一种多传感器融合的智慧路贴及其工作方法与流程

本发明涉及交通管理技术领域，特别是一种多传感器融合的智慧路贴及其工作方法。

背景技术：

随着经济的发展，人们的生活水平也越来越高，汽车正逐渐走进寻常百姓家，各个大中小城市的汽车拥有量都成爆发式的增长态势。交通工具方便了人们的生活，但车辆的日益增加，在某种程度上也给生活带来了诸多的不便。由于停车场停车位等公共基础设施有限、停车信息“不透明”、现有停车位利用率低下、管理技术手段落后以及缺少停车诱导系统等原因，很多大中型城市的停车难问题越来越严峻。而针对这些情况，单纯依靠停车位的增长供应是无法解决日益严峻的停车问题的，因此“停车经济”具有很好的发展前景。伴随着停车场规模的扩大以及停车位的增加，对停车场的有效管理也越来越重要。

近年来计算机应用技术不断发展，采用信息技术处理停车场车位监控的交通管理系统应运而生。但是现有交通管理系统存在的最大的问题是停车场泊位信息无法进行有效的发布以及停车场的智能化不足，导致车辆在停车场中时常出现排队时间过长，浪费车主时间，并且停车场的运行效率也受到影响。

为了提高车辆检测的精度，目前对车辆检测的方法也有很多，其中包括：环形线圈车辆检测器、无线地磁车辆检测器、激光车辆检测器、视频车辆检测器，雷达车辆检测器等。但是这些方法中或多或少都收到环境、成本、功耗等方面的影响，因此在停车系统中不太适用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种多传感器融合的智慧路贴及其工作方法，该智慧路贴通过地磁传感器对停车场进出车辆进行智能检测，实时监控停车环境，并通过网络发布停车场的空闲停车位数量和其他相关信息，提高停车效率，从而给人们的生活和工作带来方便，提高人们的工作生活效率。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种多传感器融合的智慧路贴，包括微控制模块，以及与该微控制模块分别连接的地磁传感器、风速传感器、光敏传感器、电源模块、蓝牙模块，所有部件集成一体，设置于停车场各车位中心位置，其中：

所述风速传感器，将风速的变化转换为电压变化，并输入微控制模块；

所述光敏传感器，根据光线强弱变化，判断所在车位区域是否有车辆停泊；

所述地磁传感器，通过磁阻监测地磁的变化状况，从而对车辆的停泊状态进行检测；

所述微控制模块，用于接收和处理风速传感器、光敏传感器、地磁传感器输入的信息，判断当前车位的停车状况，并通过蓝牙模块与其他智慧路贴或上位机进行组网交互；

所述蓝牙模块，发送当前车位的停车状况，并对停车状况信息进行存储和转发；

所述电源模块，包含设置在智慧路贴表面的太阳能板以及内置的可充电电池，对整个智慧路贴进行供电。

进一步地，所述光敏传感器采用MG41-21型光敏电阻，该光敏电阻通过集成电压比较器LM358N接入微控制模块，根据车位无车、车位有车的情况分别设置两个参考电压Vf1、Vf2且Vf1>Vf2；当光敏传感器测得的电压值V>Vf1时，判断结果为车位无车；当V<Vf2时，判断结果为车位有车。

进一步地，所述微控制模块，用于接收和处理风速传感器、光敏传感器、地磁传感器输入的信息，判断当前车位的停车状况，具体如下：

设定两个条件：

(1)风速传感器输出的电压超过阈值y₁，并且光敏传感器输出的电压值发生变化且超过阈值y₂；

(2)地磁传感器的休眠时间达到指定的时间间隔t₁；

如果微控制模块检测到的信息满足以上任一条件，则启动地磁传感器进行检测，判断当前车位的停车状况，否则地磁传感器休眠。

进一步地，所述蓝牙模块的组网通信部分包括4个部分，具体为：

智慧路贴之间以及智慧路贴和网关节点之间，采用的是蓝牙4.1协议，其中系统头标志为0x26，协议头为0x44，没有协议子标志；每三个字节为一个意义数据段，车位号段数据范围为1-65535，数据段为该车位真正的状态值，0x30表示该车位无车，0x31表示该车位有车；

网关节点与后台大数据服务器之间的通信基于GPRS网络，其中停车场ID段为全系统中指定的唯一序列号，数据个数段表示该数据部分所包含的状态数量，数据段与上述蓝牙4.1协议的数据段结构相同；

手机控制端与智慧路贴之间，采用的是蓝牙4.0协议，系统头标志为0x26，协议头标志为0x40；协议子标志有4种状态：当协议子标志为0x30时，表明数据段为2字节车位号；当协议子标志为0x31时，表明数据段为2字节地磁阈值；当协议子标志为0x32时，表明数据段为1字节路由MAC序号和6字节路由MAC；当协议子标志为0x33时，表明无数据部分，强制重初始化智慧路贴。

