CN109886053A - 一种基于NB-IoT技术的车位检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于NB‑IoT技术的车位检测装置及检测方法，其中装置包括用于检测电子标签RFID天线模块，用于调节RFID天线模块的功率以控制RFID天线模块的识别范围，并识别车位及车辆信息的RFID读卡器模块，用于探测车位上是否有车辆驶入或驶离的地磁传感器模块，用于储存数据信息并控制NB‑IoT模块进行数据传输的单片机，用于将单片机输出的数据信息发送至云平台的NB‑IoT模块。本发明通过RFID读卡器模块配合地磁传感器模块提高了车辆识别率；且通过采用RFID圆极化天线，增大天线识别范围，能够有效克服汽车金属底盘对信号传输的干扰，进而有效检测到电子标签，同时通过调节读卡器的发射功率来控制天线的识别范围，有效解决了停车过程中各车位之间互干扰问题。

Description

一种基于NB-IoT技术的车位检测装置及检测方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别是一种基于NB-IoT技术的车位检测装置及检测方法。

背景技术

随着我国社会经济的快速发展，机动车拥有量呈现迅猛增涨的势头，截至2018年9月，全国机动车保有量达3.22亿辆，其中汽车保有量达2.35亿辆。私家车总量超过1.84亿辆。机动车驾驶人突破4亿人，中国已经全面进入汽车社会。

由于车辆保有量的快速增长，城市的交通拥堵区域逐渐由中心城区向外蔓延，“行车难、停车难”问题已经成为城市可持续发展过程中面临的主要问题。智慧停车是破解停车难的最佳手段，通过云平台、物联网、移动支付等技术的使用，优化停车流程，通过移动互联网实现线下停车场资源共享，提高停车场利用率和用户便捷度。

现有停车方式主要包括：室内停车、场内停车、单位内部停车以及路边停车，通过调查发现路边停车具有很多停车资源，但是路边停车对车辆检测器的要求比较严格，很受环境影响。相比较而言，地磁车辆检测器就很符合要求，但常见的地磁检测器需要基站等传输工具，急需要简化系统，降低成本。因此NB-IoT技术便应运而生，NB-IoT(Narrow BandInternet of Things)是一种革新性的基于蜂窝移动网络的窄带物联网技术，聚焦于低功耗广域物联网市场，特别是智能交通领域。NB-IoT是物联网的主流技术，为规模连接而生，同时NB-IoT产业已经成熟，物联网已经进入规模商用的时代。

NB-IoT的出现能够很好的解决短距无线技术在智能停车应用上的问题，停车管理企业可以专注于停车运营以及提供增值服务，而不需要考虑网络本身，提高了交通基础设施和交通运输工具的利用率，降低能耗，引导交通需求合理发展。但是NB-IoT技术在地磁车辆检测器上的运用仍然有很多缺陷：汽车识别技术有待改进，地磁检测器在车底下，汽车底盘为金属，严重干扰RFID天线，很难识别到车窗上的电子标签(RFID卡)。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种抗干扰能力强的基于NB-IoT技术的车位检测装置及方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于NB-IoT技术的车位检测装置，包括RFID天线模块、RFID读卡器模块、地磁传感器模块、单片机、NB-IoT模块；

所述RFID天线模块、RFID读卡器模块、单片机、NB-IoT模块依次相连，所述地磁传感器模块、单片机、NB-IoT模块依次相连；

所述RFID天线模块，用于检测电子标签；

所述RFID读卡器模块，用于调节RFID天线模块的功率以控制RFID天线模块的识别范围，并识别车位及车辆信息；所述车位信息包括车位上是否有车，车辆信息包括车牌号；

所述地磁传感器模块，用于探测车位上是否有车辆驶入或驶离；

所述单片机，用于储存RFID读卡器模块和地磁传感器模块检测到的数据信息，并控制NB-IoT模块进行数据传输；

所述NB-IoT模块，用于将单片机输出的数据信息发送至云平台。

基于上述车位检测装置的车位检测方法，包括以下步骤：

步骤1、单片机初始化RFID读卡器模块以清除电子标签的数据；

步骤2、由地磁传感器模块检测车位是否有车驶入，若没有车驶入，则返回步骤1；若有车驶入，在此过程中判断RFID读卡器模块是否读取到电子标签即读取到车位及车辆信息，若没有读取到，则返回步骤1，反之执行步骤3；

