基于窄带物联网的无线地磁车位智能感知设备及方法技术

本发明专利技术公开一种基于窄带物联网的无线地磁车位智能感知设备及方法，其包括微控制单元、三轴地磁传感器、光照传感器、窄带物联网模块、USIM接口、通信接口、蓝牙接口、天线和电源模块。三轴地磁传感器和光照传感器嵌设在车位的地面上，并与微控制单元连接；微控制单元与窄带物联网模块相连，天线连接在窄带物联网模块上；窄带物联网模块上设有的USIM接口上安装有物联网卡；微控制单元上设有的通信接口与外部蓝牙设备连接；微控制单元上设有的通信接口与地锁连接。相对于传统人工定期校正，或普通自适应校正的传感器，本发明专利技术能够有效克服了传统纯地磁型传感器在邻车位干扰、环境参数漂移这两大关键问题上的短板，使得检测更准确、性能更稳定。

【技术实现步骤摘要】
基于窄带物联网的无线地磁车位智能感知设备及方法
本专利技术涉及智能停车
，具体涉及一种基于窄带物联网(NB-IOT)的无线地磁车位智能感知设备及方法。
技术介绍
随着我国经济不断增长，人民生活水平不断提高，城市汽车拥有量急剧上升，城市开放式的路边停车管理难度也越来越大。如果高效合理管理好路边停车，就能够有效缓解停车难问题。目前国内路边停车管理现状：第一代的人工管理，完全依赖人去做开放式路边停车管理。面临如下问题：(1)收费管理混乱：乱收费、计费不准，收费纠纷多，收费员舞弊操作多，假冒收费员乱收费；(2)运营管理效率低：收费员管理区域有限，收费难以监管，逃欠费无法追缴；(3)运营管理人力成本高；(4)收费员工作时间长，工资待遇低，吸引力不足，人员流动快。第二代的咪表泊车管理，采取“咪表”计时刷卡收费的方式，依赖车主自己在咪表上完成计时及缴费。这相比第一代人工管理，减少了收费管理混乱的问题以及降低了人力成本，但是由于完全依赖于车主自主性，因此面临着车主逃费，收费难以监管；设备后期维护及运营成本较高以及寻找空闲路边停车位等问题。第三代的传统无线智能停车管理，车位地面上安装车辆检测器，采用两跳技术将车辆占用信息上报给运营商无线网络(车辆检测器通过Zigbee等短距传播技术将信息上报给汇聚网关，汇聚网关再通过2G/3G网络上报)，然后通过停车管理平台进行智能管理。车主可通过手机APP，方便查询周边路边空闲车位，自助完成查询与缴费；业主方可通过停车管理平台实时进行车位系统实时管理，如果需要，还可对接政府交通管理，便于城市停车违章管理。相比之前二代，智能化程度极大提升。但是缺点是无线通信采用非授权频段，私建无线局域网，存在信号干扰问题，网络稳定性安全性较差，可能导致收费信息不准；汇聚网关覆盖范围有限，通常一个汇聚网关只能管理10～15个车位，效率低下，设备成本及部署成本较高；不同智能停车设备厂家采用私有的无线短距传播技术，无法兼容。
技术实现思路
本专利技术所要解决的是目前智慧停车所存在的问题，提供一种基于窄带物联网的无线地磁车位智能感知设备及方法。为解决上述问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：基于窄带物联网的无线地磁车位智能感知设备，该设备安装在待感知的车位上，其主要由基于ARM内核的微控制单元、三轴地磁传感器、光照传感器、窄带物联网模块、USIM接口、通信接口、蓝牙接口、天线和电源模块组成；三轴地磁传感器和光照传感器嵌设在车位的地面上；三轴地磁传感器包括X轴磁阻传感器、Y轴磁阻传感器、Z轴磁阻传感器、数据选择器、AD转换电路、置位驱动电路、复位驱动电路和接口控制电路组成；X轴磁阻传感器、Y轴磁阻传感器、Z轴磁阻传感器分别与数据选择器的3个输入端连接，数据选择器的输出端经由AD转换电路连接接口控制电路的数据输入端；置位驱动电路连接接口控制电路的置位端；复位驱动电路连接接口控制电路的复位端；接口控制电路与微控制单元连接；光照传感器的输出端连接微控制单元；微控制单元与窄带物联网模块相连，天线连接在窄带物联网模块上；窄带物联网模块上设有USIM接口，该USIM接口上安装有物联网卡；微控制单元上设有通信接口，该通信接口与外部蓝牙设备连接；微控制单元上设有通信接口，该通信接口与地锁连接；电源模块连接微控制单元、三轴地磁传感器和窄带物联网模块的电源端。