CN108615266B - 一种基于可见光通信的停车场系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于可见光通信的停车场系统，在停车场中基于可见光进行车辆的入场记录、轨迹捕抓、出场缴费等功能，避免车辆在入口关卡处停车产生拥堵；与使用摄像头记录相比，识别速度快，识别精确度高，算法实现难度较低；同时，通过记录车辆在停车场中的行车轨迹，为停车场的行车路线规划提供参考，具有良好的实用性。

Description

一种基于可见光通信的停车场系统

技术领域

本发明涉及到可见光通信领域，具体涉及到一种基于可见光通信的停车场系统。

背景技术

可见光无线通信又称“光保真技术”，英文名LightFidelity(简称LiFi)是一种利用可见光波谱(如灯泡发出的光)进行数据传输的全新无线传输技术，由英国爱丁堡大学电子通信学院移动通信系主席、德国物理学家HaraldHass(哈拉尔德·哈斯)教授发明。LiFi是运用已铺设好的设备，如LED灯，通过在灯泡上植入一个微小的芯片形成类似于AP的设备，使终端随时能接入网络。该技术通过改变房间照明光线的闪烁频率进行数据传输，只要在室内开启电灯，无需WiFi也便可接入互联网。LiFi是用可见光来实现无线通信，即利用电信号控制发光二极管(LED)发出的肉眼看不到的高速闪烁信号来传输信息。

现有的停车场系统通常采用车牌图像识别的方式进行车辆进出的管理，基于车牌图像识别的方式，需要车辆停止以获取清晰的图片，当车流量多时，容易导致停车场出入口的塞车。

此外，现有的停车场系统内部一般只设有固定的摄像头，只能用来拍摄车辆的停放位置，对车辆的行车轨迹无法监控，无法利用车辆的行车轨迹数据进行停车场线路的规划。

发明内容

针对现有停车场系统的问题，本发明提供了一种基于可见光通信的停车场系统，在停车场中基于可见光进行车辆的入场记录、轨迹捕抓、出场缴费等功能，避免车辆在入口关卡处停车产生拥堵；与使用摄像头记录相比，识别速度快，识别精确度高，算法实现难度较低；同时，通过记录车辆在停车场中的行车轨迹，为停车场的行车路线规划提供参考，具有良好的实用性。

相应的，本发明提供了一种基于可见光通信的停车场系统，所述基于可见光通信的停车场系统包括发射车辆ID信息用于定位的发射终端、接收车辆ID 信息并上传至云服务器用于定位的接收终端、发射车辆ID信息用于缴费的缴费终端、接收车辆ID信息并上传至云服务器用于收费的收费终端和用于储存车辆行车轨迹和缴费信息的云服务器；

