CN109767628A - 一种基于能量收集的车位管理系统及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于能量收集的车位管理系统和装置，所述车位管理系统包括车位节点和网关，所述车位节点包括中央处理器，以及分别与中央处理器电性连接的能量处理单元、传感单元和通信单元；所述能量处理单元用于收集环境中的能量并转化为电能保存下来、为车位节点供电，所述传感单元用于捕捉环境信息，探测车位中是否有车停占，所述通信单元与网关通过无线网络信号连接，实现车位节点与网关间的信息互通；所述网关连接云服务器；所述车位管理装置包括该车位管理系统；采用能量收集的技术和压电触发的模式，运行稳定，极大地降低了初始投入成本和运行成本，适合分散式的停车场所使用。

Description

一种基于能量收集的车位管理系统及装置

技术领域

本发明涉及车辆的停放管理技术领域，特别涉及一种基于能量收集的车位管理系统及装置。

背景技术

随着人们生活水平的提高，越来越多的私家车进入人们的生活，随着汽车保有量的增加，城市的车位管理变得越来越重要。对于车位比较分散的停车场、马路边来说，传统的车位管理需要大量的人力物力，要么需要额外的布线，改造复杂；要么需要持续投入人力，成本高昂。

能量收集技术是一种将环境中可利用的能量进行收集并转化为可利用电能的技术。可收集的能量包括太阳能、风能、射频能量等，是紫红环保、可持续的能量利用方式。能量收集作为新兴的技术手段，非常适合分散的应用场景，可以免去布线的麻烦，又可以减少人力的投入，但是目前尚未发现将能量收集的技术手段应用于车位管理的方案。

可见，现有技术还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种基于能量收集的车位管理系统及装置，旨在解决现有技术中分散式的车位管理难度高，投入成本高的问题。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种基于能量收集的车位管理系统，包括车位节点和网关，所述车位节点包括中央处理器，以及分别与中央处理器电性连接的能量处理单元、传感单元和通信单元；所述能量处理单元用于收集环境中的能量并转化为电能保存下来、为车位节点供电，所述传感单元用于捕捉环境信息，探测车位中是否有车停占，所述通信单元与网关通过无线网络信号连接，实现车位节点与网关间的信息互通；所述网关连接云服务器。

所述的基于能量收集的车位管理系统中，所述传感单元包括用于激活中央处理器的压电传感器、用于获取车位中车辆信息的图像传感器和用于探测车位中是否有车停占的超声波传感器。

所述的基于能量收集的车位管理系统中，所述图像传感器为摄像头。

所述的基于能量收集的车位管理系统中，所述能量处理单元包括射频能量接收模块、能量管理模块和能量存储模块；所述射频能量接收模块用于接收环境中的射频能量，所述能量管理模块用于接收射频能量存储到能量存储模块中，并对中央处理器、传感单元和通信单元提供能量，所述能量存储模块用于储存能量管理模块转化的电能。

所述的基于能量收集的车位管理系统中，所述能量存储模块包括超级电容、可充电电池中的一种或两种。

所述的基于能量收集的车位管理系统中，所述通信单元包括Lora、NB-IOT、zigbee中的一种或多种。

所述的基于能量收集的车位管理系统中，还包括显示单元，所述显示单元分别与能量处理单元和中央处理器电性连接。

一种基于能量收集的车位管理装置，应用上述的车位管理系统，所述装置包括设置在车位一端的立式指示，所述压电传感器设置在车位内部；中央处理器、能量处理单元、图像传感器、超声波传感器、通信单元和显示单元设置在立式指示上。

所述的基于能量收集的车位管理装置中，所述压电传感器为条状，分别垂直于车位的两长边，并且两端分别与车位的两长边接触。

所述的基于能量收集的车位管理装置中，所述装置包括一个或多个压电传感器。

有益效果：

本发明提供了一种基于能量收集的车位管理系统及装置，所述系统采用能量收集技术，无需额外布线，极大降低了初始投入成本；持续运行稳定性高，维护成本低，无需过多的人工干预，操作简单；采用压电信号触发，能量消耗极低，适用于分散性的停车位使用。

附图说明

图1为本发明提供的所述基于能量收集的车位管理系统的连接关系框图。

图2为所述基于能量收集的车位管理装置的结构示意图。

图3为本发明的应用示意图。

图4为车位节点的实现流程图。

图5为网关的实现流程图。

具体实施方式

本发明提供一种基于能量收集的车位管理系统及装置，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1-5，本发明提供一种基于能量收集的车位管理系统，包括车位节点1和网关2，所述车位节点1包括中央处理器11，以及分别与中央处理器11电性连接的能量处理单元12、传感单元13和通信单元14；所述能量处理单元12用于收集环境中的能量并转化为电能保存下来、为车位节点1供电，所述传感单元13用于捕捉环境信息，探测车位a中是否有车停占，所述通信单元14与网关2通过无线网络信号连接，实现车位节点1与网关2间的信息互通；所述网关2连接云服务器。