步骤3、通过NB-IoT模块将RFID读卡器模块读取到的车位及车辆信息发送至云平台；

步骤4、由地磁传感器模块检测当前车位是否有车驶离，若没有车驶离，则返回步骤3；若有车驶离，在此过程中判断RFID读卡器模块是否读取到电子标签，若读取到，则返回步骤3，反之执行步骤5；

步骤5、通过NB-IoT模块将车位信息即当前车位无车的信息发送至云平台，并返回步骤1。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明通过RFID读卡器模块能够检测到车位上车辆的其他有效信息(车牌号等)，配合地磁传感器模块更能提高车辆的识别率；2)本发明通过采用RFID圆极化天线，增大天线识别范围，能够有效克服汽车金属底盘对信号传输的干扰，有效检测到电子标签，同时调节读卡器的发射功率来控制天线的识别范围，有效解决了停车过程中各车位之间互干扰问题。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明基于NB-IoT技术的车位检测装置的组成示意图。

图2为本发明基于NB-IoT技术的车位检测方法的流程图。

图3为本发明实施例中地磁传感器三轴数值变化情况图，其中图(a)为初始地磁传感器检测到的三轴数据，图(b)为车停稳时地磁传感器检测到的三轴数据，图(c)为车驶离车位时地磁传感器检测到的三轴数据。

图4为本发明实施例中RFID读卡器模块识别电子标签情况图，其中图(a)为车停稳后RFID读卡器识别到的电子标签情况，图(b)为车驶离后RFID读卡器识别电子标签情况。

图5为本发明实施例中云平台接收到单片机发送信息情况图，其中图(a)为车停稳后云平台接收到的信息情况图，图(b)为车驶离后云平台接收到的信息情况图。

具体实施方式

结合图1，本发明一种基于NB-IoT技术的车位检测装置，包括RFID天线模块1、RFID读卡器模块2、地磁传感器模块3、单片机4、NB-IoT模块5；

RFID天线模块1、RFID读卡器模块2、单片机4、NB-IoT模块5依次相连，地磁传感器模块3、单片机4、NB-IoT模块5依次相连；

RFID天线模块1，用于检测电子标签；

RFID读卡器模块2，用于调节RFID天线模块1的功率以控制RFID天线模块1的识别范围，并识别车位及车辆信息；车位信息包括车位上是否有车，车辆信息包括车牌号；

地磁传感器模块3，用于探测车位上是否有车辆驶入或驶离；

单片机4，用于储存RFID读卡器模块2和地磁传感器模块3检测到的数据信息，并控制NB-IoT模块5进行数据传输；

NB-IoT模块5，用于将单片机输出的数据信息发送至云平台。

优选地，RFID天线模块1采用RFID圆极化天线。

优选地，地磁传感器模块3采用HMC5883L三轴磁阻传感器。

优选地，地磁传感器模块3与单片机4之间为IIC串口通信。

优选地，NB-IoT模块5采用BC95-B5。

优选地，RFID天线模块1与RFID读卡器模块2之间通过SMA接口连接。

优选地，RFID读卡器模块2与单片机4之间为RS232串口通信。

结合图2，基于上述车位检测装置的车位检测方法，包括以下步骤：

步骤1、单片机初始化RFID读卡器模块以清除电子标签的数据；

步骤2、由地磁传感器模块检测车位是否有车驶入，若没有车驶入，则返回步骤1；若有车驶入，在此过程中判断RFID读卡器模块是否读取到电子标签即读取到车位及车辆信息，若没有读取到，则返回步骤1，反之执行步骤3；

步骤3、通过NB-IoT模块将RFID读卡器模块读取到的车位及车辆信息发送至云平台；

步骤4、由地磁传感器模块检测当前车位是否有车驶离，若没有车驶离，则返回步骤3；若有车驶离，在此过程中判断RFID读卡器模块是否读取到电子标签，若读取到，则返回步骤3，反之执行步骤5；

步骤5、通过NB-IoT模块将车位信息即当前车位无车的信息发送至云平台，并返回步骤1。

进一步地，步骤2中地磁传感器模块检测车位是否有车驶入，具体为：

步骤2-1、地磁传感器模块设置检测阈值p；

步骤2-2、获取地磁传感器Z轴数据，并判断该数据是否逐渐增大且向检测阈值p靠近，若是，则检测为有车可能驶入；进一步，再判断地磁传感器Z轴数据是否大于检测阈值p，若是，则检测结果为车位有车驶入；反之，检测结果为车位没有车驶入。