所述发射终端设置在车辆的头部位置上，所述缴费终端设置在车辆的车底位置上；所述接收终端设置在停车场的墙壁上；所述收费终端设置在停车场的出口地板上；

所述发射终端和所述接收终端基于可见光进行通信，所述缴费终端和所述收费终端基于可见光进行通信，所述接收终端和所述收费终端分别基于有线连接方式与所述云服务器连接。

优选的实施方式，所述发射终端包括发射终端支架、发射终端壳体、成一直线排列的发射终端LED灯组、发射终端透镜组、发射终端电路板和发射终端电机；

所述发射终端LED灯组、发射终端透镜组、发射终端电路板固定在所述发射终端壳体内，所述发射终端壳体铰接在所述发射终端支架上并通过所述发射终端电机驱动转动；

所述发射终端电路板上设置有发射终端光电二极管，所述发射终端透镜组的焦点落于所述发射终端光电二极管上。

优选的实施方式，所述发射终端透镜组包括依次排列且所在平面相互平行的第一发射终端透镜、第二发射终端透镜、第三发射终端透镜；

所述第一发射终端透镜、第二发射终端透镜、第三发射终端透镜截面形状与菲涅尔透镜的截面形状相同，并以对应的所述截面形状沿轴线拉伸；

所述第一发射终端透镜和第二发射终端透镜的轴线平行，所述第三发射终端透镜轴线与所述第二发射终端透镜的轴线垂直；

所述第一发射终端透镜和第二发射终端透镜共焦点，第三发射终端透镜的焦点落在所述发射终端电路板的发射终端光电二极管上。

优选的实施方式，所述接收终端包括接收终端支架、接收终端壳体、接收终端LED灯组、接收终端透镜组、接收终端电路板；

所述接收终端透镜组、接收终端电路板固定在接收终端壳体上，所述接收终端LED灯组沿所述接收终端壳体的对角线嵌入安装在所述接收终端透镜组上；

所述接收终端电路板上设置有接收终端光电二极管，所述接收终端透镜组焦点落在所述接收终端光电二极管上；

所述接收终端壳体铰接在所述接收终端支架上并通过螺母进行锁定。

优选的实施方式，所述接收终端透镜组包括依次排列且所在平面相互平行的第一接收终端透镜、第二接收终端透镜、第三接收终端透镜；

所述第一接收终端透镜、第二接收终端透镜、第三接收终端透镜截面形状与菲涅尔透镜的截面形状结构相同，并以所述截面形状沿轴线拉伸；

所述第一接收终端透镜和第二接收终端透镜的轴线平行，所述第三接收终端透镜轴线与所述第二接收终端透镜的轴线垂直。

优选的实施方式，所述缴费终端包括缴费终端LED灯组和缴费终端电路板；

所述缴费终端电路板上设置有光发射机，驱动缴费终端LED灯组发出带有车辆ID信息的可见光信号；

缴费终端LED灯组呈直线排列，排列方向与车辆前进方向垂直。

优选的实施方式，所述收费终端包括收费终端光接收机，所述收费终端光接收机包括收费终端外壳、收费终端透镜组和收费终端电路板；

所述收费终端外壳嵌在地上，所述收费终端透镜组和收费终端电路板固定在收费终端外壳上；

所述收费终端电路板上设置有收费终端光电二极管，所述收费终端透镜组的焦点落在所述收费终端光电二极管上。

优选的实施方式，所述收费终端透镜组包括依次排列且所在平面相互平行的第一收费终端透镜、第二收费终端透镜、第三收费终端透镜；

所述第一收费终端透镜、第二收费终端透镜、第三收费终端透镜截面形状与菲涅尔透镜的截面形状结构相同，并以所述截面形状沿轴线拉伸；

所述第一收费终端透镜和第二收费终端透镜的轴线平行且与车辆离开停车场的方向平行，所述第三收费终端透镜轴线与所述第二收费终端透镜的轴线垂直。

本发明提供了一种基于可见光通信的停车场系统，在停车场中基于可见光进行车辆的入场记录、轨迹捕抓、出场缴费等功能，避免车辆在入口关卡处停车产生拥堵；与使用摄像头记录相比，识别速度快，识别精确度高，算法实现难度较低；同时，通过记录车辆在停车场中的行车轨迹，为停车场的行车路线规划提供参考，具有良好的实用性。

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它的附图。

图1为本发明实施例的基于可见光通信的停车场系统结构图；

图2为本发明实施例的发射终端结构示意图；

图3为本发明实施例的发射终端透镜组的俯视图；

图4所示的发射终端透镜组侧视图中的光路；

图5为本发明实施例接收终端三维结构示意图；

图6为本发明实施例的接收终端透镜组俯视图；

图7为本发明实施例的可见光通信原理图；

图8为本发明实施例的驱动调制电路图；

图9为本发明实施例的前置放大器电路图；

图10为本发明实施例的主放大器电路图；

图11为本发明实施例的前置放大器和主放大器连接电路图；

图12为收费终端的三维结构示意图；

图13为缴费终端和收费终端的侧视图；

图14为本发明实施例的基于可见光通信的停车场管理方法流程图；

图15为本发明实施例的停车场管理系统俯视布置结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了本发明实施例的基于可见光通信的停车场系统结构图。本发明实施例提供了一种基于可见光通信的停车场系统，该基于可见光通信的停车场系统包括发射终端、接收终端、缴费终端、收费终端和云服务器；发射终端设置在车辆的头部位置上，缴费终端设置在车辆的车底位置上；接收终端设置在停车场的墙壁上，主要设置在停车场的拐角墙壁上；收费终端设置在停车场的出口地板上；发射终端和接收终端基于可见光进行通信，缴费终端和收费终端基于可见光进行通信，接收终端和收费终端分别基于有线连接方式与云服务器连接。

