能终端、在其上安装UCT用户版APP完成的功能包括R-RIPL的控制和接受指令、R-MIRC的配置管理、平台的设备授权和设备的预定等管理功能。
5、小区移动连接方案，简称MCSP
对于有些小区只有少量停车位且没有连接宽带或者部署宽带不方便的情况下，此部分可以提供有效的解决方案，其主要由R-RIPL、R-MIRC和R-4IRC等部分组成；R-RIPL与上面第[0008]项描述相同；R-MIRC为多功能智能遥控器、在此方案中是基于上面第[0008]项的描述中已经配置好的情况下对R-RIPL进行各类控制操作；R-4IRC为4G路由器、其功能主要是接受到平台的指令数据对R-RIPL进行各类操作控制、并接受R-RIPL的各项告警数据、并上传到平台、由平台来决定其数据的历史和分发处理。
6、公共/企事业单位停车场连接方案，简称PPCP
停车场类型的解决方案，其部署如附件图1中的PPCP部分所示，通过管理员建立停车场的管理结构之后实行在线互动停车管理，其主要由R-RIPL、R-HUB、R-IRC、R-ICG等组成,每个车位锁可以实现多方位分组进行管理等；R-RIPL与上面第[0008]项描述相同；R-HUB为终端集控器、其主要功能为接受R-RIPL发送来的数据通过R-IRC上传到平台、由平台来决定其数据的历史和分发处理、同时通过R-IRC接受平台发送过来的操作指令对R-RIPL进行各类控制等；R-IRC为智能控制器、其功能主要是在R-HUB和平台之间起到信息中转的作用、同时也可以为此区域用户提供宽带路由的连接功能；R-ICG为智能道闸系统、其主要功能是识别车辆、二维码/条码支付打印、并将信息通过R-IRC发送到平台、然后平台根据车辆的实际情况返回指令的执行类型来控制车辆的进出等。
现就本发明具体方案下面结合详细叙述和附图进一步说明：
系统方案分为两种方案，请见附件图2和图3。
1、附图2为蓝牙解决方案，其主要包括：电源模块、喇叭驱动模块、电机驱动模块、方位检测模块、电量管理模块、非法碰撞监测模块、主控蓝牙模块等部分；电源模块将输入的电压转变为恒定的直流电压为其他各个模块提供有效电源，喇叭驱动模块接受驱动信号启动喇叭呼叫，电机驱动模块接受驱动信号来控制马达的升降，方位检测模块是检测车位锁壁运动的位置并将信息发送到主控蓝牙模块，电量管理模块为检测电池使用电量情况并发送到主控模块；非法碰撞监测模块为检测外界对车位锁的非法碰撞和操作；主控蓝牙模块为整个车位锁的核心所在、负责接受上位机的控制命令并解析执行、同时根据接受到的其他模块的信息情况向上位系统通报、并在本地做出相应的反应。
2、附图3为其他低功耗无线传输方案，其主要包括：电源模块、喇叭驱动模块、电机驱动模块、方位检测模块、电量管理模块、非法碰撞监测模块、主控模块、其他类型无线传输模块(433/315)等部分；电源模块将输入的电压转变为恒定的直流电压为其他各个模块提供有效电源，喇叭驱动模块接受驱动信号启动喇叭呼叫，电机驱动模块接受驱动信号来控制马达的升降，方位检测模块是检测车位锁壁运动的位置并将信息发送到主控模块，电量管理模块为检测电池使用电量情况并发送到主控模块；非法碰撞监测模块为检测外界对车位锁的非法碰撞和操作；主控模块为整个车位锁的核心所在、在无线模块的物理传输基础上利用时分复用技术和本发明人设计的R-TLMAP协议负责接受上位机的控制命令并解析执行、同时根据接受到的其他模块的信息情况向上位系统通报、并在本地做出相应的反应。
附图说明
图1为本发明的系统整体原理框架图。
图2为本发明的基于蓝牙方案的车位锁核心控制方案图。
