CN107331197A - 一种立体停车库车位检测装置、系统及方法 - Google Patents

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CN107331197A CN201710605779.3A CN201710605779A CN107331197A CN 107331197 A CN107331197 A CN 107331197A CN 201710605779 A CN201710605779 A CN 201710605779A CN 107331197 A CN107331197 A CN 107331197A
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张志明
王�华
张馨文
高安琪
黄心哲
陈则宇
陈鹏飞
鲁超
颜哲
范程颖
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    • G08G1/00Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/14Traffic control systems for road vehicles indicating individual free spaces in parking areas
    • G08G1/145Traffic control systems for road vehicles indicating individual free spaces in parking areas where the indication depends on the parking areas
    • G08G1/146Traffic control systems for road vehicles indicating individual free spaces in parking areas where the indication depends on the parking areas where the parking area is a limited parking space, e.g. parking garage, restricted space

Abstract

本发明涉及一种立体停车库车位检测装置、系统及方法,所述装置安装于独立车位处,包括:数据采集模块,用于采集车位信息,包括TMR地磁传感器和超声波传感器;主控芯片模块,接收所述车位信息,实现对车位状态的检测,该主控芯片模块的工作模式包括休眠待机模式和正常运行模式;RF无线信号收发模块,用于发送所述车位状态,并将接收到的唤醒信号发送给所述主控芯片模块;电源管理模块,分别连接数据采集模块、主控芯片模块和RF无线信号收发模块,提供电源;该装置的地址与实际车位的物理位置一一对应绑定。与现有技术相比,本发明具有功能智能化、工作电流消耗小、检测可靠性高、整机电路简单等优点。

Description

一种立体停车库车位检测装置、系统及方法
技术领域
[0001]本发明涉及立体停车库技术领域,尤其是涉及一种立体停车库车位检测装置、系 统及方法。 '
背景技术
[0002]伴随着我国科技和经济的进步,群众购车刚性需求旺盛,汽车保有量继续呈快速 增长趋势。车辆数量急剧增长,但相应的配套设施和监管等方面的相对滞后,车位资源稀 缺,可以说“停车难”成为了中国乃至全球亟待解决的重大问题。而解决这一难题,一方面要 增加城市停车位的数量,另一方面则是要提高停车的效率。智能立体车库相对传统停车场, 具有低成本、空间利用率高等明显优势,已被广大用户接受,逐步受到市场青睐。针对现代 大型智能立体车库管理的需要,通过车位检测技术可以实时监测立体停车库内的车位占用 情况,能极大地提升立体车库管理水平,进一步提升大型立体车库的使用率和经济效益。 [0003]现有公开技术的车位检测系统,比较常见的是采用感应线圈、微波、视频、超声波、 被动红外、地磁等传感器,但大多集中在地面车位和地下车库的应用领域,如专利 CN206292984U提供一种地下车库剩余车位检测系统。由于立体停车库本身机械结构的限 制,不易更改结构埋设传感器,又由于立体车库停车位需要按需运动,所以常规的有线连接 方式也不再适用。立体车库实际运行过程中车位位置在不时变化,容易受到相邻车位的干 扰,车位检测传感器在车位移动情况下采集的数据需要能够提供可靠的车位状态信息。在 固定式车位常用的地磁传感器,其原理是通过测量停车位上有车和空置情况下磁场的大小 变化来判定车位状态,典型的如AMR各向异性磁阻式传感器,由于其动态范围较窄,在立体 车库移动车位的应用环境中,容易受外界突发性强磁场影响而导致误判和漏判。