日行灯是为白天向前方提示车辆存在设置的，安装在前端的两侧；一般的，日间行车灯最重要的一点就是配光性能，白天行车灯要满足基本的亮度要求，但也不能太亮，以免干扰他人；体现在技术参数上就是基准轴线上的发光强度不得小于400cd，其他方向上的发光强度不应小于400cd与配光分配图中对应点的百分比乘积，在任何方向上，灯具发出的光强度不应大于800cd；传统的氙气灯亮度过高，较难满足要求，而卤素灯发光强度较低且颜色白天较难辨别；因此，目前使用较多的日间行车灯多为LED灯；结合可见光通信的灯源所需条件，发射终端可以以日行灯的形式安装在车辆上；每辆车辆的车头至少安装有一个发射终端。

图2示出了本发明实施例的发射终端结构示意图，图3示出了本发明实施例的发射终端透镜组的俯视图。本发明实施例的发射终端用于发送车辆的ID信息，每一辆车辆都具有自身独有的ID信息，类似于车牌号，或可将车牌号经过转码得出。具体的，本发明实施例的发射终端包括发射终端支架101、发射终端壳体102、成一直线排列的发射终端LED灯组103、发射终端透镜组104、发射终端电路板113和发射终端电机105。发射终端LED灯组103、发射终端透镜组104、发射终端电路板113固定在发射终端壳体102上，发射终端壳体102铰接在发射终端支架101上，并通过发射终端电机105驱动转动；一般的，发射终端支架101固定在日行灯的透明灯罩内。

具体的，本发明实施例的发射终端透镜组包括第一发射终端透镜110、第二发射终端透镜111、第三发射终端透镜112。所述第一发射终端透镜110、第二发射终端透镜111、第三发射终端透镜112依次排列且所处平面相互平行，截面形状与菲涅尔透镜的截面形状结构相同，并以所述截面形状沿轴线拉伸展开；其中，第一发射终端透镜110和第二发射终端透镜111的轴线平行，第三发射终端透镜112轴线与第二发射终端透镜111的轴线垂直。

其中，第一发射终端透镜110和第二发射终端透镜111共焦点，第三发射终端透镜112的焦点落在所述发射终端电路板113的发射终端光电二极管上114。

由图3所示的发射终端透镜组俯视图和图4所示的发射终端透镜组侧视图中的光路可知，垂直于第一发射终端透镜110入射的可见光经汇聚后落在第二发射终端透镜111上，由于第一发射终端透镜110和第二发射终端透镜111共焦点，可见光在经第二发射终端透镜111恢复平行；最终经过与第二发射终端透镜111垂直的第三发射终端透镜112后，汇聚在光电二极管144上。由此可得，本发明实施例只有垂直于第一发射终端透镜110入射的光线才能最终聚焦在光电二极管114上，对非直射的可见光，如漫反射光、折射光和衍射光等干扰光具有一定的筛选作用；同时，对汇聚直射光并提高光强具有一定的作用，有利于保证信号的强度。

菲涅尔透镜的工作原理十分简单：假设一个透镜的折射能量仅仅发生在光学表面，拿掉尽可能多的光学材料，而保留表面的弯曲度；使用普通的凸透镜，会出现边角变暗、模糊的现象，这是因为光的折射只发生在介质的交界面，凸透镜片较厚，光在玻璃中直线传播的部分会使得光线衰减。如果可以去掉直线传播的部分，只保留发生折射的曲面，便能省下大量材料同时达到相同的聚光效果。菲涅耳透镜就是采用这种原理的。菲涅尔透镜看上去像一片有无数多个同心圆纹路(即菲涅耳带)的玻璃，却能达到凸透镜的效果。

菲涅尔透镜与传统透镜相比，加工成本较低，在实现相同的焦距时厚度较小。而本发明实施例使用菲涅尔透镜的截面形状作为拉伸面，拉伸出本发明实施例的发射终端透镜，有以下优点：发射终端透镜的纹路为直线，加工较为简单；以三块透镜组成发射终端透镜组，对减少干扰光干扰，增强光强具有良好的作用。

