基于Nb-lot技術和地磁傳感器的智能車位檢測系統設計與實現

張苑，姚杰

（河北軟件職業技術學院網絡工程系，河北保定,071001）

0 引言

在社會經濟的快速發展下， 城市范圍內的汽車數量增多，停車位數量也隨之增加。當前的停車方式主要包含室內停車、場內停車、路邊停車等，其中，路邊停車對車輛檢測器的要求比較嚴格，很受環境影響。和車輛檢測器相比，地磁車輛檢測器就很符合要求，但常見的地磁檢測器需要基站等傳輸工具，急需要簡化系統，降低成本。因此Nb-Iot技術便應運而生。Nb-Iot技術是基于蜂窩的窄帶物聯網，為規模連接而生。

1 Nb-lot技術原理分析

Nb-Iot技術是基于蜂窩的窄帶物聯網，是萬物互通互聯的一個重要分支，也是IoT領域出現的一個新興技術形式。Nb-IOT的發展基礎如圖1所示。Nb-Iot技術最早是從2G通訊技術逐漸發展起來的。Nb-Iot技術在使用的時候體現出以下四個特點：第一，覆蓋范圍廣泛。Nb-Iot技術會提供改進的室內覆蓋，在同樣的頻段下，Nb-Iot技術會比現有 網絡增益20db，在使用的時候會提升100倍覆蓋區域的能力。第二，大連接。Nb-Iot技術具備支撐海量數據信息的連接能力，該技術支持下的一個扇區能夠支持十萬個連接，在使用的時候能夠支持各個設備的運行，且各個設備之間的連接成本比較低。第三，較低功耗。Nb-Iot技術支持下終端模塊待機時間長度會達到十年。第四，成本低廉。企業預期的單個連接模塊成本較低。

圖1 Nb-IOT的發展基礎

2 地磁傳感器的工作原理

大的鐵磁物體的擾動可以被看做是多個雙極磁鐵模型，這些模型具備南北方向，在運動的時候會引起磁場的擾動，且這種擾動會發生在發動機和車輪上。擾動情況還會受車輛內部、車頂、后備箱是否存在鐵磁物體的影響。總體上來看，鐵磁物體的綜合影響是對地球磁場磁力線的一種扭曲和畸變，這種扭曲可以被看做是車輛硬鐵影響或者硬鐵干擾。

3 基于NB-loT和地磁傳感器的車位檢測系統設計

3.1 總體架構設計

基于NB-IoT和地磁傳感器的車位檢測系統按照從下到上的布置形式，整個系統牽扯到數據傳感采集層、數據通信交互層、數據信息應用和管理層。在整個系統中最下層的是數據傳感采集層。在數據信息系統運作的時候智能云平臺圖像傳感器會將收集上來的信息傳遞到主系統中，在信息傳遞之后會使用專門的傳感器來測試這些數據信息，通過對信息的處理分析來了解車輛的停放情況，為車輛的擺放做出科學合理的規劃。對待收集上來的信息可以將這些信息繪制到專門的核心網絡系統中，基于NB-IoT和地磁傳感器的車位檢測系統如圖2所示。

圖2 基于NB-IoT和地磁傳感器的車位檢測系統

3.1.1 感知設備層的設計

設備感知層是停留在停車場內部各個車位上的設備，整個系統設備牽扯到設備控制、數據信息收集。設備感知層會借助各個超聲波感知設備來全面的檢測到車位上的車輛分布情況，并在檢測車輛的過程中通過升降地鎖來實現對車位停車信息的精準計算分析。

在這個過程中所收集到的數據信息會通過NB-IoT模組的AT指令進行通信。第一，車位空閑檢測。車位空閑檢測方式包含地磁檢測、超聲波檢測。為了降低成本，會選擇使用HCSR04的超聲波傳感器來完成檢測。HC-SR04超聲波傳感器共有4個引腳，有效距離為0.4cm-400 cm，能夠充分滿足人們對于車位精準檢測的需求。第二，地鎖設備。地鎖設備會為車位能否停車做出檢測，在地磁傳感器車輛上方系統發出信號指令的時候，系統會按照指令的要求來完成升起或者降落的操作，通過升降判斷來決定這個時候停車是否需要收取費用。第三，MCU主控。MCU主控采用了性能較高的內核控制器，系統在運作的時候會顯示出較強的穩定性、較高的性能和減少的消耗，通過配置這種內核處理器能夠為傳感器之間的信息接收和傳遞提供重要支持，由此來確保系統之間數據信息的順利傳遞。

3.1.2 中間件設計

中間件特指信號基站和IoT聯接管理平臺，在這個平臺上會將設備層收集到的數據信息以及業務層下發的命令轉發，在對各個設備實施管理的過程中會保障數據信息傳輸安全性和設備使用的可拓展性。

3.1.3 業務邏輯層設計

業務邏輯層主要包含了對各個停車場的設備管理，所牽扯到的設備包含處理設備、數據整合系統、數據控制系統和支付管理操作系統。經過處理會實現對上方控制端用戶發布信息的有效管控，并將設備層的數據信息整理后發送給前端用戶，最終實現對停車場的智能化管理。整個系統操作管理打破了以往人工操作的局限，提升了管理效率。