一种多传感器融合的智慧路贴的工作方法，包括如下步骤：

步骤1，微控制模块首先将地磁传感器、风速传感器、光敏传感器、蓝牙模块进行初始化，将当前地磁数据、风力强度和光照强度数据存储在微控制模块中，并设定风速传感器的电压阈值y₁、光敏传感器电压值变化阈值y₂、地磁传感器的休眠时间间隔t₁、地磁传感器地磁变化阈值y₃；

步骤2，如果微控制模块检测到的信息满足以下任一条件，则启动地磁传感器进行检测，条件如下：

(1)风速传感器输出的电压超过阈值y₁，并且光敏传感器输出的电压值发生变化且超过阈值y₂；

(2)地磁传感器的休眠时间达到指定的时间间隔t₁；

步骤3，根据地磁传感器检测到的地磁变化数据进行判断：如果地磁变化数据超过阈值y₃，该车位状态发生变化，进行步骤4；否则地磁传感器将继续休眠，并返回步骤2；

步骤4，微控制模块启动蓝牙模块，将地磁传感器所检测到的当前车位停车状况发送给其它智慧路贴或上位机。

进一步地，步骤1所述微控制模块首先将地磁传感器、风速传感器、光敏传感器、蓝牙模块进行初始化，包括使地磁传感器、蓝牙模块处于休眠状态。

进一步地，步骤3所述根据地磁传感器检测到的地磁变化数据进行判断，具体如下：

如果检测到的地磁变化数据与存储在微控制模块地磁数据之间的差值超过了阈值y₃，微控制模块将新检测到的地磁变化数据存储在一个临时存储器上，如果连续n次，地磁变化数据的波动都超过了阈值y₃，则认为车位状态发生变化，将之前状态的数据全部清除并将临时存储器上的数据放入微控制模块的存储器上，进入下一步将当前车位状态传输出去；

如果检测到的地磁变化数据与存储在微控制模块地磁数据之间的差值未超过阈值y₃，微控制模块将检测到的地磁变化数据存入存储器中，并摒弃微控制模块存储空间中最开始检测到的部分数据，使保存的数据容量不变，地磁传感器将继续休眠；

如果检测到的地磁变化数据与存储在微控制模块地磁数据之间的差值超过了阈值y₃，但是并未连续n次超过阈值y₃，则认为地磁变化数据出现异常，将这些异常数据摒弃。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)该多传感器融合的智慧路贴利用地磁传感器、风速传感器、光敏传感器检测停车场的车辆进出，实时监控城市中心区域主要停车场的车位利用信息，并通过蓝牙模块进行传递，满足人们实时查询当前停车状况，为出行做出停车信息向导；(2)蓝牙组网具有功耗低，时延短，组网灵活，可伸缩性强，可靠性高等优势，能够实现信息的即时可靠传递，给人们的生活和工作带来了方便，提高了人们的工作生活效率；(3)电源模块具有接口充电和太阳能充电的优势，能够使用较长的时间，提高了智慧路贴的使用寿命。

附图说明

图1为本发明多传感器融合的智慧路贴的结构图。

图2为本发明多传感器融合的智慧路贴的工作流程图。

图3为本发明多传感器融合的智慧路贴电源模块的构造示意图。

图4为本发明多传感器融合的智慧路贴在车辆经过时的地磁数据变化图。

图5为蓝牙4.0和蓝牙4.1高层数据协议的数据格式说明图。

图6为蓝牙4.0和蓝牙4.1高层数据协议数据格式中数据部分的格式说明图。

图7为基于GPRS网络的数据报格式说明图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

结合图1，本发明多传感器融合的智慧路贴，包括微控制模块，以及与该微控制模块分别连接的地磁传感器、风速传感器、光敏传感器、电源模块、蓝牙模块，所有部件集成一体，设置于停车场各车位中心位置，其中：

所述风速传感器，将风速的变化转换为电压变化，并输入微控制模块；

所述光敏传感器，根据光线强弱变化，判断所在车位区域是否有车辆停泊；

所述地磁传感器，通过磁阻监测地磁的变化状况，从而对车辆的停泊状态进行检测；

所述微控制模块，用于接收和处理风速传感器、光敏传感器、地磁传感器输入的信息，判断当前车位的停车状况，并通过蓝牙模块与其他智慧路贴或上位机进行组网交互；

所述蓝牙模块，发送当前车位的停车状况，并对停车状况信息进行存储和转发；

所述电源模块，包含设置在智慧路贴表面的太阳能板以及内置的可充电电池，对整个智慧路贴进行供电。

作为一种具体示例，所述光敏传感器采用MG41-21型光敏电阻，该光敏电阻通过集成电压比较器LM358N接入微控制模块，根据车位无车、车位有车的情况分别设置两个参考电压Vf1、Vf2且Vf1>Vf2；当光敏传感器测得的电压值V>Vf1时，判断结果为车位无车；当V<Vf2时，判断结果为车位有车。