在本发明实施例中，需要由发射终端电机105控制发射终端壳体102的转动，从而使得发射终端LED灯组103发出的光能垂直入射在接收终端的第一接收终端透镜上。具体的，发射终端电机105控制发射终端壳体102在水平位置正方向和反方向偏转20°往复运动，当发射终端光电二极管114感应到接收终端的可见光信号时，说明此时接收终端LED灯组发出可见光直射第一发射终端透镜110，即说明了，发射终端LED灯组103发出的可见光直射第一接收终端透镜，此时，发射终端电机105停止运动，当发射终端光电二极管114失去对接收终端的可见光信号感应时，发射终端电机105恢复运动，控制发射终端壳体102在水平位置正方向和反方向偏转20°往复运动。

图5示出了本发明实施例接收终端三维结构示意图，本发明实施例的接收终端用于获取车辆的ID信息，通过不同接收终端接收车辆的ID信息顺序，确认车辆在停车场内的行进轨迹。本发明实施例的接收终端安装在停车场的墙壁上，主要安装在停车场墙壁的转角处。本发明实施例的接收终端包括接收终端支架201、接收终端壳体202、接收终端LED灯组203、接收终端透镜组204、接收终端电路板213。接收终端透镜组204、接收终端电路板113固定在接收终端壳体202上，接收终端LED灯组203沿终端壳体202的对角线嵌入安装在所述接收终端透镜组204上，接收终端壳体202铰接在接收终端支架101上，并通过螺母进行锁定。

在进行安装时，首先将本发明实施例的接收终端支架101固定在墙壁上，考虑到墙壁的垂直度，接收终端壳体202采用铰接的方式设置在接收终端支架101上，在对接收终端壳体202的角度进行调整后，用螺母进行锁定。

图6示出了本发明实施例的接收终端透镜组俯视图，具体的，本发明实施例的接收终端透镜组与发射终端透镜组类似，包括第一接收终端透镜210、第二接收终端透镜211、第三接收终端透镜212。所述第一接收终端透镜210、第二接收终端透镜211、第三接收终端透镜212依次排列且所处平面相互平行，截面形状与菲涅尔透镜的截面形状结构相同，并以所述截面形状沿轴线拉伸展开；其中，第一接收终端透镜210和第二接收终端透镜211的轴线平行，第三接收终端透镜212轴线与第二接收终端透镜211的轴线垂直。

如图6示出了本发明实施例的透镜组俯视图，本发明实施例的接收终端透镜组用于汇聚车辆前方的发射终端LED灯组103发出的光线，通过接收终端透镜组固定，发射终端LED灯组103转动的特性，保证发射终端LED灯组103发出的光线能直射接收终端透镜组，使可见光信号得以过滤并加强，具有良好的实用性。

具体的，发射终端和接收终端还涉及到可见光的通讯电路，其中，发射终端的发射终端电路设置在发射终端电路板上，接收终端的接收终端电路设置在接收终端电路板上。

图7示出了本发明实施例的可见光通信原理图，可见光通信原理主要包括光发射机的光信号发射处理以及光接收机的光信号接收处理，光信号发射处理包括接口处理电路、编码电路、驱动调制电路和光源发射，其中，接口处理电路和编码电路通常通过MCU完成，将电信号以数字信号的形式传入驱动调制电路，并经光源以光信号，即光的频闪方式进行发送；光信号接收处理主要包括光电探测器接收光信号、前置放大器和主放大器对信号进行处理，最终经均衡器和判决器按时钟提取信息，最终经解码器进行信号还原，输出电信号供计算机等设备处理。

在发射终端电路板和接收终端电路板上，均分别设置有光发射机和光接收机。以下对驱动调制电路、前置放大器电路和主放大器电路进行介绍，均衡器电路、判决器电路和解码器电路可参照现有技术。

图8示出了本发明实施例的驱动调制电路图。本发明实施例的驱动调制电路基于驱动芯片DD311设计，DD311是单通道输出的LED恒流驱动其，驱动电流高达1A，通过调节可变电阻Rw改变输入电流，从而改变驱动电流大小，输出电流约为输入电流的100倍。通过两片DD311对流经LED灯的电流实行分流，为了给DD311提供恒流电流，避免高压损坏其OUT管教，在LED灯和DD311芯片的输出之间加入三极管TIP127。DD311的驱动电流范围为350～1000mA，输入信号Vin作为DD311的使能信号，工作状态为500mA，使能信号采用方波信号，频率在200kHz左右，输入信号进入该电路后可以基于TIP217驱动LED发出经过调制的光信号。