图3为本发明的基于其他低功耗无线传输(433/513mHz等)方案的车位锁核心控制方案图。
图4为非法碰撞监测机制原理图；
具体实施方式
根据以上叙述和结合附图来进一步说明本发明专利的实施过程：
根据图2和图3所示，整个系统由电源模块、喇叭驱动模块、电机驱动模块、方位检测模块、电量管理模块、非法碰撞监测模块、主控模块、无线传输模块组成，通过每个模块的各项功能及上层管理系统的管理和协调工作，从而达到车位锁合理工作的目的，其具体描述如下。
1、R-MTEP(即瑞盛航多层加密传输协议)其实现原理如下：
采用了字节映射码方式对传输字节流进行了转码，并且每个目标设备或者个体程序的映射码表均不相同，在映射码的基础上运用动态密码的方式再采用了两层对称加密算法对传输字节流进行了加密，这样就可以保证传输流的高度安全性；完全杜绝了所谓“复制字节流而偷信息”的现象；所以每次经过此技术处理的同一个传输字节流会得到不同的加密字节流，所有的流复制均无任何作用；每个设备或者个体程序在生产或安装的时候就已经生成了不同的字节映射码表，在设备安装或者程序安装的时候，上位机自身会初始化本地的字节映射码表并同时上传到平台、如果是个体程序则会通过自身将字节映射码表上传到平台；动态密码的生成均由发送端根据设备ID或者个体程序特性生成不同密码，接受端根据ID特性获取动态密码然后解码传输字节流。
2、本发明R-RIPL(即智能车位锁)的设计为总系统提供了车位锁定和打开功能，从其特性来说除了具备普通锁具备的所有功能外，还具有非常低的待机和运行功耗，而且具备高度的操作灵活性，并且通讯信道采用多层加密方式进行设计从而保证执行信令不会被复制、而致使“偷锁”行为，具体实现如下。
a、 R-RIPL分为两种实现方式如附图2(蓝牙实现方案)和附图3(超低功耗的433/315无线传输实现方案)所示。
b、在附图2方案中我们采用了业界极低功耗的蓝牙处理器 (CC2541)为核心芯片，并且设计了纳安级别的非法碰撞监测机制(电路原理图设计见附图4)，待机情况下只有核心芯片的待机功耗(450微安以下)，系统只有在接受到控制指令或者非法碰撞时才会进入运行状态，从而保证了硬件级别的低功耗运行。
c、 在附图3方案中我们采用超低功耗的无线传输模块加上超低功耗的单片机、并且基于此物理结构上面设计了自己的一套通讯协议(R-TLMAP)，来实现核心处理模块；并且也采用了上述的纳安级别非法碰撞监测设计，总待机功耗低至到只有蓝牙模块的三分之一，从而达到硬件级别的超低功耗。
d、两种方案均采用了非法碰撞运行暂停机制，当设备受到外界非法闯入或者人为非法掰锁的时候均会产生电机电流，而此电流会随着时间变动的幅度而变化，系统则根据变化的情况关闭系统核心模块的所有外设，并将情况上报到上位机系统，此后将自己降为超低待机功耗界别，待一定时间过后，重新启动核心模块检测状态，如果还是非法状态，则再次进入超低待机功耗级别，重复以上动作，直到非法状态消除，并向上位机系统报告正常。
e、每个用户对车位锁的个性化要求不尽相同，不能将所有用户的要求强制成某种方式，灵活而又简单的车位锁配置无疑是最好的解决办法，本车位锁提供了“单机锁和网络锁”、重新启动时“打开和关闭”、非法闯入时“强制关锁和延时关锁”、终端自动识别打开、设备重起、恢复厂家设置等灵活配置功能，用户只要根据自己的实际情况进行灵活配置即可。
f、两个方案在协议应用层均采用R-MTEP传输技术来保证传输的安全性。
g、通过R-MIRC(即多功能智能遥控器)的结合使用来达到快捷操作、自动识别的人性化操作目的。