所述系统通过能量处理单元收集能量，无需额外布线，将环境中的能量转化为电能，合理利用了环境中的能量，极大地降低了初始成本和运行成本，运行持续稳定，系统通过传感单元检测车位的停车情况，反馈至中央处理器并与网关信息共享，实时更新车位的停车信息，通过网关节点查看车辆的信息和停车扣费，操作简单，自动化程度高，无需人工过多的干涉，节省人力成本。

具体地，所述传感单元13包括用于激活中央处理器11的压电传感器13a、用于获取车位中车辆信息的图像传感器13b和用于探测车位中是否有车停占的超声波传感器13c。

压电传感器采用压电薄膜材料的传感器，当所述压电传感器受到压力时，产生正向电压，所述压电传感器释放压力时，产生负向电压。所述压电传感器通过受到的压力差产生脉冲信号，激活处于休眠状态下的中央处理器，一种实施方式中，所述中央处理器为MCU（Microcontroller Unit，微控制单元），所述图像传感器捕捉车位中车辆的信息，生成图像反馈至中央处理器，中央处理器共享至网关节点。所述超声波传感器通过回波实现测距，探测车位中是否有车辆停占，可以根据多次测量的车辆的距离判断车辆泊停还是驶出车位。

具体地，所述图像传感器13b为摄像头。

具体地，所述能量处理单元12包括射频能量接收模块12a、能量管理模块12b和能量存储模块12c；所述射频能量接收模块12a用于接收环境中的射频能量，所述能量管理模块12b用于接收射频能量存储到能量存储模块12c中，并对中央处理器11、传感单元13和通信单元14提供能量，所述能量存储模块12c用于储存能量管理模块12b转化的电能。

所述射频能量接收模块包括天线、匹配电路等，通过天线接收环境中存在的射频能量，然后通过RF/DC整流器将接收到的射频能量通过整流电路转换成直流电，用于车位节点的供电，多余的电量存储在能量存储模块中，以实现对车位节点中各模块的持续供电，使所述系统能够持续地运行。所述射频能量可以通过环境中的电磁波获得，也可以通过专用的能量发送装置获得。当环境中的能量不足以满足系统的运行时，还可以通过外部移动节点，例如无人机等搭载无线能量发射器，对车位节点进行充电。

具体地，所述能量存储模块12c包括超级电容、可充电电池中的一种或两种，可以循环使用。

超级电容是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原赝电容电荷储存电能，其储能的过程并不发生化学反应，储能过程可逆，可以反复充放电数数十万次，循环使用寿命长，充电速度快，充电10s-10min可达到其而定容量的95%以上；能量转换效率高，过程损耗小，检测方便，剩余电量可直接读出，便于电量的监控，产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染，是理想的绿色环保电源。

具体地，所述通信单元14包括Lora、NB-IOT、Zigbee中的一种或多种；功耗低，成本低；Lora适合远距离传输，Zigbee适合近距离传输，复杂度低，NB-IOT覆盖广、连接多、速率快，适合对网络连接要求较高的设备连接。实际应用中，可以根据现场的要求布置不同的通信单元，满足不同的需要。

进一步地，还包括显示单元15，所述显示单元15分别与能量处理单元12和中央处理器11电性连接，通过能量处理单元的能量管理模块提供电量，显示中央处理器发出的车辆信息。优选地，所述显示单元采用超低功耗的电子墨水屏幕，在阳光下没有传统液晶显示的反光现象，适合户外停车场使用；电源关闭后显示屏上的画面仍可保留，非常省电，进一步降低了运行成本。

一种基于能量收集的车位管理装置，应用上述的车位管理系统，所述装置包括设置在车位一端的立式指示b，所述压电传感器13a设置在车位a内部；中央处理器11、能量处理单元12、图像传感器13b、超声波传感器13c、通信单元14和显示单元15设置在立式指示b上。实际应用中，当车辆驶入车位中或从车位中离开时，触发地面上的压电传感器，压电传感器产生脉冲冲击，激发休眠状态下的中央处理器，记录车位的停车情况，并发送至网关，显示在显示单元中，显示单元设置在立式指示一外侧面的上部，便于观察。应用中，一个网关可以连接多个车位节点，分别控制，互不影响，网关连接云服务器，对各个车位节点的车辆信息分别管理。