图9示出了本发明实施例的前置放大器电路图，前置放大器电路主要包括跨阻抗放大器、差分信号转换器和差分放大输出。PIN光电二极管接收光信号并转化成电流从引脚IN端输入，经过跨阻放大器进行放大，再经过差分信号转换器转换成差分信号，然后通过差分放大器输出。跨阻放大器与一般放大器相比，具有低噪声、高灵敏度等优异的性能，用放大器A1组成跨阻抗放大器，反馈电阻R2跨接在放大器反向输入端和输出端，形成并联负反馈，将输入电流转换为电压。并联的两个二极管D1和D2用于钳位，在大输入电流的情况下，限制输出信号的幅度，增大光接收机动态范围。同时，放大器A1的同相输入端接入小的参考电压，该参考电压可从电路中进行提取，因此能够根据系统使用环境的不同进行改变，实现自动控制。由于放大器的工作特点是放大同相和反相输入端之间的输入差值，因此可以抵消输入信号的直流成本，降低脉宽失真。电阻R1和电容C1构成滤波电路，减少电源的噪声干扰。

差分信号发生器由运放A2和A3组成，将跨阻抗放大器的单端输出信号分别经过运放的同相放大和反相放大后转变呈双端输出的差分信号，并且提供额外增益；差分信号经差分放大器输出后，以差分信号的形式传输到主放大电路。

图10示出了本发明实施例的主放大器电路图。光电流信号经过前置放大器电路转换放大后，信号强度还需要主放大器电路进一步放大处理后才能直接驱动电路，进行信号提取。本发明实施例的主放大器电路对信号进行多级放大，使得信号强度满足判决再生的需要，此外，主放大电路具有自动增益(ACG) 功能，可以对输入信号的变化做出补偿控制，保持信号的幅度的稳定。本发明实施例的主放大电路的包括输入缓冲器、带AGC功能功能的多级放大器、输出缓冲器。从前置放大器来的差分信号通过输入引脚IN+和IN-进入输入缓冲器，得到放大，然后，信号在多级放大器进一步放大处理，AGC电路控制其输出幅度，使之输出幅度保持不变，最后，从输出缓冲器输出。

图11示出了本发明实施例的前置放大器和主放大器连接电路图。进一步的，为了减少噪声，在前置放大器和主放大器之间，采用阻容涡合的方式的方式进行连接，通过电容通高频、阻低频的特性，滤除低频干扰信号。

在通信系统中，均衡器用于校正传输信道幅度频率特性和相位频率特性的部件，在系带系统中插入均衡器能够减小码间干扰的影响；判决器，如采样判决器，是一种通过采样的形式将原来的基带信号恢复或者再生的仪器，信号的值就当成1，从而得到1，同样在其它的时候得到不同的抽样值根据情况判断此处原来的值到底是0还是1。在数字基带信号传输的过程中，即一串数字脉冲如0和1不经过调制直接在信道里面进行传输的过程中，信号在传输的时候必须要有一定的波形，最常见的为矩形脉冲波形；但是使用矩形脉冲波形会存在一定的问题，那就是其频谱是很宽的，不利于传输，因此，必须要选择其它样式的波形进行传输，即对矩形脉冲进行码型变换和波形变换，变成一种合适在信道中传输的形式，比如正弦波；此时，需要对信号进行“抽样”，得到在不同的时刻的一些离散的值，但是，由于在信号的传输过程中有各种干扰，如噪声和码间串扰，不同时刻的值跟原先实际的不一定相同，比如在第一个时刻抽样得到的是0.9，这样就进行所谓的“判决”，可以发现此时的值很接近1，因此，此时的信号的值就当成1，从而得到1，同样在其它的时候得到不同的抽样值根据情况判断此处原来的值到底是0还是1，利用这种方式就可以将原来的基带信号恢复或者再生；本发明实施例通过差分处理和差分放大后，0、1 所对应的值差别较大，按照时钟进行数字信号的还原，错码率较低；同时，相对于车辆编码ID的长度而言，传输速率极快，单位时间内的车辆编码ID传输个数较多，可基于统计的方式进行车辆编码ID的确认；依照统计学的概念，结合错码以及丢包的随机性，实际测试中，即使丢包率和错包率达到70％，最终统计结果依然是正确的车辆编码ID占最大的占比。

