基于NB-IoT的車輛檢測器在智能停車場的應用

朱旭東

摘 要：文中將目前物聯網領域最新的NB-IoT（窄帶物聯網）技術應用于智能停車檢測系統，把其與現有的超聲波傳感器和地磁傳感器相結合，設計一款車輛檢測器，并在此基礎上開發一套智能停車軟件系統，主要針對現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、智能停車等領域有著廣泛的應用前景。

關鍵詞：NB-IoT;車輛檢測器;智能停車場;超聲波傳感器;物聯網;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、大數據時代以及“互聯網+”時代的到來，中國現代經濟的飛速發展，生活水平的不斷提高，小汽車的保有量持續增長，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，越來越受到業內人士的關注。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據，為智能交通控制系統提供足夠的信息以便進行最優的控制。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、統計進出停車場的汽車數量，根據總停車位數量可以計算出剩余停車位的數量。

1 基本思路

本文介紹的產品主要針對在城市生活中的商場、醫院、小區及路邊的室外停車場和零散停車位管理等存在的問題，因為絕大多數室外停車場都沒安裝這套系統，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、免費車輛的數據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;另一部分開發了一套智能化的停車管理軟件系統，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，硬件框圖如圖1所示。

系統硬件組成主要有地磁傳感器HMC5983和超聲波傳感器。將檢測的數據傳入MCU模塊，通過NB-IoT通信模塊與網關進行數據交換，網關把相關監測數據傳入上位機，數據存入后臺管理系統。

（1）地磁檢測的實現

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的系統流程如圖2所示。

由于傳感器本身為成熟的產品，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測數據，在實踐過程中發現可以采用一階濾波算法或卡爾曼濾波算法來進行相關數據處理。

（2）超聲波檢測的實現

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。其系統原理框圖如圖3所示。

（3）進出車庫系統

為了跟蹤車庫門中的車輛數量，使用PLC的計數功能，該計數功能完全由PLC的內部功能實現。假設GARAGE中的車輛最大數量為20，則達到最大數量，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）軟件系統實現

為了方便查找室外停車場和相關停車位置信息，本文開發了一套手機APP。該系統的實現界面如圖6所示。

（5）檢測器成品

該系統的最終成品如圖7所示。

3 結 語

與現有車輛檢測器比較來看：現有智能停車系統中的相關檢測器種類較多，大部分地下停車場都采用有線部署系統，部署比較麻煩，成本相對較大。而本文的檢測系統通過無線連接，在網上查詢相關資料了解到市場上也有其他無線結構連接的系統，但基本上是采用ZigBee組網，功耗相對較高，而且ZigBee在外面容易受到外界天氣干擾，組網信號差。但本文的檢測器是一款基于 NB-IoT 技術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點，有效地避免了誤判的可能性，能精準實現車位占用檢測及停車時間統計等功能，同時將車位占用信息無線傳輸到云端服務平臺，在智慧交通、智慧小區、智能停車等領域有著廣泛的應用前景。

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