发明内容
[0004] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种立体停车库车 位检测装置、系统及方法。
[0005] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0006] 一种立体停车库车位检测装置,该装置安装于独立车位处,包括:
[0007] 数据采集模块,用于采集车位信息,包括TMR地磁传感器和超声波传感器;
[0008] 主控芯片模块,接收所述车位信息,实现对车位状态的检测,该主控芯片模块的工 作模式包括休眠待机模式和正常运行模式;
[0009] RF无线信号收发模块,用于发送所述车位状态,并将接收到的唤醒信号发送给所 述主控芯片模块;
[0010] 电源管理模块,分别连接数据采集模块、主控芯片模块和RF无线信号收发模块,提 供电源;
[0011] 该装置的地址与实际车位的物理位置--对应绑定。
[0012] 所述主控芯片模块控制控制所述TMR地磁传感器和超声波传感器的工作状态,在 所述主控芯片模块工作于休眠待机模式时,控制所述™R地磁传感器和超声波传感器关断, 在所述主控芯片模块开始工作于正常运行模式时,首先激活所述TMR地磁传感器。
[0013] 所述数据采集模块还包括信号滤波电路、信号放大电路和接口电平变换电路,所 述TMR地磁传感器、信号滤波电路和信号放大电路依次连接,所述信号放大电路与主控芯片 模块连接,所述超声波传感器、接口电平变换电路和主控芯片模块依次连接。
[0014] 所述主控芯片模块包括微控制器以及集成于所述微控制器上的模数转换器和数 字I/O端口,所述模数转换器与TMR地磁传感器连接,所述数字1/〇端口与超声波传感器连 接。
[0015] 所述RF无线信号收发模块包括相连接的工业无线通信模块和天线,所述工业无线 通信模块与主控芯片模块连接;
[0016] 该RF无线信号收发模块在物理层上支持无线防碰撞协议。
[0017] 所述电源管理模块包括依次连接的电池管理电路、可充电电池BT和多路DC/DC转 换电路,所述电池管理电路设有电源输入接口,所述多路DC/DC转换电路分别连接数据采集 模块、主控芯片模块和RF无线信号收发模块。
[0018] 该装置还包括机械模块,所述机械模块包括内部结构和外部结构,其中,
[0019] 所述内部结构包括电路安装板,所述数据采集模块、主控芯片模块、RF无线信号收 发模块和电源管理模块集成于该电路安装板上;
[0020]所述外部结构包括底座和面板外壳,所述底座通过紧固件固定于车位上,所述电 路安装板通过紧固件固定于底座上,所述面板外壳罩设于底座上,所述面板外壳上设有用 于安装所述超声波传感器的发射探头和接收探头。
[0021] 一种立体停车库车位检测系统,包括通过无线传感网络技术通信连接的所述的立 体停车库车位检测装置和上位机数据接收终端。
[0022] 一种所述的立体停车库车位检测装置的检测方法,包括以下步骤:
[0023] 1)在上电初始化成功后,主控芯片模块进入休眠待机模式;
[0024] 2)主控芯片模块实时判断是否接收到唤醒信号,若是,则执行步骤3),若否,则返 回步骤2);
[0025] 3)主控芯片模块进入正常运行模式,接收无线通信指令数据,激活TMR传感器采集 车位停车状态信号,主控芯片模块根据该车位停车状态信号判断车位车辆停靠状态是否发 生变化,若是,则执行步骤4),若否,则执行步骤5);
[0026] 4)激活超声波传感器采集车位车辆超声波测距信号,主控芯片模块融合所述车位 停车状态信号和车位车辆超声波测距信号,获得最终车位车辆停靠状态结果;
[0027] 5)判断RF无线信号收发模块是否处于可发送状态,若是,则激活RF无线信号收发 模块发送所述最终车位车辆停靠状态结果,若否,则主控芯片模块进入休眠待机模式,返回 步骤2)。
[0028]当主控芯片模块接收到唤醒信号时,主控芯片模块触发一中断程序,该中断程序 将RF无线信号收发模块的发送使能标志置1,使RF无线信号收发模块处于可发送状态。
[0029]与现有技术相比,本发明具有以下优点:
[0030] (1)本发明数据采集模块采用双传感器电路,TMR地磁传感器作为主传感器,起声 波传感器作为辅助传感器,有效提高了检测精度。 W〇31」⑵与AMR和GMR传感器相比,TMR传感器具有更好的温度稳定性、更高的灵敏度、更 低的功耗、更宽的线性范围。
[0032] (3)主控芯片模块具有休眠待机模式和正常运行模式,仅在收到唤醒信号才进入 正常运行模式,功耗低。 t〇〇33] (4)在主控芯片模块处于休眠待机模式时,边周边功能电路模块处于关断或睡眠 状态,进一步降低了功耗。