考虑到车辆在停车场中还涉及到离场缴费的问题，可见光通信在光隔绝的环境中具有良好的安全性，因此，可以基于可见光的通信特性设置停车场的收费终端以及车辆的缴费终端。

图12示出了收费终端的三维结构示意图，图13示出了缴费终端和收费终端的侧视图。具体的，缴费终端300安装于车辆底部，包括缴费终端LED灯组和缴费终端电路板，缴费终端电路板上设置有光发射机，驱动缴费终端LED灯组发出带有信息的可见光信号，缴费终端LED灯组呈直线排列，排列方向与车辆前进方向垂直。

收费终端包括挡板301和收费终端光接收机302，挡板301分别设置在收费终端光接收机302两侧，二者之间的间距大于车辆前轮与后轮之间的间距，挡板301根部铰接的嵌在地上，端部朝车辆离开停车场的方向翘起；收费终端光接收机302结构与接收终端、发射终端类似，包括收费终端外壳、收费终端透镜组和收费终端电路板。具体的，收费终端外壳嵌在地上，收费终端透镜组和收费终端电路板固定在收费终端外壳上。本发明实施例的收费终端透镜组与发射终端透镜组类似，包括第一收费终端透镜210、第二收费终端透镜211、第三收费终端透镜212。所述第一收费终端透镜210、第二收费终端透镜211、第三收费终端透镜212依次排列且所处平面相互平行，截面形状与菲涅尔透镜的截面形状结构相同，并以所述截面形状沿轴线拉伸展开；其中，第一收费终端透镜210和第二收费终端透镜211的轴线平行且与车辆离开停车场的方向平行，第三收费终端透镜212轴线与第二收费终端透镜211的轴线垂直。

收费终端设置在停车场的出口处，车辆处于挡板之间的位置时，缴费终端发出的可见光可扫过收费终端；缴费终端可见光发出的信息为电子账号信息，如支付宝账号、微信账号、粤通卡账号等信息，通过收费终端可进行获取，从而完成缴费；由于挡板的设置，车辆的电子账号信息不会对外进行泄露，具有一定的安全性。

图14示出了本发明实施例的基于可见光通信的停车场管理方法流程图，图 15示出了本发明实施例的停车场管理系统俯视布置结构图。云服务器主要用于记录车辆在停车场内对接收终端的触发顺序信息和计费信息，通过对车辆触发接收终端的顺序，可以得出车辆在停车场中的行进轨迹，一方面，可以按照统计学原理对停车场的停车路径进行规划，另一方面，可以结合车辆的行进轨迹对车辆进行寻车，具有良好实用性。

相应的，本发明实施例还提供了一种基于可见光通信的停车场管理方法，包括一下步骤：

S101：基于接收终端获取发射终端发送的车辆ID信息；

本发明实施例的停车场不设置入口关卡，车辆可直接驶入停车场；一般的，可使用接收终端代替传统的入口关卡作用，在停车场入口设置一个接收终端。车辆的日行灯使用本发明实施例提供的发射终端进行设计，由于墙壁上的接收终端可能角度与车载的发射终端不匹配，导致发射终端的发射终端LED灯组无法垂直入射至接收终端，因此，本发明实施例的发射终端LED灯组通过发射终端在水平位置的正方形和反方向20°的范围内往复运动；由于接收终端的接收终端LED灯组与接收终端的接收终端透镜组所在平面垂直，因此，当发射终端光电二极管感应的接收终端LED灯发出的信号后，可基于车载行车电脑或板载 MCU对发射终端电机进行控制，使其暂停运动，直至发射终端光电二极管无法感应接收终端LED灯发出的信号。

具体的，接收终端的接收终端LED灯组可始终发出同一重复信号，便于发射终端光电二极管识别，同时，也防止发射终端光电二极管接收到其他无关信号后发生错误，使发射终端电机停止运动。鉴于实用性和低成本考虑，可在云服务器架设一脉冲信号发生器，为所有的发射终端的编码电路发送脉冲信号，用于模拟01010101……信号；当车载的发射终端的光接收机接收到持续的 01010101……信号时，即视为发射终端LED灯组与接收终端透镜组正对，发射终端LED灯组发出的LED光可垂直入射至接收终端透镜组中。