优选地，所述压电传感器13a为条状，分别垂直于车位a的两长边，并且两端分别与车位a的两长边接触。车辆在车位中行驶时一定会经过压电传感器，产生脉冲冲击。

具体地，所述装置包括一个或多个压电传感器13a。一种实施方式中，结合成本的考虑，所述压电传感器设置一个，设置于车位长度的黄金分割处（0.618∶1），该距离不仅为超声波传感器的测距提供一个合适的距离，也适合压电传感器与中央处理器间的信号传送。

所述系统中，车位节点的工作过程为：

中央处理器处于休眠状态；

压电传感器在车辆移入车位或者车辆移出车位时产生脉冲冲击，此脉冲信号作为中央处理器的中断相应信号，激活处于休眠状态的中央处理器；

关闭压电传感器中断，超声波传感器每隔T时刻检测与车辆的距离d；本实施方式中，该时间间隔T为10s；当d的值不再变化时，开启图像传感器获取车辆信息；

能量处理单元获取当前能量状态，通信单元将车位节点的能量状态和车辆信息发送给网关节点；

中央处理器根据当前的车辆信息（车位标识、当前时刻、车牌号等）生成二维码，发送至网关节点，并显示在显示单元上；

打开压电传感器中断，中央处理器进入休眠模式。

所述网关的工作过程为：

接收车位节点上传的车辆信息的图片、车位节点的能量状态信息；

识别车辆车牌信息，记录车辆移入、移除车位的时间，更新车位状态；

接收用户的二维码查询，返回时间信息和计费信息；

当车位节点的能量低于设定的阈值时，或者不足以满足停车时间需求时，则反馈至车位节点的中央处理器，中央处理器报警，若出现能量处理单元的电量不能满足需求时，可以通过移动节点对该车位节点进行充电，维持系统持续稳定的工作。

本发明中的系统运行稳定，环保高效，能够循环利用环境中的射频能量，并且不需要繁琐耗费大的布线工作，非常适合分散式的停车场所使用；自动化程度高，操作简单，节省人力成本。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于能量收集的车位管理系统，其特征在于，包括车位节点和网关，所述车位节点包括中央处理器，以及分别与中央处理器电性连接的能量处理单元、传感单元和通信单元；所述能量处理单元用于收集环境中的能量并转化为电能保存下来、为车位节点供电，所述传感单元用于捕捉环境信息，探测车位中是否有车停占，所述通信单元与网关通过无线网络信号连接，实现车位节点与网关间的信息互通；所述网关连接云服务器。

2.根据权利要求1所述的基于能量收集的车位管理系统，其特征在于，所述传感单元包括用于激活中央处理器的压电传感器、用于获取车位中车辆信息的图像传感器和用于探测车位中是否有车停占的超声波传感器。

3.根据权利要求2所述的基于能量收集的车位管理系统，其特征在于，所述图像传感器为摄像头。

4.根据权利要求2所述的基于能量收集的车位管理系统，其特征在于，所述能量处理单元包括射频能量接收模块、能量管理模块和能量存储模块；所述射频能量接收模块用于接收环境中的射频能量，所述能量管理模块用于接收射频能量存储到能量存储模块中，并对中央处理器、传感单元和通信单元提供能量，所述能量存储模块用于储存能量管理模块转化的电能。

5.根据权利要求4所述的基于能量收集的车位管理系统，其特征在于，所述能量存储模块包括超级电容、可充电电池中的一种或两种。

6.根据权利要求2所述的基于能量收集的车位管理系统，其特征在于，所述通信单元包括Lora、NB-IOT、zigbee中的一种或多种。

7.根据权利要求2所述的基于能量收集的车位管理系统，其特征在于，还包括显示单元，所述显示单元分别与能量处理单元和中央处理器电性连接。

8.一种基于能量收集的车位管理装置，其特征在于，应用如权利要求2-7任一项所述的车位管理系统，所述装置包括设置在车位一端的立式指示，所述压电传感器设置在车位内部；中央处理器、能量处理单元、图像传感器、超声波传感器、通信单元和显示单元设置在立式指示上。

9.根据权利要求8所述的基于能量收集的车位管理装置，其特征在于，所述压电传感器为条状，分别垂直于车位的两长边，并且两端分别与车位的两长边接触。

10.根据权利要求8所述的基于能量收集的车位管理装置，其特征在于，所述装置包括一个或多个压电传感器。