作为改进，智能感知设备本体还进一步包括电磁兼容模块，该电磁兼容模块与窄带物联网模块连接。作为改进，智能感知设备本体还进一步包括静电释放模块，该静电释放模块与窄带物联网模块连接。作为改进，所述天线为IPEX天线。上述设备所实现的基于窄带物联网的无线地磁车位智能感知方法，包括步骤如下：步骤1、无线地磁车位智能感知设备开始上电，设备初始化，设备开始寻找NB-IOT网络，此时，微控制单元发送初始化指令到窄带物联网模块，窄带物联网模块发送入网指令到NB-IOT平台申请加入网络，设备加入网络；设备加入网络成功后，设备进入正常运行状态，并转至步骤2；步骤2、设备在正常运行状态下，微控制单元定时查询本车位是否有车出入：如果查询有车出入即三轴地磁传感器和/或光照传感器输入的数据发生变化，设备进入车位环境参数采集状态，并转至步骤3；如果查询无车出入即三轴地磁传感器和/或光照传感器输入的数据没有发生变化，则设备保持正常运行状态；步骤3、在车位环境参数采集状态下，设备通过三轴地磁传感器进行三轴地磁参数采集，同时通过光照传感器进行周围环境光照参数采集；步骤4、微控制单元根据三轴地磁传感器采集到的三轴地磁环境参数，判断地磁环境参数是否发生变化：如果发生变化，则转至步骤6；如果没有发生变化，则三轴地磁传感器继续进行地磁参数采集；步骤5、微控制单元根据光照传感器采集到的周围环境光照参数，判断光照是否发生变化：如果有变化，则转至步骤6；如果没有发生变化，则光照传感器继续进行光照参数采集；步骤6、微控制单元获取地磁参数和光照参数后，先采用多阶数字FIR滤波器，对地磁参数进行平滑处理和补偿，再将平滑处理过的地磁参数进行多方位检测采样值与对应方位地磁基线参数比对，同时将获取的光照参数与平时无车时光照基线参数比对；步骤7、当地磁参数超过地磁基线参数且光照参数超过光照基线参数时，微控制单元认定为本车位有车出入，否则微控制单元认定为相邻车位有车出入；步骤8、当微控制单元认定为本车位有车出入时，微控制单元将车位状态数据及其车位地理位置信息组帧为车位数据后，传输至窄带物联网模块；当微控制单元认定为相邻车位有车出入时，不发送任何数据；步骤9、窄带物联网模块将微控制单元需要发送的车位数据经天线发送至智慧泊车诱导系统的NB-IOT平台上；步骤10、设备回到正常运行状态，等待下一次触发的来临，并转至步骤2。上述方法中，当设备正常运行状态时，设备持续与智慧泊车诱导系统保持通信联络，或者通过心跳包与智慧泊车诱导系统保持通信联络。与现有技术相比，本专利技术具有如下特点：1、采用多阶数字滤波平滑处理技术，通过滤波和补偿能够有效消除外界磁场的干扰，同时利用地磁检测配合多方位检测采样值与基线参数比对计算，能动态跟踪环境参数变化，具备更敏捷、精准、更高准确率的环境自适应能力。2、不仅能动态跟踪环境参数变化，而且能利用多传感器数据融合处理的方法，克服邻车位干扰，检测性能不会随时间下降，不需要人工定期标校，在典型的室外环境下，能显著克服传统单一传感器的邻车位干扰问题。3、相对于传统人工定期校正，或普通自适应校正的传感器，复合型传感器根据有关理论，能够有效克服了传统纯地磁型传感器在邻车位干扰、环境参数漂移这两大关键问题上的短板，使得检测更准确、性能更稳定。附图说明图1为基于窄带物联网的无线地磁车位智能感知设备的结构框图。图2为地磁传感器+光照传感器结构图。图3为基于窄带物联网的无线地磁车位智能感知方法的流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。