同时，为了辨别不同的车辆，每个车辆都会根据车辆独有的编码，通过发射终端LED灯组发射到接收终端透镜组上，并通过接收终端的光接收机接收。相应的，考虑到信号识别的问题，本发明实施例的车辆编码由六字节组成，第一字节的八位置0，第六字节的八位置1；第一字节、第二字节、第三字节、第四字节、第五字节、第六字节首尾依次排序组合后，除第一字节和第六字节的默认设置外，不出现连续八位全为0或全为1的情况，以免顺序识别发生错乱；因此，扣除容易发生错误的编码以外，车辆编码的数量级达到亿级别，基本满足现在车辆数量需求。

在2000年可见光通信刚刚兴起之时，有限的调制带宽限制了可见光通信的传输速率，起初仅有二十KB每秒；2013年，中国复旦大学研发出3.75Gbps离线数据传输的速率，创造世界纪录；同年，英国众多高校的科研人员又把离线速率刷新到10Gbps。一般来说，假设使用最慢的可见光通信设备，通信速度仅为20KB/S，按照1KB＝1024Byte，可以计算在

考虑到存在信号丢包率30％，则每秒可传送的车辆编码次数也可达2300次，即传送一次车辆编码的时间仅需1/2300秒，因此，当车辆活动经过接收终端时，发射终端发射的车辆编码，即车辆ID能被接收终端完全识别。

S102：接收终端将车辆ID信息发送至云服务器，云服务器接收接收终端ID 信息和车辆ID信息；

一般的，接收终端可通过RJ45接口与云服务器连接；由于接收终端与云服务器是基于有线连接的，因此，云服务器通过事先设定的程序，通过固定的接口接收接收终端的信息，自然而然能识别出接收终端的编号；为了防止车辆ID 信息在同一接收终端处多次重复提交，占用带宽，可基于统计学原理，在设定的时间周期内，将接收到的车辆ID重复次数最高的车辆ID提交至云服务器。

S103：基于终端ID信息和车辆ID信息，云服务器按时间排序记录车辆途经点；

一般的，云服务器内部的储存器存储有车辆数据库，以车辆ID为主码，按照时间顺序将接收到的或者识别到的终端ID信息以属性形式添加至车辆ID中；具体的，假设图14中车辆ID为X，车辆运行轨迹如图14中粗实线所示，则在车辆数据库中，车辆的记录数据为：X(入场时间，1，3，7，9，10，13，出场时间)。

S104：基于收费终端获取缴费终端发送的车辆ID信息；

当车辆出场时，车辆压下位于一侧挡板后且未压下另一侧挡板之前，车辆的前轮和后轮处于两个挡板之间，车辆底部的缴费终端以可见光的形式发射车辆ID或缴费途径信息；一般的，可将车辆ID绑定支付宝、微信等支付软件，从而实现基于车辆ID的统一识别方式；需要说明的是，由于可见光通信相对于车辆ID的长度来说是极快的，且可见光自身的传播速度也是极快的，在短距无遮挡物的情况下丢包或错包概率非常的低，因此，车辆无需停下，可直接驶出停车场。

挡板的设置减少了其他车辆对收费终端的干扰，同时也保障了当前经过的车辆信息不会给误接收为其他车辆的车辆ID信息，导致缴费失败。

S105：收费终端将车辆ID信息发送至云服务器；

收费终端将接收到的缴费终端ID信息发送至云服务器，云服务器接收收费终端发出的缴费终端ID信息；需要说明的是，为了避免重复缴费，同样的，基于统计原理，将单位时间内的车辆ID信息条数最多的车辆ID上传至云服务器。

S106：云服务器接收所述车辆ID信息并基于车辆进场时间进行扣费。

云服务器通过车辆数据库中记录的数据，主要为入场时间和出场时间进行计算，以工作人员设定的规则进行费用的计算，并对车辆ID信息绑定的信用卡、储蓄卡、支付宝、微信、粤通卡等电子账户进行扣费。

此外，工作人员还可以利用车辆数据库中的数据对停车场的行车路线进行规划，以更好的指定停车场行车路线，避免停车场发生拥堵以及提供更为良好的客户体验。

本发明实施例提供了一种基于可见光通信的停车场系统，在停车场中基于可见光进行车辆的入场记录、轨迹捕抓、出场缴费等功能，避免车辆在入口关卡处停车产生拥堵；与使用摄像头记录相比，识别速度快，识别精确度高，算法实现难度较低；同时，通过记录车辆在停车场中的行车轨迹，为停车场的行车路线规划提供参考，具有良好的实用性。

