CN213339148U - 一种三模地磁检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三模地磁检测系统，用于为系统供电的供电模块、用于测量车位与车辆距离的雷达传感器、用于检测车位光照度变化的光敏传感器、通过检测车位所在区域磁场强度变化确定车位状态的磁阻传感器、用于控制雷达传感器与光敏传感器及磁阻传感器的处理器、用于将车位状态发送给终端的通讯模块，供电模块分别与处理器、通讯模块连接，处理器分别与雷达传感器、磁阻传感器、通讯模块连接，通讯模块与终端连接。本实用新型提升了对于车位占用情况的探测准确性，避免了雷达传感器长期启动功耗大的问题，利用光敏传感器和磁阻传感器功耗低使用寿命长的优点，同时有效增强了系统抗干扰性能和准确性。

Description

一种三模地磁检测系统

技术领域

本实用新型涉及车位检测领域，尤其是涉及一种三模地磁检测系统。

背景技术

目前停车场地的车位检测装置一般采用传统地磁探测方式或是结合红外、热释电等方式。地磁探测的方法属于间接测量车辆对地磁场的扰动，其优点是功耗低，但由于车辆对地磁场的扰动存在不一致的现象，不能很好的判断车位上有无车辆停放的情况。车辆的含铁量、车辆的出场年限等因素会导致同一类型的车在同一个地点测量的值也会出现不一致的情况。同时地磁探测方式还涉及到环境磁场，理想情况下环境的磁场是恒定的，但是现实情况下由于地底的管道、流水、电线等不同，环境磁场参考值也会随之改变。因此单一的地磁测量方式不能很好的满足实际的应用。地磁加声波的检测方式受限于声音无法穿透介质，地磁加雷达的检测方式受限于毫米波无法穿透积水等介质，同理地磁加红外、地磁加热释电的检测方式分别受到车辆外壳、低温的限制，皆无法获得良好的检测结果，使车位检测准确率不高。

如专利号为CN201810954253.0，名称为一种基于地磁场的车位状态监测方法及装置，已经公开了单一地磁判断车位状态的技术内容，但是仅靠单一地磁判断还是存在车位检测准确率不高的情况。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有的车位探测器无法兼顾功耗以及探测准确率的不足，提供一种通过设置三种传感器从而提高车位探测准确率，同时能够有效限制功耗以满足长期使用的三模地磁检测系统。

本实用新型解决上述技术问题采用的技术方案是：一种三模地磁检测系统，用于为系统供电的供电模块、用于测量车位与车辆距离从而确定车位状态的雷达传感器、用于检测车位光照度变化从而确定车位状态的光敏传感器、通过检测车位所在区域磁场强度变化确定车位状态的磁阻传感器、用于控制雷达传感器与光敏传感器及磁阻传感器的处理器、用于将车位状态发送给终端的通讯模块，供电模块分别与处理器、通讯模块连接，处理器分别与雷达传感器、磁阻传感器、光敏传感器、通讯模块连接，通讯模块与终端连接。通过上述技术方案，采用三种传感器的方式，提高车位状态探测准确率，所述车位状态是指车位上是否停留有车辆，所述三模是指三种传感器，即磁阻传感器、雷达传感器、光敏传感器。终端包括云服务器和智能终端，云服务器分别与通讯模块、智能终端连接。

作为优选，雷达传感器包括毫米波雷达模块、阵列天线，处理器内设有信号发生器和处理模块，毫米波雷达模块分别与信号发生器、阵列天线、处理模块连接；

信号发生器，用于输出锯齿波调频信号；

毫米波雷达模块，用于接收锯齿波调频信号并将锯齿波调频信号调制成射频信号，并将输出给阵列天线的射频信号与接收到阵列天线返回的射频信号变频产生差频信号；

阵列天线，用于接收毫米波雷达模块发射的射频信号并将射频信号发射到外界，及接收发射后返回的射频信号给毫米波雷达模块；

处理模块，用于接收差频信号并对差频信号进行计算后获得与目标点距离；

信号发生器产生锯齿波调频信号后发射给毫米波雷达模块，毫米波雷达模块接收锯齿波调频信号并将其调制成射频信号后发射给阵列天线，阵列天线将射频信号发射到外界遇到目标物后返回，阵列天线再接收返回的射频信号并发射给毫米波雷达模块，毫米波雷达模块将接收到的返回的射频信号和输出给阵列天线的射频信号变频产生差频信号发送给处理器，处理模块接收差频信号并对差频信号进行计算后获得与目标点距离。毫米波的波长介于微波和厘米波之间，因此毫米波雷达模块兼有微波雷达和光电雷达的一些优点。同时，在室外环境下，红外线干扰严重，而毫米波几乎不会受到红外线干扰；毫米波所需处理的数据较少，从而能够间接降低功耗、提高分辨率，且在低光亮环境下也适宜实用，具有精准度高，响应快，环境适应力强，抗干扰等技术优势。

