CN206259026U - 基于雷达传感的智能停车位及智能照明一体化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于雷达传感的智能停车位及智能照明一体化系统，该系统主要包括：雷达传感器、信号采集与处理电路、调制信号产生电路、FPGA、CPU、LED驱动电路、LED、无线发射模块、数据集中器和系统平台。雷达传感器与调制信号产生电路和信号采集与处理电路相连接，分别用于发射雷达调制信号和对雷达回波信号的采集处理；同时调制信号产生电路和信号采集与处理电路与FPGA相连接，由FPGA控制实现上述两个功能；信号采集与处理电路与CPU相连，做进一步信号分析和判定；CPU再分别与无线发射模块和LED驱动电路连接，用于将CPU判定的信号通过集中器发布到系统平台和控制LED的自动照明。

Description

基于雷达传感的智能停车位及智能照明一体化系统

技术领域

本实用新型涉及智能停车和智能照明技术领域，具体涉及的是一种基于雷达传感器的智能停车技术和智能照明技术的一体化系统。

背景技术

智慧交通是智慧城市的重要构成，是解决交通问题的最佳方法。随着我国交通事业的发展，智能交通近几年呈现蓬勃发展之势，基于新型传感和网络化技术的智能交通应用，也在发挥着日益显著的作用。然而现在仍然亟需发展新型的智能交通应用，因为城市的交通基础设施、管理设施和管理能力的提高仍跟不上交通需求的发展速度，原有的基础设施缺陷和弊端不断暴露，交通管理的科技化、智能化水平越来越显不足。

基于雷达传感的智能停车位技术，就是一种新型传感技术在智能交通方面应用的代表性体现。相比于视频技术、线圈技术和地感线圈等的传感方法，雷达传感器可以实现对目标的探测、测距、测角、测速、跟踪、成像等，获取数据全面，另外它具有对环境影响不敏感、更好的抗干扰能力、可穿透性强、无死角探测、感应灵敏、准确度高、可同时探测多车位等诸多优点。如果将雷达传感的方法引入到智能停车的管理，无疑节省了智能化成本，降低了工程量，且可以实现不依赖于外部光线和条件的全天候实时灵敏感应。

与此同时，雷达传感技术的另一个优势是，目前已被成功的应用于智能LED照明，实现智能感应的LED，用于各种照明环境下的智能节能。目前，欧洲一些国家如德国汉堡的有些路段已经采用了智能照明，且越来越多采用24GHz雷达传感器来实现感应控制。我国也有少量对该应用研究的报道，如郝长虹的“论雷达智能控制系统在路灯上的应用”及李立的“智能路灯节能控制系统的研究”，指出雷达控制系统在路灯上的应用已经可以充分满足节能的需求。

本实用新型将雷达传感在这两方面的优势充分结合，提出了基于雷达传感的智能停车位及智能照明一体化系统。针对于目前交通所存在的主要问题，实现智能停车的应用系统，以有效地解决停车难以及效率低等问题，实现对停车的方便的智能管理和准确的智能服务。其次，针对特定道路和停车场等特定场所的无谓电力浪费和灯光污染等问题，实现路灯的绿色照明系统，以期达到高效的智能节能，进一步实现节能减排。现在马路通用的灯控系统，实时性差、节能效率有限，并且频繁开关对电网冲击大。而在停车场、居民小区等场所可以使用LED路灯，雷达传感器智能化LED路灯，在节能的同时也减少了光污染，且开关对电路损伤小，甚至对于太阳能供电的系统更不存在对电网的冲击问题；智能化LED路灯也可以实现更高的节能效率，如无目标时可以完全熄灭，有目标时根据目标距离、速度信息对路灯进行亮灯时间、亮度的控制。

实用新型内容

本实用新型所提出的基于雷达传感的智能停车位及智能照明一体化系统，针对目前停车及智能停车所存在的问题，充分利用雷达传感技术的优势，实现对停车的更有效监控和准确的智能服务。开发雷达传感的创新性应用，借助于道路上的或停车位上方的路灯进行传感器安装，利用路灯对传感器供电，并在实现停车位感应的同时实现智能节能照明的控制。

本系统采用可靠的雷达探测技术，对车位的占用和空闲状况进行检测，并同时感知一定范围内车辆的运动信息，通过对雷达回波信号的滤波、放大、AD转换、DSP处理，再结合软件的分析和算法，提取出停车位的占用状况和附近车辆运动信息。一方面，将车辆运动感知的信息作为LED驱动电路的控制信号，实现对LED的通断控制，组成雷达感应的智能LED系统；另一方面，采用通信技术，实现对停车位占用状况信息的传输、收集和处理，将信息发送给数据集中器，再由数据集中器将信息反映到使用者或管理者的终端信息平台上，或自动计算剩余车位及各个车位的占用状态，及时刷新车位显示信息。