[0034] (5)本发明在TMR传感器后设置有信号滤波电路,降低了传感器信号的毛刺和漂 移,有效提高了检测的准确度。
[0035] ⑹本发明数据采集模块电路设计更加简单,功能更强,可靠性更高。
[0036] (7)本发明采用即无线信号收发模块,通过无线网络技术与上位机连接,满足立体 车库停车位需要按需运动的要求。
[0037] 2)本发明RF无线信号收发模块包括工业无线传输模块WLK01L12,绕障穿透能力 f传输距离好,处于无线唤醒模式时的待机电流更低,工作模式多样,接口的电气定义和通 伯协议更加简单,且支持载波监听功能,即在物理层上支持无线防碰撞协议,可以有效解决 周边无线系统的同频干扰问题,从而进一步降低功耗。
[0038]⑼本发明电源管理模块的电路采用小型解决方案尺寸,所需外部元器件数量少, 具有可靠性高、低噪声、低功耗、调试简单方便的优点。
[0039] (10)本发明设置用于保护电路系统的机械模块,且机械模块具有结构简单、安装 方便的优点。
[0040] (11)本发明设置的软件系统资源占用率低、稳定性好、响应时间快。
附图说明
[0041]图1为本发明的结构示意图;
[0042] 图2为本发明数据采集模块电路示意图;
[0043] 图3为本发明RF无线信号收发模块示意图;
[0044]图4为本发明电源管理模块示意图;
[0045]图5为本发明机械模块的整体剖视图;
[0046]图6为本发明机械模块的俯视图;
[0047]图7为本发明机械模块的仰视图;
[0048]图8为本发明软件主程序流程图;
[0049]图9为本发明中断程序流程图。
具体实施方式
[00!°]、If结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案 为則f疋进行矣施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于 下述的实施例。
[0051] 实施例1
[0052]、如^ 1所示,本实施例提供一种立体停车库车位检测装置,该装置安装于独立车位 处,安装在立体车库的车位上表面上,优选为车位中心位置,即对角线交点处,利用固定孔 定位安装,装置的地址与实际车位的物理位置一一对应绑定。如图1所示,该装置包括数据 采集模块2、主控芯片模块3、RF无线信号收发模块4和电源管理模块1,形成装置的电路系统 5。其中,数据采集模块2用于采集车位信息;主控芯片模块2接收所述车位信息,实现对车位 状态的检测,该主控芯片模块的工作模式包括休眠待机模式和正常运行模式;RF无线信号 收发模块4用于发送所述车位状态,并将接收到的唤醒信号发送给所述主控芯片模块3;电 源管理模块1分别连接数据采集模块2、主控芯片模块3和RF无线信号收发模块4,提供电源。 主控芯片模块3平时处于低耗待机模式,定时激活进入正常运行模式,使用数据采集模块2 进行车位检测,检测结果通过RF无线信号收发模块4上传。数据采集模块2包括TMR地磁传感 器和超声波传感器,采用TMR地磁检测为主和超声波检测相结合的传感器融合机制,提高检 测精度。
[0053] 实施例2
[0054] 参考图1所示,本实施例的立体停车库车位检测装置中,主控芯片模块3采用超低 功耗32位ARM微控制器STM32L4系列中的STM32L431CB,具有高度灵活的定时系统、多种低功 耗模式、即时唤醒以及智能化自主型外设,不仅可实现真正的超低功耗优化,而且还能大幅 延长电池使用寿命。STM32L431CB微控制器内部集成了 12位精度的ADC,可以转换和采集模 拟传感器的模拟电压信号。为了提高车位检测节点的灵敏度和降低功耗,需要对数据采集 模块2、RF无线信号收发模块4和电源管理模块1的系统管理控制有更高的要求。 STM32L431CB平时进入待机模式或者停止模式达到节能目的,周边功能电路模块(包括数据 采集模块2、RF无线信号收发模块4等)采用关断、睡眠方式节能。这样的工作方式使得车位 检测装置的平均工作电流消耗小于1mA,从而直接可以使用锂电池供电,电池更换周期在优 化算法后能达到1年以上,从而方便施工安装和后期维护。
[0055] 实施例3
