TW201702999A

TW201702999A - 整合微波感測、藍芽通訊及太陽能電源的停車位偵測器

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Publication number: TW201702999A
Application number: TW104122808A
Authority: TW
Inventors: 張繼禾; 黃榮堂; 王柏東
Original assignee: 均利科技股份有限公司; 黃榮堂; 奕能科技有限公司
Priority date: 2015-07-14
Filing date: 2015-07-14
Publication date: 2017-01-16
Also published as: TWI545533B

Abstract

一種整合微波感測、藍芽通訊及太陽能電源的停車位偵測器，包括：一微波感測器模組，用來偵測該停車位是否被佔用；一藍芽通訊模組或一無線網路模組(WiFi)，電性耦接至該微波感測器模組及一通訊路由器，該藍芽通訊模組或無線網路模組(WiFi)用來將該微波感測器模組的偵測結果傳送至該通訊路由器；以及一太陽能模組，用來將吸收之太陽能轉換為電能並提供電能予該停車位偵測器。該停車位偵測器可達到都市停車智能化的管理及應用。

Description

整合微波感測、藍芽通訊及太陽能電源的停車位偵測器

本發明為一種微波偵測器，尤指一種整合微波感測、藍芽通訊及太陽能電源的停車位偵測器。

目前停車位偵測器的設計，多以感應線圈或光源遮斷裝置為其感應裝置。舉例來說，台灣專利公告第M309727號之「停車位感應器裝置」是將金屬線圈鎖在地面的固定隔板上，藉由產生感應磁場來檢測含金屬之物體，該專利為目前最常用的停車位偵測器之應用，然而需要挖地埋線來傳輸訊號與供應電源，因此需要較大的施工作為。若以光源遮斷裝置進行停車位的偵測，太陽能功能及無線通訊界面不適合應用在夜間或陰雨季節。

此外，台灣專利公告第I461721號之「物體偵測裝置及其偵測方法」中，如第1圖所示之物體偵測裝置1用來偵測一車輛3且包括一殼體2、一射頻發射器11、一射頻接收器12以及一處理器(未圖示)。射頻發射器11、射頻接收器12及處理器(未圖示)收容於殼體2內。殼體2包括一上蓋21以及一阻隔板22。上蓋21必須能讓電磁波穿過，因此上蓋21需選擇無法阻絕電磁波的材質。另外，為了避免射頻接收器12直接接收到射頻發射器11的電磁波，殼體2內部須設置一阻隔板22以分隔射頻發射器11以及射頻接收器12，藉由阻隔板22的設置可避免射頻發射器11所發送之電磁波直接被射頻接收器12接收。射頻發射器11及射頻接收器12是各別獨立的模組而透過處理器(未圖示)連結，物體偵測裝置1以接收功率的大小作為車位佔有與釋出的判斷。

根據台灣專利公告第I461721號之說明書所揭，物體偵測裝置1所使用的頻段為902MHz(兆赫，Mega Hertz；MHz，以下稱為MHz)~928MHz、2.400MHz~2.4835GHz(千兆赫，Giga Hertz；GHz，以下稱為GHz)或是5.725GHz~5.875GHz，該些頻段均是接近全球行動通信系統(Global System for Mobile；GSM)與無線區域網路(Wireless Local Area Network；WLAN)或藍芽(bluetooth)的頻段，且台灣專利公告第I461721號中，假設在背景為-78dBm(分貝毫瓦，decibel milliwatt；dBm，以下稱為dBm)至-80dBm下，射頻發射器11之發射能量為-30dBm，當車輛3停在物體偵測裝置1上方時，射頻接收器12之接收功率為-65dBm，以10dB(分貝，decibel；dB，以下稱為dB)的功率能量變化來判斷是否有停車位的佔用。

然而上述應用情況具有下列缺點，首先，物體偵測裝置1並非雷達系統的工作方式，雷達系統的工作方式中，由同一壓控震盪器(Voltage-Controlled Oscillator；VCO)發送訊號給一發射端(Transmitter；TX)以及一本地振盪端(Local Oscillator end；LO)以進行一接收端(Receiver；RX)的同頻同步解調收。物體偵測裝置1採用各別的通訊接收模組及發射模組並以單工模式來接收及發射訊號，然後再用處理器作後端的訊號處理，由於通訊接收模組及發射模組各有不同的壓控震盪器，即使可將頻率控制相同，但相位無法一致(亦即無法識別是否為本身所發送的訊號)，且其發射功率較低，因此當一外部無線區域網路訊號或藍芽訊號的頻寬落入物體偵測裝置1的頻帶內，物體偵測裝置1會發生誤觸發的狀況。