作为优选，处理器连接有用于放大差频信号的运算放大器，运算放大器分别与毫米波雷达模块、处理器连接。

作为优选，运算放大器包括运算放大电路，运算放大电路包括第一芯片、第一滤波电路、放大电路、第三电容，第一芯片的第七引脚与放大电路连接，放大电路与第三电容串联，第一芯片的第八引脚与第一滤波电路连接。

作为优选，放大电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容，第一芯片的第七引脚连接有第一电阻和第二电阻，第一电阻与第一电容串联，第一电容另一端接地，第二电阻与第二电容并联，第二电阻与第三电阻串联，第三电阻与第三电容串联。第三电容用于阻隔直流电通交流电。

作为优选，第一滤波电路包括并联的第四电容和第五电容，第四电容和第五电容均与第一芯片的第八引脚连接。

作为优选，处理器还包括用于对差频信号进行采样的AD采样模块，AD采样模块分别与运算放大器、处理模块连接。

作为优选，处理器内还设有将锯齿波调频信号发送给毫米波雷达模块的DA转换器，DA转换器分别与信号发生器、毫米波雷达模块连接。

作为优选，处理器包括处理电路，处理电路包括第二芯片、用于滤除杂波和噪声的第二滤波电路、晶振电路，第二芯片的第九引脚与第二滤波电路连接，第二芯片的第五引脚和第六引脚与晶振电路连接；第二滤波电路包括并联的第六电容、第七电容、第八电容、第九电容，第六电容、第七电容、第八电容、第九电容均与第二芯片的第九引脚连接。

作为优选，通讯模块包括NB-IoT通讯模块和无线传输模块，处理器分别与NB-IoT通讯模块、无线传输模块连接，NB-IoT通讯模块、无线传输模块均与终端、供电模块连接。通过无线传输模块、NB-IoT通讯模块与终端连接，从而可以将停车位状态实时上传给终端，从而使得车位管理更加清楚，多种传输方式结合，可以避免单一传输方式故障或网络波动导致信息反馈不及时的问题。本技术方案中，终端包括云服务器和智能终端，无线传输模块、NB-IoT通讯模块分别与云服务器连接，云服务器与智能终端连接。通过将停车位状态实时上传给云服务器，云服务器再反馈给多个智能终端。

一种三模地磁检测方法，包括以下内容：当被测车位上有车辆经过时，光敏传感器和/或磁阻传感器产生电信号发送给处理器，处理器接收电信号后，启动雷达传感器，若雷达传感器检测到车位状态变化，则处理器通过通讯模块将车位状态信息发送给云服务器。磁阻传感器的检测车位状态方法属于现有技术。光敏传感器在光照强度发生变化时，会产生电信号，当车位无车停留时，光敏传感器无电信号产生，车位上有车辆经过或停留时，光敏传感器瞬时产生电信号，将电信号发送给处理器；反之，当车辆离开时，光敏传感器也会产生电信号。

还包括雷达传感器车位检测方法，内容包括信号发生器产生锯齿波调频信号后发射给毫米波雷达模块，毫米波雷达模块接收锯齿波调频信号并将其调制成射频信号后发射给阵列天线，阵列天线将射频信号发射到外界遇到目标物后返回，阵列天线再接收返回的射频信号并发射给毫米波雷达模块，毫米波雷达模块将接收到的返回的射频信号和输出给阵列天线的射频信号变频产生差频信号发送给处理器，处理模块接收差频信号并对差频信号进行计算后获得与目标点距离。能够计算出距离，同时光敏传感器和/或磁阻传感器检测到车位状态发生变化，则说明车位上有车辆停留；若无法计算出距离，而光敏传感器和/或磁阻传感器检测到车位状态发生变化，则说明车位上车辆驶离。

本实用新型具有的有益效果是：

1、本实用新型提供的技术方案能够通过光敏传感器和磁阻传感器实时监测车位状态变化信息，通过亮度变化和地磁变化初步判定车位附近是否有车辆经过。在有车辆经过时唤醒雷达传感器探测车位上是否停靠有车辆，实现二次精准确认。保证了对于车位占用情况的探测准确性。同时避免了雷达传感器长期启动造成的功耗较大的问题，利用光敏传感器和磁阻传感器功耗低使用寿命长的优点，同时有效增强了系统抗干扰性能和准确性，兼顾了两种探测手段的优点同时弥补了各自缺陷；