技术方案如下：

本实用新型的一体化系统，包括：雷达传感器、信号采集与处理电路、调制信号产生电路、FPGA、CPU、LED驱动电路、LED、无线发射模块、数据集中器和系统平台。雷达传感器与调制信号产生电路和信号采集与处理电路相连接，分别用于发射雷达调制信号和对雷达回波信号的采集处理；同时调制信号产生电路和信号采集与处理电路与FPGA相连接，由FPGA控制实现上述两个功能；信号采集与处理电路与CPU相连，做进一步信号分析和判定；CPU再分别与无线发射模块和LED驱动电路连接，用于将CPU判定的信号通过集中器发布到系统平台和控制LED的自动照明。雷达传感器为24GHz或77GHz频段，工作于CW、FSK或FMCW模式。所示的FPGA芯片可以实现数字时钟管理、调制信号产生、数据采集和DSP数据处理等功能。FPGA通过DAC产生一定周期和一定波形的数字信号，由其输出接口通过引线接入到调制信号产生电路，形成调制信号的模拟信号，该信号经过必要的放大之后，输送到雷达传感器的调制信号接入口，实现雷达传感器调制信号的发射。雷达传感器接收回波信号，对于停车位有无车辆的感知及附近运动车辆的感知所需要的信息就包含在这回波信号中。回波信号接入到信号采集与处理电路，同样由FPGA实现该功能控制，实现对信号的傅里叶变换及其它必要的DSP处理，通过处理后的信息提取和判定所检测的每个停车位车辆的有无状态和运动车辆的感知信息。该信息继而发送到CPU输入端，以做进一步的辅助性处理。之后CPU将信号传送到LED的控制驱动电路，实现对LED的通断控制或通过控制LED灯的端电压实现LED亮度的调节变化。同时CPU也将信号通过无线发射模块发送到数据集中器，再由数据集中器将停车位的状态信息实时传送的系统平台上，实现信息的发布和管理。采用蓝牙、Wifi、Zigbee、FM等无线数据通信方式，实现CPU数据和集中器之间的收发通信；利用2G/3G/4G公网或专用网实现集中器与系统平台间的数据通信。

与此同时，该系统器件与停车位的空间布局可以采用“一对一”或“一对多”的布局结构，如附图1所示。整个系统结构如附图2所示。

有益效果

（1）采用本发明的一体化系统，合二为一的系统前端，可以同时实现智能停车位和智能照明，这两点需求在一些特定场所是恰好契合的，本发明可以很好的满足此类特定场所的智能节能和智能停车管理的需求；

（2）对于雷达感应智能停车位，可以实现环境影响不敏感、更好的抗干扰能力、可穿透性强无死角探测、灵敏度和准确度高、可多车位同时探测的全天候实时感应；

（3）对于雷达感应智能LED，可以实现高灵敏、高效节能、对电网友好的智能照明。

附图说明

图1所示为基于雷达传感的智能停车位前端器件和停车位的布局结构示意图；

图2所示为智能停车位和智能照明一体化系统结构原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

如图1所示为智能停车位的示意图。本系统可以采用一雷达一车位或一雷达多车位的探测技术，将雷达集成于车位路灯上，两种结构方法对应不同的雷达器件和数据分析算法，皆可实现对每个停车位信息的准确判断及运动车辆的感知。

如图2所示为智能停车位和智能照明一体化系统结构原理图。整个一体化系统主要包括雷达传感器、信号采集与处理电路、FPGA、CPU、LED驱动电路、LED、无线发射模块、数据集中器和系统平台等组成。整体上又分为三个功能，包括停车位状态判定与运动感知、照明自动控制、数据传输和发布。

雷达传感器采用世界最先进的平面微带技术，具有体积小、集成化程度高、感应灵敏等特点。产品可以工作于CW、FSK和FMCW模式，功能应用多样，不同的模式可以实现运动检测和目标测距等功能。如选用RFBEAM的24GHz雷达传感器，探测距离从十几米到上百米，发射角度从十几度到几十度。

FPGA芯片选用xilinx Spartan 6 系列的XC6SLX9-2 TQ144I，通过FPGA的VCO控制电压生成三角波调制信号，调制信号经过D/A转换器和二级放大电路，也就是附图中表示的“调制信号产生电路”，得到模拟的调制信号，实现将雷达的载波进行调制和发射。采用调制信号的带宽为250MHz，周期12.8ms，差频信号经过处理后的频率和目标物距离呈线性关系，再根据每一个停车位与前端雷达器件的距离不同，从而判断每个被测车位的车辆有无信息。在该条件下，测距的分辨率可达0.6米左右。采用此FMCW的三角波调制模式，可以同时实现对探测距离内的运动物体感知。