再者，物體偵測裝置1距離車輛3之底盤的高度範圍約為20cm(公分，centimeter；cm，以下稱為cm)至50cm，一般的雙天線架構中，輻射場接近天線的近場範圍，即為同頻段雙天線間耦合量(coupling)最大的區域，若要降低天線間的耦合量，可提高天線的指向性或降低發射功率，然而提高天線指向性會造成天線面積增大(陣列天線單元增加)，降低發射功率則會造成接收訊號的強度降低，甚至低於外界無線網路的訊號，即附近有手機在上網就會影響到接收訊號的強度，因此物體偵測裝置1採用阻隔板22進行隔離，但發射功率仍然不能太大，否則輻射場超過上蓋21的範圍會產生較大耦合量。

此外，射頻發射器11之天線、射頻接收器12之天線及阻隔板22使物體偵測裝置1的體積龐大，若使用高指向性的陣列天線需要較多的天線單元，則物體偵測裝置1的體積將更為龐大。物體偵測裝置1還需另一組天線傳送訊號告知是否偵測到車輛3，以及一電池作為電源。該另一組天線會導致體積增加且影響射頻接收器12所接收的訊號。此外，電池需定期以人工方式更換，增加維護上的成本。

因此，需要對上述習知技術的問題提出解決方法。

本發明的目的是提供一種整合微波感測、藍芽通訊及太陽能電源的停車位偵測器，其可達到都市停車智能化的管理及應用。

本發明提供一種整合微波感測、藍芽通訊及太陽能電源的停車位偵測器，用來偵測一停車位是否被佔用，該停車位偵測器包括：一微波感測器模組，用來偵測該停車位是否被佔用；一藍芽通訊模組或一無線網路模組(WiFi)，電性耦接至該微波感測器模組及一通訊路由器，該藍芽通訊模組或該無線網路模組(WiFi)用來將該微波感測器模組的偵測結果傳送至該通訊路由器；以及一太陽能模組，用來將吸收之太陽能轉換為電能並提供電能予該停車位偵測器。

依據本發明的實施例，該整合微波感測、藍芽通訊及太陽能電源的停車位偵測器進一步包括：一上殼體；以及一下殼體。該下殼體具有一透光部，該太陽能模組設置於該透光部下方。該上殼體及該下殼體共同形成一容置空間以容納該微波感測器模組、該藍芽通訊模組或該無線網路模組(WiFi)及該太陽能模組。

依據本發明的實施例，該整合微波感測、藍芽通訊及太陽能電源的停車位偵測器進一步包括一電池模組，該太陽能模組電性耦接至該電池模組並用來並對該電池模組充電。

依據本發明的實施例，該整合微波感測、藍芽通訊及太陽能電源的停車位偵測器進一步包括一充電模組電性耦接至該電池模組，用來對該電池模組進行充電。

依據本發明的實施例，該整合微波感測、藍芽通訊及太陽能電源的停車位偵測器進一步包括一發光模組電性耦接至該藍芽通訊模組或該無線網路模組(WiFi)及該電池模組，當該藍芽通訊模組或該無線網路模組(WiFi)接收該微波感測器模組的偵測結果為該停車位未被佔用時，該發光模組發亮。

依據本發明的實施例，該微波感測器模組包括：一調變模組，用來提供具有一調變頻率的弦波；一主動式天線模組，電性耦接至該調變模組，用來依據該調變頻率發射一第一調頻連續波訊號，並接收反射回來的一第二調頻連續波訊號；一第一中頻濾波器，電性耦接至該主動式天線模組，用來從該第二調頻連續波訊號之中取出一第一解調訊號，該第一解調訊號具有該調變頻率；一第二中頻濾波器，電性耦接至該第一中頻濾波器，用來從該第一解調訊號取出一第二解調訊號，該第二解調訊號具有一觸發頻率，該觸發頻率是該調變頻率的預定倍數；一積分器，電性耦接至該第二中頻濾波器，用來對該第二解調訊號進行積分，以輸出一積分電壓；一觸發電路，電性耦接至該積分器，用來當該第二解調訊號之積分電壓大於一參考電壓時，輸出一觸發訊號；以及一控制器，電性耦接至該觸發電路，用來接收該觸發訊號時，進行該停車位已被佔用的操作。

依據本發明的實施例，該觸發頻率是該調變頻率的三倍或三倍以上。

依據本發明的實施例，該整合微波感測、藍芽通訊及太陽能電源的微波感測器模組進一步包括一切換開關電性耦接於該調變模組和該控制器之間，該控制器用來於接收該觸發訊號時，輸出一切換訊號，該切換開關於接收該切換訊號時，控制該調變模組暫停輸出該弦波。