进一步地，步骤4中由地磁传感器模块检测当前车位是否有车驶离，具体为：

获取地磁传感器Z轴数据，并判断该数据是否逐渐减小且远离检测阈值p，若是，则检测为有车可能驶离；进一步地，再判断地磁传感器Z轴数据是否小于检测阈值p，若是，则检测结果为车位有车驶离；反之，检测结果为车位没有车驶离。

实施例

本发明一种基于NB-IoT技术的车位检测装置及检测方法，包括以下内容：

本发明实施例中，地磁传感器模块选用的是HMC5883L三轴磁阻传感器，地球磁场的强度在0.5至0.6高斯，地球磁场在很广阔的区域内(大约几公里)其强度是一定的。当一个铁磁性物体，如汽车，置身于磁场中，它会使磁场扰动，从而对车辆的存在性进行判断。将HMC5883L地磁传感器与单片机通过IIC串口总线相连接(SCL与SDA线对应连接，同时需要10K的上拉电阻)。设置地磁传感器寄存器上相应位MS的值，启动自测功能及产生电压的极性，VDD内部电流源产生直流电流，加载到磁阻传感器的偏置带上，产生标准磁场。以标准磁场数据为基准，通过寄存器读取的数据设置合适的检测阈值，可判断车位上是否有车驶入或驶离，也可以滤掉旁边车道的车辆或远距离车辆带来的干扰信号。同时单片机的LCD屏显示传感器的三轴数值。

单片机选用STM32L476，STM32L系单片机注重于低功耗领域，同时不失强大的功能。

RFID读卡器模块选用UM202超高频读卡模块，RFID读卡器模块通过RS232转TTL串口通讯与单片机相连接，初始化RFID读卡器模块，并设置连续读卡模式，同时设置合适的发射功率方便RFID天线工作(功率范围0-30dbi)。RFID读卡器模块读取通过RFID天线检测到的电子标签信息。

RFID天线模块选用4dbi双馈点圆极化陶瓷天线，将RFID天线与RFID读卡器模块通过SMA接口连接。可调节RFID读卡器模块的发射功率来控制天线的识别范围，有效解决了路边停车中各车位之间互干扰问题。

NB-IoT模块采用BC95-B5。将NB-IoT模块通过USB转UART模块串口转接到单片机上，同时模块上插入SIM卡，接入相应频率的天线来实现无线传输(BC95-B5采用电信SIM卡，其需要的天线中心频率为850MHz)。单片机接收到地磁传感器三轴数值以及RFID读卡器模块所检测到的信息，存储信息，并通过串口调试以及AT指令，以COAP协议将数据发送至云平台。

基于上述器件构成的基于NB-IoT技术的车位检测装置，进行车位检测，具体为：

先读取初始化地磁场三轴数值如图3(a)所示，设置地磁传感器阈值(本实施例中设置Z轴阈值为3000)，当数值变化超过设定的阈值时(本实施例中Z轴数值达到了3483)，地磁传感器三轴数值显示在单片机LCD屏幕上如图3(b)所示；单片机检测RFID读卡器模块读取到电子标签如图4(a)所示，连续读取次数达到81次(若RFID读卡器未读到标签信息，可能地磁误读，需要地磁传感器重新判断直到读卡器能读到标签)；确认车位有车，将车位信息通过NB-IoT模块发送至云平台，此时云平台接收到了Z轴的数值如图5(a)所示。

地磁传感器三轴数据发生变化并慢慢回复至初始状态，Z轴初始值为1876，判断车位车辆正在驶离，地磁传感器三轴数值显示在单片机LCD屏幕上如图3(c)所示；单片机检测RFID读卡器模块也没能读取到电子标签信息如图4(b)所示，读取次数未显示(若仍能读到电子标签，说明车辆还在读取范围内，此时RFID读卡器模块循环工作，直至读不到标签信息)；确认车位无车，将车位信息通过NB-IoT模块发送至云平台，此时云平台接收到了Z轴的初始值如图5(b)所示。完成车位检测，进行下一循环。

