朱旭東

摘 要：文中將目前物聯(lián)網(wǎng)領域最新的NB-IoT（窄帶物聯(lián)網(wǎng)）技術(shù)應用于智能停車檢測系統(tǒng)，把其與現(xiàn)有的超聲波傳感器和地磁傳感器相結(jié)合，設計一款車輛檢測器，并在此基礎上開發(fā)一套智能停車軟件系統(tǒng)，主要針對現(xiàn)有室外停車場的智能化改造而設計。該方案解決了室外停車場布線困難，維護成本高的問題，并在智慧交通、智慧小區(qū)、智能停車等領域有著廣泛的應用前景。

關(guān)鍵詞：NB-IoT;車輛檢測器;智能停車場;超聲波傳感器;物聯(lián)網(wǎng);地磁傳感器

中圖分類號：TP212文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2020）04-00-03

0 引 言

隨著智慧城市、大數(shù)據(jù)時代以及“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的到來，中國現(xiàn)代經(jīng)濟的飛速發(fā)展，生活水平的不斷提高，小汽車的保有量持續(xù)增長，有車一族正飽受著“停車難”等問題的折磨。智能停車場的概念已經(jīng)在我國各大小城市悄然興起，車輛檢測器作為交通信息采集的一個重要組成部分，越來越受到業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注。車輛檢測器以機動車輛為檢測目標，檢測車輛的通過或存在狀況等數(shù)據(jù)，為智能交通控制系統(tǒng)提供足夠的信息以便進行最優(yōu)的控制。針對智能停車場的應用，本文介紹了一種基于NB-IoT的利用地磁、超聲波融合檢測的車輛檢測器，該檢測器可以簡單、準確、有效地檢測、統(tǒng)計進出停車場的汽車數(shù)量，根據(jù)總停車位數(shù)量可以計算出剩余停車位的數(shù)量。

1 基本思路

本文介紹的產(chǎn)品主要針對在城市生活中的商場、醫(yī)院、小區(qū)及路邊的室外停車場和零散停車位管理等存在的問題，因為絕大多數(shù)室外停車場都沒安裝這套系統(tǒng)，所以不知道是否仍有停車位或者還剩多少個停車位。而很多收費的停車場需要通過管理員人工去巡視才能知道這里是否還有車位，從而決定通行桿是否需要放行，本文系統(tǒng)只要檢測到里面有空的車位通行桿就會自動打開放行;另一方面針對免費的停車場即車主不知道的或者在市中心劃了很多免費的停車位，如果安裝上本文設計的這套系統(tǒng)會方便很多，如人們要出去玩、去市中心等地方可以通過手機實時地知道周邊停車位的空余、免費車輛的數(shù)據(jù)來決定是否選擇開車還是坐公交到達目的地。

本文主要分為兩部分：一部分是通過對安裝在停車位的基于NB-IoT的地磁與超聲復合式檢測器進行對是否有可用車位的檢測;另一部分開發(fā)了一套智能化的停車管理軟件系統(tǒng)，可以實時顯示空閑停車場以及停車場的空余情況，能讓用戶通過APP方便地查找車位信息。

2 基于NB-IoT檢測器硬件設計

基于NB-IoT的地磁超聲波檢測是一種新型的車輛檢測技術(shù)，硬件框圖如圖1所示。

系統(tǒng)硬件組成主要有地磁傳感器HMC5983和超聲波傳感器。將檢測的數(shù)據(jù)傳入MCU模塊，通過NB-IoT通信模塊與網(wǎng)關(guān)進行數(shù)據(jù)交換，網(wǎng)關(guān)把相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)傳入上位機，數(shù)據(jù)存入后臺管理系統(tǒng)。

（1）地磁檢測的實現(xiàn)

本方案使用的地磁傳感器為HMC5983，用該傳感器來測量磁場強度。HMC5983的系統(tǒng)流程如圖2所示。

由于傳感器本身為成熟的產(chǎn)品，其存在檢測誤差及溫度變化等因素，即使外部條件都很穩(wěn)定的情況下也存在一定的誤差，所以需采用濾波算法處理采集到的外部的磁場監(jiān)測數(shù)據(jù)，在實踐過程中發(fā)現(xiàn)可以采用一階濾波算法或卡爾曼濾波算法來進行相關(guān)數(shù)據(jù)處理。

（2）超聲波檢測的實現(xiàn)

超聲波傳感器的測量值距離也必須通過濾波算法計算之后才能得到穩(wěn)定的距離值，一般在實際使用中都是采用遞推濾波算法。超聲波檢測距離的范圍值一般在0.2～2 m，如果超出該范圍，距離無法檢測。其系統(tǒng)原理框圖如圖3所示。

（3）進出車庫系統(tǒng)

為了跟蹤車庫門中的車輛數(shù)量，使用PLC的計數(shù)功能，該計數(shù)功能完全由PLC的內(nèi)部功能實現(xiàn)。假設GARAGE中的車輛最大數(shù)量為20，則達到最大數(shù)量，并在售票機上點亮“GARAGE FULL”標志，以提醒需要停車的駕駛員。再通過在扶手上裝載傳感器的方法，扶手在視覺傳感器動作之后等待2 s才會緩慢下降。以此來保證所停車與用戶的安全距離，也可避免其他車輛經(jīng)過而導致扶手的錯誤升降。

為了保證欄桿抬起時豎直，欄桿水平放下去放平，欄桿的位置需要通過傳感器進行檢測，保證車庫正常運行和車輛進出庫的安全。進出車庫的傳感器位置示意圖如圖4所示。

車輛進出車庫程序流程如圖5所示。

（4）軟件系統(tǒng)實現(xiàn)

為了方便查找室外停車場和相關(guān)停車位置信息，本文開發(fā)了一套手機APP。該系統(tǒng)的實現(xiàn)界面如圖6所示。

（5）檢測器成品

該系統(tǒng)的最終成品如圖7所示。

3 結(jié) 語

與現(xiàn)有車輛檢測器比較來看：現(xiàn)有智能停車系統(tǒng)中的相關(guān)檢測器種類較多，大部分地下停車場都采用有線部署系統(tǒng)，部署比較麻煩，成本相對較大。而本文的檢測系統(tǒng)通過無線連接，在網(wǎng)上查詢相關(guān)資料了解到市場上也有其他無線結(jié)構(gòu)連接的系統(tǒng)，但基本上是采用ZigBee組網(wǎng)，功耗相對較高，而且ZigBee在外面容易受到外界天氣干擾，組網(wǎng)信號差。但本文的檢測器是一款基于 NB-IoT 技術(shù)的遠距離無線地磁傳感器，采用先進的地磁和超聲波傳感器，很好地吸取了兩種檢測的優(yōu)點，有效地避免了誤判的可能性，能精準實現(xiàn)車位占用檢測及停車時間統(tǒng)計等功能，同時將車位占用信息無線傳輸?shù)皆贫朔掌脚_，在智慧交通、智慧小區(qū)、智能停車等領域有著廣泛的應用前景。

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