基于地磁傳感和WiFi技術(shù)的車位檢測傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

張勝+安士杰+王沖

摘 要：隨著城市汽車數(shù)量的急劇增長，停車問題日益嚴(yán)重，并已成為城市發(fā)展過程中的重大問題。為了解決現(xiàn)狀，文中設(shè)計(jì)了一種基于WiFi和地磁傳感技術(shù)的車位檢測傳感器節(jié)點(diǎn)。該節(jié)點(diǎn)利用模塊化地磁傳感器HMC5883L在有車和無車狀態(tài)下的數(shù)據(jù)變化來檢測車位狀態(tài)；利用STC89C52芯片和相應(yīng)的電路實(shí)現(xiàn)低功耗特性；利用ESP-12 WiFi通信模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。闡述了節(jié)點(diǎn)軟件的主流程，并利用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該車位檢測節(jié)點(diǎn)功能的有效性。

關(guān)鍵詞：地磁傳感器；WiFi技術(shù)；車位檢測；傳感器節(jié)點(diǎn)

中圖分類號(hào)：TN911.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2016）09-00-02

0 引 言

隨著城市經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市汽車數(shù)量急劇增長，停車問題已成為限制城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大問題。車位緊缺是造成停車難的主要原因之一，同時(shí)落后的管理也是導(dǎo)致車位利用率低下的原因之一。因此，如何快速準(zhǔn)確地尋找到空閑的停車位是當(dāng)今一個(gè)研究熱點(diǎn)。

目前，停車場車位檢測主要通過視頻分析、超聲波探測、基于地磁和WiFi的車位檢測等方法來完成。在以上三種方法中，前兩種為有線探測方法，需要對現(xiàn)有停車場進(jìn)行大規(guī)模布線改造，成本較高。基于地磁傳感和WiFi技術(shù)的車位檢測方法是一種無線方法，較之有線的方法安裝靈活且方便[1]。

本文設(shè)計(jì)了一種新的基于WiFi技術(shù)的無線地磁車位檢測傳感器節(jié)點(diǎn)。該傳感器節(jié)點(diǎn)及路由節(jié)點(diǎn)輔以移動(dòng)終端及車位信息管理App，能夠構(gòu)建集實(shí)時(shí)查詢車位信息、車位預(yù)定和車位導(dǎo)航功能于一體的智慧停車誘導(dǎo)系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)模型

該系統(tǒng)由無線地磁傳感器節(jié)點(diǎn)、無線路由節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)中心、移動(dòng)終端及車位管理App構(gòu)成。無線地磁傳感器節(jié)點(diǎn)布置于車位下方，利用地磁信息檢測當(dāng)前車位的狀態(tài)；通過路由節(jié)點(diǎn)收集無線地磁傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)絡(luò)中心；網(wǎng)絡(luò)中心匯總所有車位檢測數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭苿?dòng)終端的App上從而顯示給停車用戶。

本文著重設(shè)計(jì)了無線地磁傳感器節(jié)點(diǎn)，主要從硬件和軟件兩大部分進(jìn)行介紹。

2 硬件設(shè)計(jì)

基于地磁傳感和WiFi技術(shù)的車位檢測傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)包括地磁傳感器模塊、無線WiFi模塊、微處理器模塊、電源模塊[2]。其硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，硬件實(shí)物圖所示。

（1）地磁傳感器模塊負(fù)責(zé)采集地磁信息；

（2）主控器電路負(fù)責(zé)對地磁傳感器模塊、WiFi模塊等進(jìn)行初始化設(shè)置和相關(guān)控制；

（3）WiFi模塊在硬件上實(shí)現(xiàn)地磁傳感器節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)的無線通信；

（4）電源模塊負(fù)責(zé)電路的電源控制。地磁車位檢測的平均電流消耗僅為幾十微安，可以使用鋰電池供電，一顆2 000 mAh的鋰電池可以讓地磁車位檢測節(jié)點(diǎn)使用3年多，節(jié)點(diǎn)無需經(jīng)常更換或充電，大大方便了施工安裝和后期的維護(hù)[3]。