综上，本发明的装置及其方法，通过RFID读卡器模块能够检测到车位上车辆的其他有效信息(车牌号等)，配合地磁传感器模块更能提高车辆的识别率；且通过采用RFID圆极化天线，增大天线识别范围，能够有效克服汽车金属底盘对信号传输的干扰，有效检测到电子标签，同时调节读卡器的发射功率来控制天线的识别范围，有效解决了停车过程中各车位之间互干扰问题。

Claims (10)

1.一种基于NB-IoT技术的车位检测装置，其特征在于，包括RFID天线模块(1)、RFID读卡器模块(2)、地磁传感器模块(3)、单片机(4)、NB-IoT模块(5)；

所述RFID天线模块(1)、RFID读卡器模块(2)、单片机(4)、NB-IoT模块(5)依次相连，所述地磁传感器模块(3)、单片机(4)、NB-IoT模块(5)依次相连；

所述RFID天线模块(1)，用于检测电子标签；

所述RFID读卡器模块(2)，用于调节RFID天线模块(1)的功率以控制RFID天线模块(1)的识别范围，并识别车位及车辆信息；所述车位信息包括车位上是否有车，车辆信息包括车牌号；

所述地磁传感器模块(3)，用于探测车位上是否有车辆驶入或驶离；

所述单片机(4)，用于储存RFID读卡器模块(2)和地磁传感器模块(3)检测到的数据信息，并控制NB-IoT模块(5)进行数据传输；

所述NB-IoT模块(5)，用于将单片机输出的数据信息发送至云平台。

2.根据权利要求1所述的基于NB-IoT技术的车位检测装置，其特征在于，所述RFID天线模块(1)采用RFID圆极化天线。

3.根据权利要求1所述的基于NB-IoT技术的车位检测装置，其特征在于，所述地磁传感器模块(3)采用HMC5883L三轴磁阻传感器。

4.根据权利要求1所述的基于NB-IoT技术的车位检测装置，其特征在于，所述地磁传感器模块(3)与单片机(4)之间为IIC串口通信。

5.根据权利要求1所述的基于NB-IoT技术的车位检测装置，其特征在于，所述NB-IoT模块(5)采用BC95-B5。

6.根据权利要求1所述的基于NB-IoT技术的车位检测装置，其特征在于，所述RFID天线模块(1)与RFID读卡器模块(2)之间通过SMA接口连接。

7.根据权利要求1所述的基于NB-IoT技术的车位检测装置，其特征在于，所述RFID读卡器模块(2)与单片机(4)之间为RS232串口通信。

8.基于权利要求1所述的基于NB-IoT技术的车位检测装置的车位检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、单片机初始化RFID读卡器模块以清除电子标签的数据；

步骤2、由地磁传感器模块检测车位是否有车驶入，若没有车驶入，则返回步骤1；若有车驶入，在此过程中判断RFID读卡器模块是否读取到电子标签即读取到车位及车辆信息，若没有读取到，则返回步骤1，反之执行步骤3；

步骤3、通过NB-IoT模块将RFID读卡器模块读取到的车位及车辆信息发送至云平台；

步骤4、由地磁传感器模块检测当前车位是否有车驶离，若没有车驶离，则返回步骤3；若有车驶离，在此过程中判断RFID读卡器模块是否读取到电子标签，若读取到，则返回步骤3，反之执行步骤5；

步骤5、通过NB-IoT模块将车位信息即当前车位无车的信息发送至云平台，并返回步骤1。

9.根据权利要求8所述的基于NB-IoT技术的车位检测方法，其特征在于，步骤2所述地磁传感器模块检测车位是否有车驶入，具体为：

步骤2-1、地磁传感器模块设置检测阈值p；

步骤2-2、获取地磁传感器Z轴数据，并判断该数据是否逐渐增大且向检测阈值p靠近，若是，则检测为有车可能驶入；进一步，再判断地磁传感器Z轴数据是否大于检测阈值p，若是，则检测结果为车位有车驶入；反之，检测结果为车位没有车驶入。

10.根据权利要求9所述的基于NB-IoT技术的车位检测方法，其特征在于，步骤4所述由地磁传感器模块检测当前车位是否有车驶离，具体为：

获取地磁传感器Z轴数据，并判断该数据是否逐渐减小且远离检测阈值p，若是，则检测为有车可能驶离；进一步地，再判断地磁传感器Z轴数据是否小于检测阈值p，若是，则检测结果为车位有车驶离；反之，检测结果为车位没有车驶离。