[0056] 参考图1所示,本实施例的立体停车库车位检测装置中,数据采集模块2中,TMR地 磁传感器采用TMR隧道磁电阻式地磁传感器,超声波传感器采用收发一体化超声波传感器, 形成双传感器电路,其中TMR隧道磁电阻式地磁传感器作为主传感器,收发一体化超声波传 感器作为辅助传感器。双传感器信号由主控芯片模块3采集检测后,经传感器信息融合模块 处理后,判定车位上是否存在停靠车辆。本实施例中,综合考虑性能和成本因素,TMR隧道磁 电阻式地磁传感器采用多维科技TMR2104。TMR2104具有+/-15〇Oe宽动态范围,采用推挽式 惠斯通全桥结构设计,包含四个非屏蔽高灵敏度TMR传感器元件,当外加磁场沿平行于传感 器敏感方向变化时,惠斯通全桥提供差分电压输出,并且该输出具有良好的温度稳定性,正 常工作电压IV时,工作电流低至33uA (典型值)。一体化超声波传感器采用超声波测距模块 HC-SR04,性能稳定,可提供2cm-45〇cm的非接触式距离感测功能,测距精度可达高到3麵。该 超声波测距模块HC-SR04包括超声波发射器、接收器与控制电路,对外接口定义简单容易控 制。由于超声波传感器工作时功耗较大,数据采集模块在系统休眠待机阶段会关断TMR地磁 主传感器和超声波辅助传感器以降低功耗,系统在被定时唤醒时先启动TMR传感器测量,若 TMR单传感器测量结果判断车位车辆停放状态可能发生变化,则再启动超声波传感器测量, 超声波测距结果和TMR传感器测量结果做信息融合处理,得到最后的车位车辆停放状态判 定结果。由于立体车库背景信号复杂多变,相邻车位停靠车辆也会带来干扰,地磁传感器实 际感测到的信号往往带有明显的毛刺和漂移,这会给检测的准确度带来不利的影响,所以 本实施例中在TMR地磁传感器后加入信号滤波电路滤除信号中频率较高的成分,同时在软 件部分对采集到的原始信号进行数字滤波处理。
[0057] 实施例4
[0058]如图2所示,本实施例的立体停车库车位检测装置中,主控芯片模块3包括微控制 器IC4,该微控制器IC4上集成有ADC模数转换器和数字I/O端口。数据采集模块2包括1¥1?地 磁传感器IC1及其信号调理电路、一体化超声波传感器IC5及其信号调理电路。TMR地磁传感 器IC1依次连接有模拟低通滤波电路和信号放大电路,信号放大电路连接至ADC模数转换 器,TMR地磁传感器IC1的输入端连接有1.2V基准电压源IC2。一体化超声波传感器IC5与数 字I /0端口连接。TMR地磁传感器将车位上的地磁强度转换为模拟电压信号,此弱电压信号 经过模拟低通滤波电路滤除高频干扰后,送入信号放大电路后再送入ADC模数转换器进行 模数转换,转换的结果以数字方式输出,并送到微控制器IC4中进行数据处理,超声波传感 器则受微控制器控制发送超声波并探测其反射回波,当检测到有回波信号时则输出回响信 号,回响信号的脉冲宽度与探测的距离成正比,超声波传感器的控制信号和回响信号连接 到微控制器IC4的数字端口。
[0059] 本实施例中,TMR地磁传感器IC1选用多维科技TMR2104,IC1的6脚接1.2V基准电压 源芯片IC2的5脚和6脚,IC1的3脚接模拟信号地,IC1的5脚和4脚提供差分电压输出。所述的 模拟低通滤波电路由第一电阻R1、第二电阻R2,第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3组 成,第二电阻R2和第三电阻R3取值20k Q,第一电容C1取值3 • 3nF,第二电容C2和第三C3取值 3 30pF。所述的信号放大电路由轨到轨输出仪表放大器IC3、第三电阻R3、第四电阻R4组成, 放大器1C3选用ADI公司的低成本、微功耗、宽电源电压范围仪表放大器AD842〇,采用轨到轨 输出,针对存在大共模信号的情况下放大小差分电压进行了优化,尤其适合本发明中所述 TMR地磁传感器的小幅度差分电压应用。所述放大器IC3的正端输入2脚和负端输入3脚分别 接低通滤波电路的输出端,1C3的8脚是放大后的信号的输出,电阻R4和R3的组成设置放大 增益,1C3的8脚和7脚之间通过电阻R4连接,IC3的7脚和6脚之间通过电阻R3连接,IC3的6脚 连接到1.2V基准电压源芯片IC2的5脚和6脚,1C3的5脚接直流电源DC+5V,IC3的4脚接直流 电源DC-5V。差模电压放大电路的输出信号VOUT和输入信号V+in、V-in之间的关系为:V0UT =(l+R4/R3)*(V+in-V-in)+1.2V,当电阻R4取值75kD,电阻R3取值25kQ,放大电路的增益 约等于4。
[0060]本实施例中,基准电压源芯片IC2选用ADI公司的低成本、低功耗、高精度CMOS基准 电压源ADR3412,具有± 0 • 1 %的初始精度、低工作电流和低输出噪声特性,输出负载电流最 少10mA,与采用直流电源电压经过分压再用作TMR地磁传感器的工作电源的方式相比,采用 基准电压源作为TMR地磁传感器的工作电源,低输出电压温度迟滞特性、低长期输出电压漂 移和低输出噪声进一步提高了检测装置的测量精度、稳定性和系统可靠性,低工作电流则 有利于降低功耗以完成长期低功耗测量任务。所述的基准电压源IC2的输入管脚3脚和4脚 接直流电源DC+5V,IC2的1脚和2脚连接到模拟地。