2、本实用新型利用磁阻传感器和光敏传感器初步判断车辆停靠时是否偏离车位，并通过雷达传感器最终确认。能够有效监测到车辆停靠时偏离车位而影响相邻车位使用的问题，有效提高了车位使用规范和效率，并帮助驾驶员规范驾驶习惯；

3、本实用新型具有精准度高，响应快，环境适应力强，抗干扰能力强等特点。毫米波辐射范围直径0.3mm，高度0.8m，毫米波雷达模块可以接收毫米波发射到汽车底盘后返回的信号，再经过分析计算处理，从而判断停车位上是否有车辆停放，有效避免干扰情况的发生。

附图说明

图1是本实用新型的原理图。

图2是雷达传感器的原理图。

图3是汉宁窗的时域和频域特征图。

图4是窗函数对应的时域表达式。

图5是采样示例图。

图6是图5的单周期信号图。

图7是傅里叶变换后频率对应的距离图。

图8是雷达传感器的另一种原理图。

图9是运算放大器的电路图。

图10是处理器的部分电路图。

图中：1、信号发生器，2、毫米波雷达模块，3、阵列天线，4、处理器，41、第二芯片，42、第二滤波电路，421、第六电容，422、第七电容，423、第八电容，424、第九电容，43、晶振电路，5、DA转换器，6、运算放大器，61、第一芯片，62、第一滤波电路，621、第四电容，622、第五电容，63、放大电路，631、第一电阻，632、第一电容，633、第二电阻，634、第二电容，635、第三电阻，64、第三电容，7、AD采样模块，8、滤波器，9、终端，10、处理模块，100、供电模块，200、通讯模块，210、NB-IoT通讯模块，220、无线传输模块，300、磁阻传感器，400、雷达传感器，500、光敏传感器，600、蜂鸣器，700、云服务器，800、智能终端。

具体实施方式

以下结合附图和实施方式对本实用新型作进一步的说明。

实施例1

如图1-10所示，本实用新型一种三模地磁检测系统，包括用于存储车位状态信息的云服务器700、用于接收云服务器存储的车位状态信息的智能终端800、用于为系统供电的供电模块100、用于测量车位与车辆距离从而确定车位状态的雷达传感器400、用于检测车位光照度变化从而确定车位状态的光敏传感器500、通过检测车位所在区域磁场强度变化确定车位状态的磁阻传感器300、用于控制雷达传感器400与光敏传感器500及磁阻传感器300的处理器4、用于将车位状态发送给云服务器700的通讯模块200，供电模块100分别与处理器4、通讯模块200连接，处理器4分别与雷达传感器400、磁阻传感器300、光敏传感器500、通讯模块200连接，通讯模块200与云服务器700连接，云服务器700与智能终端800连接。

雷达传感器400包括毫米波雷达模块2、阵列天线3，处理器4内设有信号发生器1和处理模块10，毫米波雷达模块2分别与信号发生器1、阵列天线3、处理模块10连接；

信号发生器1，用于输出锯齿波调频信号；

毫米波雷达模块2，用于接收锯齿波调频信号并将锯齿波调频信号调制成射频信号，并将输出给阵列天线3的射频信号与接收到阵列天线3返回的射频信号变频产生差频信号；

阵列天线3，用于接收毫米波雷达模块2发射的射频信号并将射频信号发射到外界，及接收发射后返回的射频信号给毫米波雷达模块2；

处理模块10，用于接收差频信号并对差频信号进行计算后获得与目标点距离。

处理器4内还设有将锯齿波调频信号发送给毫米波雷达模块2的DA转换器5，DA转换器5分别与信号发生器1、毫米波雷达模块2连接。

处理器4连接有用于放大差频信号的运算放大器6，运算放大器6分别与毫米波雷达模块2、处理器4连接。

如图9所示，运算放大器6包括运算放大电路，运算放大电路包括第一芯片61、第一滤波电路62、放大电路63、第三电容64，第一芯片61的第七引脚与放大电路63连接，放大电路63与第三电容64串联，第一芯片61的第八引脚与第一滤波电路62连接。放大电路63包括第一电阻631、第二电阻633、第三电阻、第一电容632、第二电容634，第一芯片61的第七引脚连接有第一电阻631和第二电阻633，第一电阻631与第一电容632串联，第一电容另一端632接地，第二电阻633与第二电容634并联，第二电阻633与第三电阻串联，第三电阻与第三电容64串联。第一滤波电路62包括并联的第四电容621和第五电容622，第四电容621和第五电容622均与第一芯片61的第八引脚连接。