依據本發明的實施例，該切換開關於接收該切換訊號時，控制該調變模組輸出一直流電壓。

依據本發明的實施例，該通訊路由器透過其內部設置之一藍芽無線通訊模組或無線網路模組(WiFi)對該停車位偵測器下達命令及/或讀取該停車位偵測器操作的狀態。

相較於習知技術，本發明之整合微波感測、藍芽通訊及太陽能電源的停車位偵測器採用小型的微波偵測器模組(單一主動天線)，可大幅縮小停車位偵測器的體積。再者，停車位偵測器具有太陽能模組與藍芽通訊模組或無線網路(WiFi)模組，因此可達到都市停車智能化的管理及應用。

為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

1‧‧‧物體偵測裝置

2‧‧‧殼體

3、250‧‧‧車輛

11‧‧‧射頻發射器

12‧‧‧射頻接收器

21‧‧‧上蓋

22‧‧‧阻隔板

200‧‧‧停車位偵測器

202‧‧‧微波感測器模組

204‧‧‧藍芽通訊模組

206‧‧‧太陽能模組

208‧‧‧電池模組

210‧‧‧發光模組

212‧‧‧充電模組

214‧‧‧上殼體

216‧‧‧下殼體

218‧‧‧透光部

260‧‧‧通訊路由器

300‧‧‧停車位

2020‧‧‧主動式天線模組

2022‧‧‧第一中頻濾波器

2024‧‧‧調變模組

2026‧‧‧第二中頻濾波器

2028‧‧‧積分器

2030‧‧‧觸發電路

2032‧‧‧控制器

2034‧‧‧切換開關

2040‧‧‧藍芽電路單元

2042‧‧‧功率放大器

2044‧‧‧受控機構

2046‧‧‧交流電源

2600、20400‧‧‧藍芽無線通訊模組

20200‧‧‧迴路天線

20202‧‧‧射頻電晶體

20402‧‧‧微控制器

20404‧‧‧交流轉直流電路

20440‧‧‧致動器

20442‧‧‧感測器

SW1、SW2‧‧‧開關

第1圖為習知技術之物體偵測裝置的示意圖。

第2圖為根據本發明一實施例之整合微波感測、藍芽通訊及太陽能電源的停車位偵測器與車輛的示意圖。

第3圖為根據本發明實施例之整合微波感測、藍芽通訊及太陽能電源的停車位偵測器的功能方塊圖。

第4圖為根據本發明實施例之整合微波感測、藍芽通訊及太陽能電源的停車位偵測器的外觀圖。

第5圖為第2圖之微波感測器模組的功能方塊圖。

第6圖為第2圖之藍芽通訊模組的功能方塊圖。

第7A圖和第7B圖分別繪示停車位沒有車輛時，第一中頻濾波器輸出的第一解調訊號的時域響應的波形圖和頻率響應的波形圖。

第8A圖和第8B圖分別繪示停車位有車輛佔用時，第一中頻濾波器輸出的第一解調訊號的時域響應的波形圖和頻率響應的波形圖。

請參閱第2圖，第2圖為根據本發明一實施例之整合微波感測、藍芽通訊及太陽能電源的停車位偵測器(以下簡稱為停車位偵測器200)與車輛250的示意圖。停車位偵測器200使用一小型微波偵測器來偵測一停車位300是否被車輛250佔用。停車位300不論是位於室內或是室外，停車位偵測器200可以設置在停車位300的平面上。停車位偵測器200可放在停車位300的中心，並將停車位偵測器200的偵測距離調整為1公尺，以避免受相鄰停車位(未圖示)的車輛(未圖示)的反射訊號所干擾。

請參閱第3圖，第3圖為根據本發明實施例之停車位偵測器200的功能方塊圖。

停車位偵測器200包括一微波感測器模組202、一藍芽通訊模組204、一太陽能模組206、一電池模組208、一發光模組210、一充電模組212以及開關SW1、SW2。於一實施例中，藍芽通訊模組204亦可由無線網路模組(WiFi)取代。