[0061]本实施例中,超声波传感器包括一体化超声波传感器IC5和接口电平变换电路,一 体化超声波传感器IC5采用HY-SRF05模块,功能电路集成在模块内部,控制接口简单,IC5的 工作电源1脚接DC+5V,1C5的5脚接数字地,1C5的2脚受触发信号控制,IC5的3脚输出回响信 号,触发信号由微控制器IC4的PA0管脚输出,回响信号送入IC4的PA1管脚输入。控制信号的 接口电平变换电路由第五电路R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、NM0S管Q1和Q2组 成,由于IC5的工作电压为DC+5V,IC4的工作电压管脚VDD为DC+3 • 3V,两者之间的控制信号 线不能直接连接,否则容易短路烧毁,电阻R5/R6/R7/R8的阻值都取为1 Ok Q,Q1和Q2的型号 为N沟道增强型M0SFET管SI23〇6。本发明电路设计电路简单实用,可提高数字信号电路系统 的可靠性。
[0062] ADC模数转换器集成于32位低功耗微控制器IC4的内部,IC4的ADC1_IN11管脚与放 大器IC3的8脚连接,IC4的VSSA与模拟地连接。TMR地磁传感器IC1和一体化超声波传感器 IC5的信号调理电路的模拟地VSSA和数字地VSS之间单点连接共地。由于STM32L4内部集成 的ADC只能接受0〜VDDA范围内单端正值电压信号,TMR地磁传感器的信号调理电路将TMR地 磁传感器输出的差分小幅度电压信号,转换为幅值合适的单端大电压信号,在+/-800e的磁 场强度范围内,1 • 2V工作电压时,TMR地磁传感器的差分输出信号(V+in-V-in)在+/-300mV 之内线性变化,经过信号调理电路后,输入到ADC的电压范围为(0〜2.4V),和ADC允许输入 范围匹配。与使用分立元件搭建信号放大电路和A/D模数转换器的常规方法相比,本发明电 路设计更加简单,功能更强,可靠性更高。
[0063] 实施例5
[00M]如图3所示,本实施例提供的立体停车库车位检测装置中,RF无线信号收发模块4 包括工业无线通信模块ice和天线IC7。工业无线通信模块IC6选用超低功耗半双工微功率 无线数据传输模块WLK01L12,集成嵌入高性能低功耗STMSL101处理器,完成通讯协议和无 线唤醒等功能,采用最新一代高性能射频芯片SX1212,抗干扰和灵敏度都大大提高。模块 1C6的工作电压范围为2.1_3.6V,适合电池供电,接收状态仅仅消耗5.5mA,有四种工作模式 可供选择,特别在1秒周期轮询唤醒省电模式(Polling mode)下,接收仅仅消耗不到20uA, 硬件上接收电流低,软件上配备无线唤醒功能,配置外置棒状天线IC7时,lkbps速率,10mW+ 的发射功率,通信距离能达到400米以上,适合于立体车库。所述的无线通信模块IC6的VCC 管脚与所述的微控制器IC4的VDD管脚相连接,接到DC+3 • 3V上,模块IC6的GND管脚接数字 地,模块1C6的TXD管脚接微控制器IC4的LPUART1_RX管脚,模块IC6的RXD管脚接微控制器 IC4的LPUART1_TX管脚,实现通用UART接口,模块IC6的SETA管脚接微控制器IC4的输出PB12 管脚,模块1C6的SETB管脚接微控制器IC4的输出PB13管脚,由微控制器IC4来设置模块IC6 的工作模式,模块1C6的AUX管脚接微控制器IC4的输入PB14管脚,微控制器IC4在PB14管脚 上监测用于模块IC6的工作状态,支持中断功能。
[0065]由于车位检测装置安装在立体车库停车位上,当本车位或者相邻车位有车辆停靠 的时候,会影响无线信号的传输,而且立体车库内部是金属架构,会对无线信号产生屏蔽效 应和折射干扰,从而削弱传输效果。低功耗条件下ISM2.4GHZ频带无线通信(ZigBee、 BlueTooth)的通信距离短,故需要选用绕障穿透能力和传输距离更好的ISM433MHZ频带工 业无线传输模块WLK01L12。与nrf9〇5模块相比,本实施例的RF无线信号收发模块处于无线 唤醒模式时的待机电流更低,工作模式多样,接口的电气定义和通信协议更加简单,且支持 载波监听功能,即在物理层上支持无线防碰撞协议,当处于低功耗待机模式的车位检测装 置收到唤醒信息后,主控芯片模块把有效状态数据结果上传给上位数据接收终端,使用无 线防碰撞和硬件物理机制,可以有效解决周边无线系统的同频干扰问题;无线唤醒单个检 测装置,而不是所有检测装置,可以有效解决其它车位检测装置被无辜唤醒的问题,从而进 一步降低功耗。
[0066]实施例6
[0067]参考图1所示,本实施例提供的立体停车库车位检测装置中,电源管理模块4包括 可充电电池、电池管理电路和多路DC/DC转换电路。车位检测装置受环境限制,不能采用外 部供电。而现有电池容量有限且拆装不方便,所以在设计电源模块时需重点考虑功耗指标。 所述的可充电锂电池为车位检测装置的能源来源,采用3.7V、标准容量2400mAh的聚合物锂 电池供电,电池管理电路可在电池电量不足时接入外部电源充电,在电量能满足正常工作 需要时接通可充电锂电池输出,多路DC/DC转换电路采用低功耗低压降电压转换芯片将锂 电池输出电压转换为电路系统工作时所需的各路直流电压。