处理器4还包括用于对差频信号进行采样的AD采样模块7，AD采样模块7分别与运算放大器6、处理模块10连接。

处理器4包括用于滤除杂波和噪声的滤波器8，滤波器8分别与AD采样模块7、处理模块10连接。滤波器8包括第二滤波电路42，处理模块10包括第二芯片41，第二滤波电路42与第二芯片41连接。

如图10所示，处理器4包括处理电路，处理电路包括第二芯片41、用于滤除杂波和噪声的第二滤波电路42、晶振电路43，第二芯片41的第九引脚与第二滤波电路42连接，第二芯片41的第五引脚和第六引脚与晶振电路43连接；第二滤波电路42包括并联的第六电容421、第七电容422、第八电容423、第九电容424，第六电容421、第七电容422、第八电容423、第九电容424均与第二芯片41的第九引脚连接。图10中，未示出除第二芯片41、第二滤波电路42、晶振电路43以外的其它连接电路。

通讯模块200包括NB-IoT通讯模块210和无线传输模块220，处理器4分别与NB-IoT通讯模块210、无线传输模块220连接，NB-IoT通讯模块210、无线传输模块220均与云服务器700、供电模块100连接。还包括用于判断磁阻传感器300是否处于激活状态的蜂鸣器600，蜂鸣器600与处理器4连接。

一种三模地磁检测方法，包括以下内容：当被测车位上有车辆经过时，光敏传感器500和/或磁阻传感器300产生电信号发送给处理器4，处理器4接收电信号后，启动雷达传感器400，若雷达传感器400检测到车位状态变化，则处理器4通过通讯模块200将车位状态信息发送给云服务器700。

还包括雷达传感器400车位检测方法，内容包括信号发生器1产生锯齿波调频信号后发射给毫米波雷达模块2，毫米波雷达模块2接收锯齿波调频信号并将其调制成射频信号后发射给阵列天线3，阵列天线3将射频信号发射到外界遇到目标物后返回，阵列天线3再接收返回的射频信号并发射给毫米波雷达模块2，毫米波雷达模块2将接收到的返回的射频信号和输出给阵列天线3的射频信号变频产生差频信号发送给处理器4，处理模块10接收差频信号并对差频信号进行计算后获得与目标点距离。

处理模块10处理方法包括以下步骤：

步骤一：AD采样模块7对差频信号进行采样，采样后对采样值加汉宁窗进行收敛，获得数字信号；

步骤二：对数字信号进行傅里叶变换，获得数字信号的分析频谱；

步骤三：根据步骤二的频谱，找出值最高的点，即为所测目标的距离。

汉宁窗的时域表达式为wt＝1/21-cos 2πt/T。

步骤一和步骤二之间还包括以下内容：对收敛后获得的数字信号用滤波器8进行滤波处理。

本实施例中，VCO调制电压为0V～3.3V，对应的调制频率变化幅度为2.376GHz。一个周期的调制和采样点都为256个，两个采样点的间隔时间为300us，即采样频率为3.3KHz，256个采样耗时75ms。频率的变化斜率slope＝2376MHz/75ms＝2376Hz/75ns.＝31.7Hz/ns。

另外，电磁波的传播速度为3x10^8m/s＝30cm/ns。

因此距离为8cm的目标，接收信号和发射信号的频率差约15Hz，50cm的目标,频率差约为100Hz。如果采样周期为12ms，那么50cm处为600Hz。

汉宁窗是窗函数中的一种其时域和频域的特征如图3所示。

本实施例中，对图5的采样信号加汉宁窗后，得到图6的单周期信号。

本实施例中，对差频信号采样256个点,获取得到256个数据,这些采样数据可能不是一个完整的周期,所以,需要进行用窗函数进行收敛。第i个采样点加窗后的值为w(i)＝1/2(1-cos(2πi/255)，i值为0～255。

本实施例中，对数字信号进行快速傅里叶变换，可得到数字信号的分析频谱。分析频谱是实际频谱的近似。傅里叶变换是对延拓后的周期离散信号进行频谱分析。将毫米波雷达模块输出的差频信号变换到频域，傅里叶变换后所得的数据，x轴为频率值，y轴为幅值，幅值最大的频率即为中心频率。