微波感測器模組202用來偵測第2圖之停車位300是否被佔用。藍芽通訊模組204電性耦接至微波感測器模組202及一通訊路由器260。藍芽通訊模組204用來將微波感測器模組202的偵測結果以藍芽方式傳送至通訊路由器260。通訊路由器260例如可以是設置於一停車場的控制中心。太陽能模組206用來將吸收之太陽能轉換為電能並提供電能予停車位偵測器200。太陽能模組206電性耦接至電池模組208，用來並對電池模組208充電。電池模組208電性耦接至微波感測器模組202、藍芽通訊模組204及發光模組210，用來提供電源給微波感測器模組202及藍芽通訊模組204。發光模組210電性耦接至藍芽通訊模組204及電池模組208，當藍芽通訊模組204接收微波感測器模組202的偵測結果為停車位300被佔用時，開關SW1為不導通，發光模組210不會發亮，當藍芽通訊模組204接收微波感測器模組202的偵測結果為停車位300未被佔用時，開關SW1為導通，發光模組210發亮表示停車位300可供停靠。充電模組212電性耦接至電池模組208，當太陽能模組206無法對電池模組208充電時，可以由充電電路450對電池模組208進行充電。

請同時參閱第3圖以及第4圖，第4圖為根據本發明實施例之停車位偵測器200的外觀圖。

如第4圖所示，停車位偵測器200進一步包括一上殼體214以及一下殼體216。上殼體214及下殼體216共同形成一容置空間以容納第3圖之微波感測器模組202、藍芽通訊模組204、太陽能模組206、電池模組208、發光模組210、充電模組212及開關SW1、SW2。下殼體216具有一透光部218，太陽能模組206設置於該透光部218下方以接收光線，透光部218對光線的透射及微波訊號的輻射的衰減極小。上殼體214及下殼體216可提供強固的機械結構。

請參閱第5圖，第5圖為第2圖之微波感測器模組202的功能方塊圖。

微波感測器模組202包含一主動式天線模組2020、一第一中頻濾波器2022、一調變模組2024、一第二中頻濾波器2026、一積分器2028、一觸發電路2030、一控制器2032以及一切換開關2034。調變模組2024用來提供具有一調變頻率f _m的弦波。主動式天線模組2020整合天線和射頻模組的功能，於一實施例中，主動式天線模組2020包含一迴路天線20200和一射頻電晶體20202。迴路天線20200用來依據調變頻率f _m發射一第一調頻連續波(Frequency Modulation Continuous Wave；FMCW)訊號，並接收反射回來的一第二調頻連續波訊號。第一中頻濾波器2022電性耦接至主動式天線模組2020，用來從該第二調頻連續波訊號之中取出一第一解調訊號，該第一解調訊號具有調變頻率f _m。第二中頻濾波器2026電性耦接至第一中頻濾波器2022，用來從該第一解調訊號取出某一諧波訊號為一第二解調訊號，該第二解調訊號的頻率是該調變頻率f _m的預定倍數。積分器2028電性耦接至第二中頻濾波器2026，用來對該第二解調訊號進行積分，以輸出一積分電壓。觸發電路2030電性耦接至積分器2028，用來當該第二解調訊號之積分電壓大於一參考電壓時，輸出一觸發訊號。控制器2032電性耦接至觸發電路2030，用來接收該觸發訊號時，將偵測結果傳送至藍芽第3圖之通訊模組204，並控制第3圖之發光模組210發亮，以實現第2圖之停車位300已被佔用的操作。此外，控制器2032進一步用來於接收該觸發訊號時，會輸出一切換訊號予切換開關2034。電性耦接於調變模組2024和控制器2032的切換開關2024於接收該切換訊號時，控制調變模組2024在預設時間內暫停輸出該弦波。較佳地，切換開關2034於接收該切換訊號時，控制調變模組2024在該預設時間內輸出一直流電壓。此時主動式天線模組2020就會從調頻連續波訊號改為輸出單一連續波訊號(continuous wave)，藉此避開與無線通訊模組(如藍芽、Zigbee與WiFi等)的發射頻帶，使第3圖之藍芽通訊模組204能順利完成與通訊錄遊憩260的通訊，而不受微波感測器模組202的輻射訊號的干擾與影響。該預設時間的長度可以由廠商設定，例如10秒。

由於主動式天線模組2020的射頻電晶體20202具有混波器的功能，因此射頻電晶體20202和第一中頻濾波器2022可以做為解調器，用來對第一調頻連續波訊號以及第二調頻連續波訊號進行解調，以將載波(carrier)訊號檢出並取得一第一解調訊號。也就是說，第一中頻濾波器2022輸出的該第一解調訊號是直接取出調變頻率f _m的訊號並進行放大。該第一解調訊號的振幅接近直流偏壓的邊界(boundary)。