[0068]实施例7
[0069]如图4所示,本实施例提供的立体停车库车位检测装置中,电源管理模块4包括可 充电电池BT、电池管理电路和多路DC/DC转换电路。
[0070] 可充电电池BT选用容量2400mAh的锂-聚合物可充电电池,作为装置的能源来源。
[0071] 电池管理电路由电源输入接口 JP1、线性锂离子电池充电芯片IC8、第四电容C4、第 五电容〇5、第九电阻1?9、第十电阻1^1〇、第^^一电阻R11、第十二电阻R12和第一发光二极管 LED1、第二发光二极管LED2组成。电源输入接口 JP1采用USBminiB型接口,电源输入接口 JP1 的1脚接输入直流电源的正端,电源输入接口 JP1的4脚接输入直流电源的负端地,外接输入 电源的电压范围在4.5V〜ev之间。第四电容C4用于输入电压的滤波。所述的线性锂离子电 池充电芯片1C8型号选用CN3052A,1C8的4脚和8脚连接到输入直流电源的正端,IC8的3脚和 1脚连接到输入直流电源的负端地,IC8的2脚通过第十二电阻R12连接到输入直流电源的负 端地,用于设置充电电流的大小,IC8的7脚连接到第十电阻R10,第二发光二极管LED2和第 十电阻R10用于电池管理电路的充电状态显示,IC8的6脚连接到第九电阻R9,第一发光二极 管LED1和第九电阻R9用于电池管理电路的错误状态显示,IC8的5脚是电池连接端引脚BAT, 向电池提供充电电流和4.2V的调制电压,IC8的5脚输出经与第i^一电阻R11和第五电容C5 的串联支路连接到电源的负端地,对输出起滤波作用,第十一电阻R11采用0.3 D阻值电阻, 第五电容C5采用电解电容。当输入电源的电压掉电时,IC8进入低功耗工作模式,电池的电 流消耗小于3微安。可充电电池BT的正端连接到IC8的5脚输出,可充电电池BT的负端连接到 输入直流电源的负端地。可充电电池BT的正端连接到后级的多路DC/DC转换电路的输入端。 所述的电池管理电路可在电池电量不足时接入USB接口外部电源充电。
[0072] 多路DC/DC转换电路将可充电电池BT的输出电压转换为电路系统工作时所需的各 路直流电压,包括DC+5V、DC_5V和DC+3.3V。多路DC/DC转换电路主要由单路高效电压变换器 IC9、正/负输出电荷栗IC10及其附属电路组成。所述的单路高效电压变换器IC9选用 TPS63051。IC9的VIN管脚、ILIM0管脚和EN管脚连接在一起,与可充电电池BT的正端相连接。 第六电容C6的正端与IC9的VIN管脚相连接,第六电容C6的负端与电源地相连接,起输入滤 波作用,第六电容C6采用10uF电解电容。IC9的L1管脚通过第一电感L1与IC9的L2管脚相连 接。第一电感L1采用1.5uH的功率电感。IC9的GND管脚和PWM管脚连接在一起,与可充电电池 BT的负端电源地相连接。IC9的SS管脚通过第七电容C7与电源地相连接。第七电容C7采用 InFdCg的V0UT管脚和FB管脚连接在一起,作为DC+3.3V电源输出,最大工作电流可达 500mA。第十三电阻R13的一端连接IC9的V0UT管脚,另一端连接ICQ的PG管脚,R13采用100k 欧姆。第八电容C8和第九电容C9并联后,接入到1C9的VOUT管脚和电源地之间,起输出滤波 作用,弟八电容C8和第九电谷C9米用10uF电解电容。所述的正/负输出电荷栗IC10选用 1^127762。1(:10的VIN管脚与可充电电池BT的正端相连接。第十电容C10的正端与IC10的VIN 管脚相连接,第十电容C10的负端与电源地相连接,起输入滤波作用,第十电容C10采用 2.2uF贴片陶瓷电容。第十四电阻R14的一端连接IC10的VIN管脚,另一端连接IC10的PG00D 管脚,R14采用10k欧姆。第i^一电容C11的一端与IC10的C1+管脚相连接,第^^一电容C11的 另一端与IC10的C1-管脚相连接,第^^一电容C11采用0.47uF贴片陶瓷电容。第十二电容C12 的一端与IC10的CP管脚相连接,第十二电容C12的另一端与电源地相连接,第十二电容C12 的采用4.7uF贴片陶瓷电容。IC10的EN+管脚和EN-管脚由外部信号控制,EN+管脚高电平时 允许正电源输出,EN+管脚低电平时禁止正电源输出,EN-管脚高电平时允许负电源输出, EN-管脚低电平时禁止负电源输出,IC10的关断电流的典型值为〇.5減。