本文硬件設(shè)計(jì)主要介紹地磁傳感器模塊、WiFi模塊、微處理器模塊這三個(gè)部分。

2.1 地磁傳感器模塊

本文中的地磁傳感器模塊采用HMC5883L。HMC5883L為一高集成模塊化的地磁傳感器，尺寸僅為15 mm×13 mm，實(shí)物如圖4所示。

HMC5883L以高分辨率HMC118X 系列磁阻傳感器為核心設(shè)計(jì)，自帶放大器、自動(dòng)消磁驅(qū)動(dòng)器、偏差校準(zhǔn)等霍尼韋爾專利集成電路，具有I2C總線接口。采用霍尼韋爾各向異性磁阻（AMR）技術(shù)，可在±8高斯的磁場中實(shí)現(xiàn)5毫高斯分辨率，是當(dāng)前低磁場傳感器行業(yè)中靈敏度最高和可靠性最好的傳感器。

基于車位上方的車輛會(huì)對車位周圍的地磁場產(chǎn)生擾動(dòng)，HMC5883L傳感器可通過準(zhǔn)確檢測該擾動(dòng)來實(shí)現(xiàn)車位狀態(tài)的采集。

2.2 WiFi模塊

WiFi模塊采用安信可公司基于樂鑫智能互聯(lián)平臺(tái)——ESP8266構(gòu)建的ESP-12模塊，實(shí)物如圖5所示。其成本遠(yuǎn)低于ZigBee模塊，能夠有效降低傳感器節(jié)點(diǎn)的生產(chǎn)成本。該模塊為基于通用串行接口且符合網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式模塊，內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶串口、以太網(wǎng)、無線網(wǎng)（WiFi） 三個(gè)接口之間的轉(zhuǎn)換[4]。在本節(jié)點(diǎn)中，該模塊的主要作用是將微處理器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成WiFi標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)類型，通過設(shè)置WiFi模塊的網(wǎng)絡(luò)名稱、密碼、IP、端口號(hào)、串口參數(shù)等實(shí)現(xiàn)車位信息采集裝置與WiFi路由器節(jié)點(diǎn)或智能手機(jī)間的通信。

2.3 微處理器模塊

選用STC89C52作為車位信息采集裝置的微處理器，STC89C52是由STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8 K系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器[5]。其主要作用為通過I2C總線通信協(xié)議接收地磁傳感器HMC5883L的車位檢測數(shù)據(jù)并處理，將處理結(jié)果通過WiFi通訊模塊以WiFi無線通訊方式傳送給WiFi路由器節(jié)點(diǎn)，同時(shí)發(fā)送至液晶顯示模塊（備選）顯示。也包括對地磁傳感器HMC5883L、WiFi模塊等初始化設(shè)置和相關(guān)控制。

3 軟件設(shè)計(jì)

傳感器節(jié)點(diǎn)軟件的主流程如圖6所示。主流程為系統(tǒng)初始化，包括初始化主控制器、地磁傳感器以及WiFi模塊。初始化完成后發(fā)出網(wǎng)絡(luò)搜索指令搜索附近的路由器， 待成功加入網(wǎng)絡(luò)后，采集地磁數(shù)據(jù)并判斷車位狀態(tài)，如果車位狀態(tài)無變化則進(jìn)入休眠狀態(tài)； 若發(fā)生變化則將數(shù)據(jù)發(fā)送到路由節(jié)點(diǎn)后再休眠。休眠一定時(shí)間后重新喚醒，再次檢測車位狀態(tài)。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

我們在小區(qū)內(nèi)選擇了4個(gè)空車位安置車位檢測裝置，在局域網(wǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行車位傳感器節(jié)點(diǎn)功能驗(yàn)證性試驗(yàn)。在試驗(yàn)前設(shè)置好網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)車開入二號(hào)車位后，App上顯示的結(jié)果發(fā)生了變化。試驗(yàn)過程如圖7所示。

5 結(jié) 語

本文所設(shè)計(jì)的車位檢測傳感器節(jié)點(diǎn)具有功耗低、成本低、

（下轉(zhuǎn)第頁）

（上接第頁）

體積小等特點(diǎn)。且本車位檢測傳感器節(jié)點(diǎn)能夠?qū)囄蛔兓M(jìn)行有效檢測，具有一定的實(shí)用價(jià)值和應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]王俊，金秀峰，黃繼偉.基于433MHz頻段的無線地磁車位檢測傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)[J].傳感器與微系統(tǒng)，2014，33（10）：47-50.

[2]劉云浩.物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論[M].北京：科學(xué)出版社，2010：37-38.

[3]陳國林，佘洪波，董金榮，等.一種基于無線傳感網(wǎng)的車位檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2015（8）：49-52.

[4]郭中會(huì)，孫春志.基于STM32晾衣機(jī)器人的設(shè)計(jì)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2015，5（10）：77-79，81.

[5]郭天祥.新概念51單片機(jī)C語言教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009：2-20.