以上对本发明实施例所提供的一种基于可见光通信的停车场系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (1)

1.一种基于可见光通信的停车场系统，其特征在于，所述基于可见光通信的停车场系统包括发射车辆ID信息用于定位的发射终端、接收车辆ID信息并上传至云服务器用于定位的接收终端、发射车辆ID信息用于缴费的缴费终端、接收车辆ID信息并上传至云服务器用于收费的收费终端和用于储存车辆行车轨迹和缴费信息的云服务器；

所述发射终端设置在车辆的头部位置上，所述缴费终端设置在车辆的车底位置上；所述接收终端设置在停车场的墙壁上；所述收费终端设置在停车场的出口地板上；

所述发射终端和所述接收终端基于可见光进行通信，所述缴费终端和所述收费终端基于可见光进行通信，所述接收终端和所述收费终端分别基于有线连接方式与所述云服务器连接；

所述发射终端包括发射终端支架、发射终端壳体、成一直线排列的发射终端LED灯组、发射终端透镜组、发射终端电路板和发射终端电机；

所述发射终端LED灯组、发射终端透镜组、发射终端电路板固定在所述发射终端壳体内，所述发射终端壳体铰接在所述发射终端支架上并通过所述发射终端电机驱动转动；

所述发射终端电路板上设置有发射终端光电二极管，所述发射终端透镜组的焦点落于所述发射终端光电二极管上；

所述发射终端透镜组包括依次排列且所在平面相互平行的第一发射终端透镜、第二发射终端透镜、第三发射终端透镜；

所述第一发射终端透镜、第二发射终端透镜、第三发射终端透镜截面形状与菲涅尔透镜的截面形状相同，并以对应的所述截面形状沿轴线拉伸；

所述第一发射终端透镜和第二发射终端透镜的轴线平行，所述第三发射终端透镜轴线与所述第二发射终端透镜的轴线垂直；

所述第一发射终端透镜和第二发射终端透镜共焦点，第三发射终端透镜的焦点落在所述发射终端电路板的发射终端光电二极管上；

所述接收终端包括接收终端支架、接收终端壳体、接收终端LED灯组、接收终端透镜组、接收终端电路板；

所述接收终端透镜组、接收终端电路板固定在接收终端壳体上，所述接收终端LED灯组沿所述接收终端壳体的对角线嵌入安装在所述接收终端透镜组上；

所述接收终端电路板上设置有接收终端光电二极管，所述接收终端透镜组焦点落在所述接收终端光电二极管上；

所述接收终端壳体铰接在所述接收终端支架上并通过螺母进行锁定；

所述接收终端透镜组包括依次排列且所在平面相互平行的第一接收终端透镜、第二接收终端透镜、第三接收终端透镜；

所述第一接收终端透镜、第二接收终端透镜、第三接收终端透镜截面形状与菲涅尔透镜的截面形状结构相同，并以所述截面形状沿轴线拉伸；

所述第一接收终端透镜和第二接收终端透镜的轴线平行，所述第三接收终端透镜轴线与所述第二接收终端透镜的轴线垂直；

所述缴费终端包括缴费终端LED灯组和缴费终端电路板；

所述缴费终端电路板上设置有光发射机，驱动缴费终端LED灯组发出带有车辆ID信息的可见光信号；

缴费终端LED灯组呈直线排列，排列方向与车辆前进方向垂直；

所述收费终端包括收费终端光接收机，所述收费终端光接收机包括收费终端外壳、收费终端透镜组和收费终端电路板；

所述收费终端外壳嵌在地上，所述收费终端透镜组和收费终端电路板固定在收费终端外壳上；

所述收费终端电路板上设置有收费终端光电二极管，所述收费终端透镜组的焦点落在所述收费终端光电二极管上；

所述收费终端透镜组包括依次排列且所在平面相互平行的第一收费终端透镜、第二收费终端透镜、第三收费终端透镜；

所述第一收费终端透镜、第二收费终端透镜、第三收费终端透镜截面形状与菲涅尔透镜的截面形状结构相同，并以所述截面形状沿轴线拉伸；

所述第一收费终端透镜和第二收费终端透镜的轴线平行且与车辆离开停车场的方向平行，所述第三收费终端透镜轴线与所述第二收费终端透镜的轴线垂直。

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