1(:10的GND管脚接输 出电源地,与输入电源地相连接,IC10的0UT+管脚输出DC+5V,IC10的OUT-管脚输出DC-5V。 第十三电容C13的正端与IC10的的0UT+脚相连接,第十三电容C13的负端与IC10的的GND脚 相连接。第十四电容C14的正端与IC10的的GND脚相连接,第十四电容C14的负端与IC10的的 OUT-脚相连接,第十三电容C13和第十四电容C14用于输出滤波,都采用2.2uF贴片陶瓷电 容。第十五电阻R15的一端连接IC10的0UT+管脚,第十五电阻R15的另一端连接IC10的FB+管 脚。第十六电阻R16的一端连接IC10的FB+管脚,第十六电阻R16的另一端连接IC10的GND管 脚。第十七电阻R17的一端连接IC10的GND管脚,第十七电阻R17的另一端连接IC10的FB-管 脚。第十八电阻R18的一端连接IC10的FB-管脚,第十八电阻R18的另一端连接IC10的OUT-管 脚。第十五电阻R15取值为630k欧姆,第十六电阻R16取值为200k欧姆,第十七电阻R17取值 为200k欧姆,第十八电阻R18取值为620k欧姆。
[0073] _上述电源管理模块的电路采用小型解决方案尺寸,所需外部元器件数量少,具有 可靠性高、低噪声、低功耗、调试简单方便的优点。
[0074] 实施例8
[0075]如图5-图7所示,本实施例提供的立体停车库车位检测装置还包括机械模块,包括 内部结构和外部结构,内部结构可以安装电路系统,外部结构可以保护内部结构和提供电 气接口。
[0076]内部结构包括电路安装板pCBl,数据采集模块、主控芯片模块、RF无线信号收发模 块和电源管理模块集成于该PCB1上,与电路系统相匹配。外部结构包括底座WK1和面板外壳 WK2,面板外壳WK2罩设于底座WK1上,PCB1通过紧固件M5、M6、M7和M8固定于底座WK1上,底座 WK1紧固件M1、M2、M3和M4固定于车位上。紧固件M5、M6、M7和M8包括螺钉、垫片和螺柱,螺柱 放置在电路安装板PCB1和装置底座之间,在电路安装板PCB1的另一侧元件安装面使用螺钉 和塾片固定。紧固件Ml、M2、M;3和M4包括螺钉和垫片。面板外壳WK2上开有两个安装孔,与超 声波传感器1C5的发射和接收探头配合安装。
[0077]机械模块可以保护内部的电路系统,同时,机械模块可通过结构优化设计,以保证 设i十的合理性和产品的安装方便性。所述的结构优化设计包括外形设计、防水设计,所述的 外形设计包括外形解耦股的三维尺寸和质量设计,控制所述车位检测终端装置的大小、重 1:和I®度在合理范围内,所述的防水设计采用密封圈,可以保护内部电路。所述的机械模块 可以保护电路系统,具有结构简单、安装方便的优点。
[0078] 实施例9
[0079] 本实施例提供的立体停车库车位检测装置中,该装置中安装有软件系统。如图8所 示为软件系统的主程序流程图,具体地,在加电后开始运行,首先运行系统初始化程序,初 始化失败则结束运行,初始化成功则自动进入低功耗待机模式休眠,直到收到预设的定时 唤醒信号才恢复到正常工作模式,开始激活TMR传感器采集停车位停车状态信号,并通过 ADC采集得到数字量数据,再经过程序预判车位是否停有车辆,当判断为停车位车辆停靠状 态发生改变时,激活超声波传感器,进行停车位车辆超声波测距,超声波传感器测距测量结 果与前述的TMR传感器测量结果融合判断,给出停车位车辆停靠状态的最终结果,反之,若 TMR传感器测量结果初判为停车位车辆停靠状态不变,则不激活超声波传感器直接进入下 一步程序。获得停车位停车状态后,根据发送使能标志的赋值,决定是否激活无线模块,当 发送使能标志为1时,激活无线模块发送车位状态信息,然后将发送使能标志置〇,反之,当 发送使能标志不为1时,直接进入下一步程序。软件执行完上述程序后,自动进入低功耗待 机模式休眠,开始新一轮程序循环。
[0080] 前述实施例5所述的微控制器IC4在PB14管脚上监测用于无线通信模块IC6的工作 状态,支持中断功能,中断过程如图9所示,当车位检测装置收到无线唤醒指令后,模块IC6 的AUX管脚会产生一个变化的电平信号,从而触发微控制器IC4的中断,在中断响应程序中 先禁止重复响应中断,再接收无线通信指令数据,并判断是否已经全部接收完成,当满足接 收结束条件时进入下一阶段程序,进行数据帧的解析和处理,随后将全局变量发送使能标 志置1,允许使能响应中断,最后在退出中断处理程序时恢复测试程序运行。
[0081]所述的软件系统,有如下优点:1,系统资源占用率低;2,稳定性好;3,响应时间快。 [0082] 实施例10
[0083]参考图1所示,本实施例提供一种立体停车库车位检测系统,包括通过无线传感网 络技术通信连接的立体停车库车位检测装置和上位机数据接收终端。