請參閱第6圖，第6圖為第2圖之藍芽通訊模組204的功能方塊圖。

如第6圖所示，藍芽通訊模組204包括一藍芽電路單元2040，至少一功率放大器2042(或電磁開關)、一受控機構2044以及一交流電源2046。

藍芽電路單元2040包括一藍芽無線通訊模組20400、一微控制器20402(Micro Control Unit；MCU)以及一交流轉直流電路20404。藍芽無線通訊模組20400及微控制器20402可整合成一顆系統單晶片(System On Chip；SOC)。受控機構2044包括至少一致動器20440以及至少一感測器20442。微控制器20402用來接收感測器20442之輸入訊號並輸出一脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation；PWM)訊號予功率放大器2042。感測器20442可以回報停車位偵測器200運轉的狀況，例如轉速、溫度、濕度、亮度、音量等。此外，可將人工智慧(模糊控制)導入微控制器20402來進行各種監控。上述藍芽無線通訊模組20400可以為目前藍芽通用的所有規格，例如但不限於藍芽4.0規格(Bluetooth 4.0 Specification)。

通訊路由器260透過其內部設置之藍芽無線通訊模組2600可以對停車位偵測器200下達命令及/或讀取停車位偵測器200操作的狀態(是否有車輛佔用)。

請同時參閱第2圖、第3圖、第5圖、第7A和第7B圖，第7A圖和第7B圖分別繪示停車位沒有車輛時，第一中頻濾波器2022輸出的第一解調訊號的時域響應的波形圖和頻率響應的波形圖。當停車位300上方沒有車輛時，第一解調訊號呈弦波，且其頻率為調變頻率f _m。

請同時參閱第2圖、第3圖、第5圖、第8A和第8B圖，第8A圖和第8B圖分別繪示停車位有車輛佔用時，第一中頻濾波器2022輸出的第一解調訊號的時域響應的波形圖和頻率響應的波形圖。當停車位300上方有車輛時，因為近場(near field)訊號因車輛造成的反射，使得第一解調訊號的弦波上緣被切割而失真。該失真的弦波經過快速傅立葉轉換後，其頻域上產生許多諧波。

從第7B圖和第8B圖可以觀察到，當停車位300有車輛佔用時，第一解調訊號在頻域上出現許多諧波。因此第二中頻濾波器2026用來從第一解調訊號取出第二解調訊號，該第二解調訊號的觸發頻率是調變頻率f _m的預定倍數。較佳地，該觸發頻率是該調變頻率的三倍頻段或三倍頻段以上，亦即第二中頻濾波器2026取出的第二解調訊號的頻率為調變頻率f _m的三倍頻段或三倍頻段以上。因為高階諧波的能量較低，所以放大倍率可提至較高的倍率，如此可增大該頻率點對其他頻率的訊雜比(Signal to Noise Ratio；SNR)。

接著，積分器2028對第二解調訊號進行積分，以輸出一積分電壓。電性耦接積分器2028的觸發電路2030用來當該第二解調訊號之積分電壓大於一參考電壓時，輸出一觸發訊號。停車位300沒有車輛佔用時，取出的第二解調訊號幾乎不存在頻率在3×f _m以上的諧波。相較之下，停車位300有車輛佔用時，取出的第二解調訊號包含頻率在3×f _m以上(包含3×f _m)的諧波。因此當停車位300有車輛佔用時，積分器2028對第二解調訊號進行積分得到的積分電壓會大於參考電壓，導致觸發電路2030輸出該觸發訊號予控制器2032。

本發明之停車位偵測器200中，微波感測器模組202不以三角波或鋸齒波作為調變訊號，而以標準的弦波作為調變訊號，因為弦波訊號調變的貝塞爾函數(Bessel function)，其含有奇次及偶次項的分布，相對於三角波等調變僅有偶次項的分布，因此以f _m頻率進行調變，也可以f _m頻率進行解調，再以f _m頻率飽和後的諧波作為目標偵測的依據。

再者，本發明之停車位偵測器200具有獨立提供電源的太陽能模組206及能與外部通訊之藍芽通訊模組204或無線網路模組(WiFi)，並運用耐壓性強與防水性高的地底燈做為載具(即上殼體214及下殼體216)，在室外施工方便不需要埋線工程。當藍芽通訊模組204與通訊路由器260被車輛隔離時，可透過旁邊車位的藍芽通訊模組204的網格(MESH)功能與通訊路由器260進行通訊。

最後，本發明之停車位偵測器200將微波感測器模組202的天線與射頻電路(含振盪電路與混波解調電路)整合在一起，使得停車位偵測器200的體積很小，因此停車位偵測器200可以容易地與現有室外的太陽能照明裝置之電路整合，例如地燈。本發明之停車位偵測器200可作為室外停車場及路旁停車位的管理系統之感測裝置，且具有太陽能模組206與藍芽通訊模組204或無線網路模組(WiFi)，因此可達到都市停車智能化的管理及應用。

雖然本發明已用較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與修改，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。