本实施例中，采样频率为3300Hz，采样点为256个，因此傅里叶变换后，频率分辨率为13Hz，对应的距离为6cm。如图7所示，X轴的频率范围为0～fs/2。

实施例2

如图8和图10所示，本实施例中，DA转换器、信号发生器与处理模块所用的芯片集成在同一芯片，该芯片既可产生信号，也可以对接收到的信号进行处理，该芯片为第二芯片41，第二芯片41型号采用STM32L151芯片。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种三模地磁检测系统，其特征在于：用于为系统供电的供电模块(100)、用于测量车位与车辆距离从而确定车位状态的雷达传感器(400)、用于检测车位光照度变化从而确定车位状态的光敏传感器(500)、通过检测车位所在区域磁场强度变化确定车位状态的磁阻传感器(300)、用于控制雷达传感器(400)与光敏传感器(500)及磁阻传感器(300)的处理器(4)、用于将车位状态发送给终端(9)的通讯模块(200)，供电模块(100)分别与处理器(4)、通讯模块(200)连接，处理器(4)分别与雷达传感器(400)、磁阻传感器(300)、光敏传感器(500)、通讯模块(200)连接，通讯模块(200)与终端(9)连接。

2.根据权利要求1所述的三模地磁检测系统，其特征在于：雷达传感器(400)包括毫米波雷达模块(2)、阵列天线(3)，处理器(4)内设有信号发生器(1)和处理模块(10)，毫米波雷达模块(2)分别与信号发生器(1)、阵列天线(3)、处理模块(10)连接。

3.根据权利要求2所述的三模地磁检测系统，其特征在于：处理器(4)连接有用于放大差频信号的运算放大器(6)，运算放大器(6)分别与毫米波雷达模块(2)、处理器(4)连接。

4.根据权利要求3所述的三模地磁检测系统，其特征在于：运算放大器(6)包括运算放大电路，运算放大电路包括第一芯片(61)、第一滤波电路(62)、放大电路(63)、第三电容(64)，第一芯片(61)的第七引脚与放大电路(63)连接，放大电路(63)与第三电容(64)串联，第一芯片(61)的第八引脚与第一滤波电路(62)连接。

5.根据权利要求4所述的三模地磁检测系统，其特征在于：放大电路(63)包括第一电阻(631)、第二电阻(633)、第三电阻、第一电容(632)、第二电容(634)，第一芯片(61)的第七引脚连接有第一电阻(631)和第二电阻(633)，第一电阻(631)与第一电容(632)串联，第一电容(632)另一端接地，第二电阻(633)与第二电容(634)并联，第二电阻(633)与第三电阻串联，第三电阻与第三电容(64)串联。

6.根据权利要求5所述的三模地磁检测系统，其特征在于：第一滤波电路(62)包括并联的第四电容(621)和第五电容(622)，第四电容(621)和第五电容(622)均与第一芯片(61)的第八引脚连接。

7.根据权利要求3或4或5或6所述的三模地磁检测系统，其特征在于：处理器(4)还包括用于对差频信号进行采样的AD采样模块(7)，AD采样模块(7)分别与运算放大器(6)、处理模块(10)连接。

8.根据权利要求7所述的三模地磁检测系统，其特征在于：处理器(4)内还设有将锯齿波调频信号发送给毫米波雷达模块(2)的DA转换器(5)，DA转换器(5)分别与信号发生器(1)、毫米波雷达模块(2)连接。

9.根据权利要求8所述的三模地磁检测系统，其特征在于：处理器(4)包括处理电路，处理电路包括第二芯片(41)、用于滤除杂波和噪声的第二滤波电路(42)、晶振电路(43)，第二芯片(41)的第九引脚与第二滤波电路(42)连接，第二芯片(41)的第五引脚和第六引脚与晶振电路(43)连接；第二滤波电路(42)包括并联的第六电容(421)、第七电容(422)、第八电容(423)、第九电容(424)，第六电容(421)、第七电容(422)、第八电容(423)、第九电容(424)均与第二芯片(41)的第九引脚连接。

10.根据权利要求1或2或3或4或5或6或8或9所述的三模地磁检测系统，其特征在于：通讯模块(200)包括NB-IoT通讯模块(210)和无线传输模块(220)，处理器(4)分别与NB-IoT通讯模块(210)、无线传输模块(220)连接，NB-IoT通讯模块(210)、无线传输模块(220)均与终端(9)、供电模块(100)连接。

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