[0084]以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解,本领域的普通技术人员无 需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此,凡本技术领J;或中技术 人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以彳导到的 技术方案,皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。 '

Claims (10)

1. 一种立体停车库车位检测装置,其特征在于,该装置安装于独立车位处,包括: 数据采集模块,用于采集车位信息,包括TMR地磁传感器和超声波传感器; 主控芯片模块,接收所述车位信息,实现对车位状态的检测,该主控芯片模块的工作模 式包括休眠待机模式和正常运行模式; RF无线信号收发模块,用于发送所述车位状态,并将接收到的唤醒信号发送给所述主 控芯片模块; 电源管理模块,分别连接数据采集模块、主控芯片模块和RF无线信号收发模块,提供电 源; 该装置的地址与实际车位的物理位置一一对应绑定。
2. 根据权利要求1所述的立体停车库车位检测装置,其特征在于,所述主控芯片模块控 制控制所述TMR地磁传感器和超声波传感器的工作状态,在所述主控芯片模块工作于休眠 待机模式时,控制所述TMR地磁传感器和超声波传感器关断,在所述主控芯片模块开始工作 于正常运行模式时,首先激活所述TMR地磁传感器。
3. 根据权利要求1所述的立体停车库车位检测装置,其特征在于,所述数据采集模块还 包括信号滤波电路、信号放大电路和接口电平变换电路,所述TMR地磁传感器、信号滤波电 路和信号放大电路依次连接,所述信号放大电路与主控芯片模块连接,所述超声波传感器、 接口电平变换电路和主控芯片模块依次连接。
4. 根据权利要求1所述的立体停车库车位检测装置,其特征在于,所述主控芯片模块包 括微控制器以及集成于所述微控制器上的模数转换器和数字I/O端口,所述模数转换器与 TMR地磁传感器连接,所述数字I/O端口与超声波传感器连接。
5. 根据权利要求1所述的立体停车库车位检测装置,其特征在于,所述RF无线信号收发 模块包括相连接的工业无线通信模块和天线,所述工业无线通信模块与主控芯片模块连 接; 该RF无线信号收发模块在物理层上支持无线防碰撞协议。 所述工业无线通信模块采用WLK01L12模块。
6. 根据权利要求1所述的立体停车库车位检测装置,其特征在于,所述电源管理模块包 括依次连接的电池管理电路、可充电电池BT和多路DC/DC转换电路,所述电池管理电路设有 电源输入接口,所述多路DC/DC转换电路分别连接数据采集模块、主控芯片模块和RF无线信 号收发模块。
7. 根据权利要求1所述的立体停车库车位检测装置,其特征在于,该装置还包括机械模 块,所述机械模块包括内部结构和外部结构,其中, 所述内部结构包括电路安装板,所述数据采集模块、主控芯片模块、RF无线信号收发模 块和电源管理模块集成于该电路安装板上; 所述外部结构包括底座和面板外壳,所述底座通过紧固件固定于车位上,所述电路安 装板通过紧固件固定于底座上,所述面板外壳罩设于底座上,所述面板外壳上设有用于安 装所述超声波传感器的发射探头和接收探头。
8.—种立体停车库车位检测系统,其特征在于,包括通过无线传感网络技术通信连接 的如权利要求1所述的立体停车库车位检测装置和上位机数据接收终端。
9.一种如权利要求1所述的立体停车库车位检测装置的检测方法,其特征在于,包括以 下步骤: 1) 在上电初始化成功后,主控芯片模块进入休眠待机模式; 2) 主控芯片模块实时判断是否接收到唤醒信号,若是,则执行步骤3),若否,则返回步 骤 2); > 3) 主控芯片模块进入正常运行模式,接收无线通信指令数据,激活TMR传感器采集车位 停车状态信号,主控芯片模块根据该车位停车状态信号判断车位车辆停靠状态是否发生变 化,若是,则执行步骤4),若否,则执行步骤5) ; _ 4) 激活超声波传感器采集车位车辆超声波测距信号,主控芯片模块融合所述车位停车 状态信号和车位车辆超声波测距信号,获得最终车位车辆停靠状态结果; 5) 判断RF无线信号收发模块是否处于可发送状态,若是,则激活RF无线信号收发模块 发送所述最终车位车辆停靠状态结果,若否,则主控芯片模块进入休眠待机模式,返回步骤 2) 〇
10.根据权利要求9所述的检测方法,其特征在于,当主控芯片模块接收到唤S星信号时, 主控芯片模块触发一中断程序,该中断程序将RF无线信号收发模块的发送使能标志置1,使 RF无线信号收发模块处于可发送状态。
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