信号采集和处理是由雷达外围电路包括模拟滤波放大电路、高速AD采集、FPGA嵌入式数字滤波、FFT变换、Z变换、算法分析等组成的，它们将雷达传感器输出微弱的中频信号处理后，最终得到与实际相符的目标信息。雷达信号处理和数据处理技术是雷达的神经中枢。通过对雷达回波信号的分析处理可以精确得到目标的运动状态、速度、方向，目标与雷达之间的距离以及目标方位等信息。如今，雷达的应用需求和技术发展促进了雷达信号处理和数据处理技术的飞速发展。无论在信号形式、处理算法，还是在信号处理和数据处理系统的设计方法、硬件的结构和实时处理软件编程等方面都有了长足的进步。

照明自动控制功能，是通过将对车辆运动的感知信息由FPGA发送到CPU，再由CPU接入到LED驱动控制电路的数字电位器，来控制MOS管实现LED驱动电路的电压或电流变化，实现LED亮度的调节；或以晶闸管组成的功率变换单元，通过对晶闸管控制角的调制来控制可变电抗变换器二次线圈电流的大小，进而使得LED的端电压发生变化；或当有车辆经过、驶入或离开时，雷达的回波信号经过处理后的有效距离达到设定的阈值时，电路被触发，引起其输出电平的变化，并由此控制电路中的继电器的通断，从而实现LED的自动感应。

数据传输是把经过处理后的停车位有无的有效信息，通过无线模块数据链路定时传送给数据集中器。雷达传感器与数据集中器之间距离一般在百米以内，可选择蓝牙、Wifi、Zigbee、FM等无线通信方式；集中器与系统平台可通过DTU，利用2G/3G/4G公网进行通信。该网络系统主要由交换机、路由设备和交换设备组成。

系统平台包括基础硬件设施、数据存储备份系统、应用系统平台、监控中心应用软件等组成部分。基础硬件设施主要是为现场采集数据和图像提供处理和应用的一个可扩展、稳定可靠、安全的支撑平台。数据存储备份系统是为现场采集数据和图像提供存储、数据备份恢复的硬件平台。系统架构主要包括应用架构和技术架构。系统采用基于组件的标准SOA应用架构，以及按照SOA方法构建的基于.NET标准的技术架构。系统平台的功能主要包括：（a）信息显示及智能控制。通过系统的网络化传输，将结果呈现于信息显示系统；并根据结果触发控制停车场等的设备设施及信号灯。（b）停车数据统计、交通大数据分析及诱导信息发布。将停车位信息结果进行数据统计分析，作为交通数据研判的一部分内容，为政府制定交通规划、预警、应急指挥提供决策依据。综合数据结果进行诱导信息的发布。（c）增值业务服务。如系统实行会员制或其他形式，开展预付费或用市民卡现场刷卡业务；会员可以提前预定车位，有些地域由于受条件限制，车位较少，有时不好停车，比如在停车位比较紧张的医院旁边和一些繁忙的办事机构就会有预定车位的需求；系统与导航关联，显示地段的车位信息情况，引导一些外地车辆停车入位。

Claims (2)

1.一种基于雷达传感的智能停车位及智能照明一体化系统，其特征在于，包括：雷达传感器、信号采集与处理电路、调制信号产生电路、FPGA、CPU、LED驱动电路、LED、无线发射模块、数据集中器和系统平台；雷达传感器与调制信号产生电路和信号采集与处理电路相连接，同时调制信号产生电路和信号采集与处理电路与FPGA相连接，信号采集与处理电路与CPU相连， CPU再分别与无线发射模块和LED驱动电路连接；

所述的FPGA芯片实现数字时钟管理、调制信号产生、数据采集和DSP数据处理功能，FPGA通过DAC产生一定周期和一定波形的数字信号，由其输出接口通过引线接入到调制信号产生电路，形成调制信号的模拟信号，该信号经过必要的放大之后，输送到雷达传感器的调制信号接入口，实现雷达传感器调制信号的发射；

雷达传感器接收回波信号，回波信号接入到信号采集与处理电路，同样由FPGA实现该功能控制，实现对信号的傅里叶变换及其它必要的DSP处理，通过处理后的信息提取和判定所检测的每个停车位车辆的有无状态和运动车辆的感知信息；该信息继而发送到CPU输入端，以做进一步的辅助性处理；

之后CPU将信号传送到LED的控制驱动电路，实现对LED的通断控制或通过控制LED灯的端电压实现LED亮度的调节变化，同时CPU也将信号通过无线发射模块发送到数据集中器，再由数据集中器将停车位的状态信息实时传送的系统平台上，实现信息的发布和管理。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，雷达传感器为24GHz或77GHz频段，工作于CW、FSK或FMCW模式。