3.2 功能設計

第一，用戶注冊車輛的綁定。基于NB-IoT的智能停車管理系統會對用戶實施實名制管理，所有車輛的運行都會被綁定處理，用戶停車管理控制更為方便，在有需要的情況下會快速查看個人歷史停車信息。第二，停車場車位的實時性管理。基于NB-IoT的智能停車管理系統會利用檢測技術來對裝有停車終端實時性的檢測，檢測到的信息會被發送到遠端服務器，經過一系列的邏輯處理，數據信息會被存儲到云端，而后通過小程序、網頁的形式展示給用戶。第三，車位導航。在用戶停車的時候通過微信小程序地圖就能夠查看最近距離的停車場，用戶預約選定好的停車場，程序會指導用戶導航到停車場。第四，停車終端設備的管理。安排專門的人員維護管理停車設備，維護人員會綜合統計分析車位設備的電量、故障情況等信息，目的是方便維護人員的維護。第五，停車費的支付。基于先進技術的停車場實施無人收費管理模式，用戶可以根據需要在網絡系統上進行車輛的出入繳費。

3.3 硬件設計

基于NB-IoT的智能停車管理系統的硬件設計由嵌入控制單片機、電源模塊、傳感器模塊、NB-IoT模塊、NB-IoT基站共同組成。在具體實施操作的時候，嵌入式單片機使用了半導體集團的增強型芯片，這類芯片在使用的時候具備超低功率、多類型通信接口的特點，在使用的的過程中能夠滿足不同設計要求。

電源控制模塊的打造會為智能停車管理系統的穩定運行提供持續的電壓支持。電源系統所輸出的電壓還會根據各個模塊的運行需要來為其提供電壓支持，在電壓的支持下來為模塊的順利運行提供保障。三軸磁場傳感器磁場暴露的分辨率會達到2mG，方位角的分辨率能夠精準到1%。智能停車管理系統的傳感器是一種貼面傳感器，使用者能夠根據實際需要來對安裝、維護、管理傳感器。智能停車管理系統上的傳感器還會按照集成電路總線通信協議來將數據信息傳遞到模塊組上處理使用。超聲波系統在接受到信息之后會為汽車的運行狀況進行全面的分析。智能停車管理系統的各個模塊小組是系統運作的硬件核心，能夠根據需要被安裝在不同頻譜的移動網絡上，能夠滿足物聯網的運行需要。智能停車管理系統NB-IoT模塊具備待機時間長、運行高效的特點。NB-IoT基站負責移動通信網絡之間的協議通信管理，且NB-IoT基站的覆蓋能力強。

3.4 軟件設計

車位實時地理位置定位模塊。通過實時性的定位分析能夠自動搜索周圍的空置車位，找到空置車位的編號來停車。為了能夠更快速的找到停車位，在尋找車位的過程中會使用到大數據技術、數據倉庫技術，在技術的支持下會將搜集到的信息實時性的展示出來。第二， 人機移動互聯網交互模塊。在人機互動互聯網交互模塊使用的過程中需要充分考慮微信小程序的設定情況，根據智能停車監督控制系統的規模大小來制定出對應的平板設備APP。第三，車輛引導接口模塊。借助車輛引導接口會將智能停車管理系統和整個城市的智慧引導系統密切結合在一起，在停車監測系統的作用下能夠密切檢車各個車輛的行駛信息，在有車輛經過的地區做好必要的疏散工作，從而為車輛的安全行駛提供重要支持，由此來提升車位的周轉率。第四，智能停車收費模塊。智能停車收費模塊在整合多個移動支付方式和小程序的情況下會為用戶提供更為方便、快捷的智能停車監測系統服務。第五，車輛監測算法模塊。車輛監測算法模塊的打造離不開地磁傳感器和智能車位管理模塊，在這幾個模塊的綜合使用下會精準的確定車輛所在位置，為車輛的安全、穩定行駛提供重要支持。同時，在這個系統的支持下還會了解車輛周圍是否存在空白的位置，乳溝有空白的位置選擇將車輛停放在這樣的位置上。

3.5 智能停車監測公有云平臺框架

智能停車監測控制系統如果想要更好的在智慧城市建設中應用，需要借助公有云平臺來將城市停車位大數據信息和城市停車需求大數據結合在一起，通過對停車位的錯峰調度管理來平衡停車位空置和停車難之間的矛盾沖突。在具體運作的時候，公有云平臺的打造離不開停車場內部數據信息的共享應用，并在整合信息的情況下打造出方便、快捷的停車信用系統。同時，在智能停車監測公有云平臺框架的支持下還能夠鼓勵私家車位將空置的車位實施有償租賃，在這個過程中不僅可以讓車位的擁有者通過利用車位的空置時間來獲得更多的收益，而且還會解決周圍上班族停車難的問題。各個停車時會將實時性的將停車位的使用頻率發送到NB-IoT技術支持下的基站，整合基站信息后將信息發送到云平臺上，用戶可以通過云用戶端或者小程序來查詢平臺信息，根據計算結果來選擇適合的路徑。私家車位的使用者也可以在自家車位安裝智能鎖，結合實際情況設定車位空閑時間，為用戶提供閑租賃服務。