参见图1，基于窄带物联网的无线地磁车位智能感知设备，该设备安装在待感知的车位上，主要由ARM内核低功耗MCU、三轴地磁传感器、光照传感器、窄带物联网(NB-IOT)模块、USIM接口、通信接口、BLE蓝牙接口、IPEX天线、EMC(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于窄带物联网的无线地磁车位智能感知设备，包括无线地磁车位智能感知设备本体，其特征是，所述无线地磁车位智能感知设备本体安装在待感知的车位上，其主要由基于ARM内核的微控制单元、三轴地磁传感器、光照传感器、窄带物联网模块、USIM接口、通信接口、蓝牙接口、天线和电源模块组成；三轴地磁传感器和光照传感器嵌设在车位的地面上；三轴地磁传感器包括X轴磁阻传感器、Y轴磁阻传感器、Z轴磁阻传感器、数据选择器、AD转换电路、置位驱动电路、复位驱动电路和接口控制电路组成；X轴磁阻传感器、Y轴磁阻传感器、Z轴磁阻传感器分别与数据选择器的3个输入端连接，数据选择器的输出端经由AD转换电路连接接口控制电路的数据输入端；置位驱动电路连接接口控制电路的置位端；复位驱动电路连接接口控制电路的复位端；接口控制电路与微控制单元连接；光照传感器的输出端连接微控制单元；微控制单元与窄带物联网模块相连，天线连接在窄带物联网模块上；窄带物联网模块上设有USIM接口，该USIM接口上安装有物联网卡；微控制单元上设有通信接口，该通信接口与外部蓝牙设备连接；微控制单元上设有通信接口，该通信接口与地锁连接；电源模块连接微控制单元、三轴地磁传感器和窄带物联网模块的电源端。...

【技术特征摘要】
1.基于窄带物联网的无线地磁车位智能感知设备，包括无线地磁车位智能感知设备本体，其特征是，所述无线地磁车位智能感知设备本体安装在待感知的车位上，其主要由基于ARM内核的微控制单元、三轴地磁传感器、光照传感器、窄带物联网模块、USIM接口、通信接口、蓝牙接口、天线和电源模块组成；三轴地磁传感器和光照传感器嵌设在车位的地面上；三轴地磁传感器包括X轴磁阻传感器、Y轴磁阻传感器、Z轴磁阻传感器、数据选择器、AD转换电路、置位驱动电路、复位驱动电路和接口控制电路组成；X轴磁阻传感器、Y轴磁阻传感器、Z轴磁阻传感器分别与数据选择器的3个输入端连接，数据选择器的输出端经由AD转换电路连接接口控制电路的数据输入端；置位驱动电路连接接口控制电路的置位端；复位驱动电路连接接口控制电路的复位端；接口控制电路与微控制单元连接；光照传感器的输出端连接微控制单元；微控制单元与窄带物联网模块相连，天线连接在窄带物联网模块上；窄带物联网模块上设有USIM接口，该USIM接口上安装有物联网卡；微控制单元上设有通信接口，该通信接口与外部蓝牙设备连接；微控制单元上设有通信接口，该通信接口与地锁连接；电源模块连接微控制单元、三轴地磁传感器和窄带物联网模块的电源端。2.根据权利要求1所述的基于窄带物联网的无线地磁车位智能感知设备，其特征是，智能感知设备本体还进一步包括电磁兼容模块，该电磁兼容模块与窄带物联网模块连接。3.根据权利要求1所述的基于窄带物联网的无线地磁车位智能感知设备，其特征是，智能感知设备本体还进一步包括静电释放模块，该静电释放模块与窄带物联网模块连接。4.根据权利要求1所述的基于窄带物联网的无线地磁车位智能感知设备，其特征是，所述天线为IPEX天线。5.权利要求1的无线地磁车位智能感知设备所实现的基于窄带物联网的无线地磁车位智能感知方法，其特征是，包括步骤如下：步骤1、无线地磁车位智能感知设备开始上电，设备初始化，设备开始寻找NB-IOT网络，此时，微控制单元发送初始化指令到窄带物联网模块，窄带物联网模块发送入网指令到N...

【专利技术属性】
技术研发人员：张余明，邓维，郭振军，柯捷，朱昌洪，李金洋，
申请(专利权)人：桂林航天工业学院，
类型：发明
国别省市：广西,45