h、通过R-HUB(即终端集控器)、R-4IRC(即4G智能路由控制器)、R-MST(移动智能终端)和R-IRC(智能路由控制器)的物理连接和总系统的管理来综合管理目的。
i、本发明R-RIPL设备采用加密二维码安装技术，从而保证了设备安装的简洁性，同时也做到了设备的可追溯性(二维码不可复制，安装时二维码必须与设备连接和互联网注册信息一致，否则安装不会成功)。

Claims (9)

1.基于低功耗的无线智能车位锁设计方法，其特征是在于系统包括电源模块、喇叭驱动模块、电机驱动模块、方位检测模块、电量管理模块、非法碰撞监测模块、主控模块、无线传输模块等部分：
所述的方位检测模块是检测车位锁壁运动的位置并将信息发送到主控模块；
所述的电量管理模块为检测电池使用电量情况并发送到主控模块；
所述的非法碰撞监测模块为检测外界对车位锁的非法碰撞和操作；
所述的主控模块为整个车位锁的核心所在，接受非法碰撞监测模块、方位检测模块和无线传输模块的触发信息来综合管理其他的模块、并同时根据接受到的信息和综合处理情况向上位系统通报、并在本地做出相应的反应，也接受上位机的各种指令操作解释执行；
所述的无线传输模块为整个设备到上位机之间提供数据的传输通道，主要分为蓝牙通道和其他低功耗无线传输通道(433/315mHZ等)两大类，其中第二种类型采用了时分复用技术和本发明人设计的R-TLMAP协议进行基础性数据的传输；第二种类型采用基本的蓝牙进行基础数据的传输。
2.根据权利要求1所述的方法、其特征在于R-RIPL与上位机的连接采用了蓝牙和其他低功耗的无线传输信道(433/315mHZ)。
3.根据权利要求1所述的系统及其创建方法、其特征在于R-RIPL的硬件级低功耗方案有两种实现方式；
蓝牙实现方案，其主要包括电源模块、喇叭驱动模块、电机驱动模块、方位检测模块、电量管理模块、非法碰撞监测模块、主控蓝牙模块等部分（见说明书[0012]和[0022]节）；
其他低功耗无线传输方案，其主要包括电源模块、喇叭驱动模块、电机驱动模块、方位检测模块、电量管理模块、非法碰撞监测模块、主控模块、其他类型无线传输模块(433/315)等部分（见说明书[0013] 和[0023]节）。
4.根据权利要求1所述、其特征在于R-RIPL采用了非法碰撞运行暂停机制（见说明书[0024]节），从而减少了非法状态的高功耗运行，同时也减少了运行中的撞击底盘风险。
5.根据权利要求1所述、其特征在于R-RIPL采用了个性化配置，其中包括“单机锁和网络锁”、重新启动时“打开和关闭”、非法闯入时“强制关锁和延时关锁”、终端自动识别打开、设备重起、恢复厂家设置等灵活配置功能（见说明书[0025]节）。
6.根据权利要求1所述、其特征在于R-RIPL采用了R-MTEP传输技术（见说明书[0019]节），从而保证信令的高度安全性，完全杜绝“偷锁”行为。
7.根据权利要求1所述、其特征在于R-RIPL采用了单车位锁互联网综合管理模式（即孤岛式私人车位组建方案），从而实现了单个车位锁互联网管理的功能，如果锁定义成网络锁，终端必须联网、否则锁不接受控制（详见说明书[0008]节）。
8.根据权利要求1所述、其特征在于R-RIPL的非法碰撞监测模块的实现采用了附件图4所示原理图。
9.根据权利要求1所述、其特征在于R-RIPL采用了非法碰撞运行暂停机制，运行原理详见说明书中的[0024]节。
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