作为一种具体示例，所述微控制模块，用于接收和处理风速传感器、光敏传感器、地磁传感器输入的信息，判断当前车位的停车状况，具体如下：

设定两个条件：

(1)风速传感器输出的电压超过阈值y₁，并且光敏传感器输出的电压值发生变化且超过阈值y₂；

(2)地磁传感器的休眠时间达到指定的时间间隔t₁；

如果微控制模块检测到的信息满足以上任一条件，则启动地磁传感器进行检测，判断当前车位的停车状况，否则地磁传感器休眠。

作为一种具体示例，所述蓝牙模块的组网通信部分包括4个部分，具体为：

智慧路贴之间以及智慧路贴和网关节点之间，采用的是蓝牙4.1协议，其中系统头标志为0x26，协议头为0x44，没有协议子标志；每三个字节为一个意义数据段，车位号段数据范围为1-65535，数据段为该车位真正的状态值，0x30表示该车位无车，0x31表示该车位有车；

网关节点与后台大数据服务器之间的通信基于GPRS网络，其中停车场ID段为全系统中指定的唯一序列号，数据个数段表示该数据部分所包含的状态数量，数据段与上述蓝牙4.1协议的数据段结构相同；

手机控制端与智慧路贴之间，采用的是蓝牙4.0协议，系统头标志为0x26，协议头标志为0x40；协议子标志有4种状态：当协议子标志为0x30时，表明数据段为2字节车位号；当协议子标志为0x31时，表明数据段为2字节地磁阈值；当协议子标志为0x32时，表明数据段为1字节路由MAC序号和6字节路由MAC；当协议子标志为0x33时，表明无数据部分，强制重初始化智慧路贴。

结合图2，本发明多传感器融合的智慧路贴的工作方法，包括如下步骤：

步骤1，微控制模块首先将地磁传感器、风速传感器、光敏传感器、蓝牙模块进行初始化，将当前地磁数据、风力强度和光照强度数据存储在微控制模块中，并设定风速传感器的电压阈值y₁、光敏传感器电压值变化阈值y₂、地磁传感器的休眠时间间隔t₁、地磁传感器地磁变化阈值y₃；使地磁传感器、蓝牙模块处于休眠状态。

步骤2，如果微控制模块检测到的信息满足以下任一条件，则启动地磁传感器进行检测，条件如下：

(1)风速传感器输出的电压超过阈值y₁，并且光敏传感器输出的电压值发生变化且超过阈值y₂；

(2)地磁传感器的休眠时间达到指定的时间间隔t₁。

步骤3，根据地磁传感器检测到的地磁变化数据进行判断：如果地磁变化数据超过阈值y₃，该车位状态发生变化，进行步骤4；否则地磁传感器将继续休眠，并返回步骤2；

所述根据地磁传感器检测到的地磁变化数据进行判断，具体如下：

如果检测到的地磁变化数据与存储在微控制模块地磁数据之间的差值超过了阈值y₃，微控制模块将新检测到的地磁变化数据存储在一个临时存储器上，如果连续n次，地磁变化数据的波动都超过了阈值y₃，则认为车位状态发生变化，将之前状态的数据全部清除并将临时存储器上的数据放入微控制模块的存储器上，进入下一步将当前车位状态传输出去；

如果检测到的地磁变化数据与存储在微控制模块地磁数据之间的差值未超过阈值y₃，微控制模块将检测到的地磁变化数据存入存储器中，并摒弃微控制模块存储空间中最开始检测到的部分数据，使保存的数据容量不变，地磁传感器将继续休眠；

如果检测到的地磁变化数据与存储在微控制模块地磁数据之间的差值超过了阈值y₃，但是并未连续n次超过阈值y₃，则认为地磁变化数据出现异常，将这些异常数据摒弃。

步骤4，微控制模块启动蓝牙模块，将地磁传感器所检测到的当前车位停车状况发送给其它智慧路贴或上位机。为了防止在传输的过程中数据包出现丢包状况，在经过指定时间间隔t₂后，将再次传输该数据包。

实施例1

本实施例中微控制模块，以及与该微控制模块分别连接的地磁传感器、风速传感器、光敏传感器、电源模块、蓝牙模块，具体如下：

(1)电源模块主要对整个路贴进行供电。为了解决电池电量有限的问题，将采用太阳能供电和接口供电相结合的充电方式。在有日光的情况下，主要采用太阳能供电的方式对电池进行充电。在没有日光而电池即将没有电的情况下，我们采用接口充电，如图3。a线，b线分别接在芯片模块(包括地磁传感器、风速传感器，光敏传感器、蓝牙模块和微控制模块)的正极和负极上。c线，d线分别接在电源的正极和负极上，d线的另一端接在芯片模块的负极上。如果a线和c线相连，则电池对芯片模块进行供电，如果b线和c线相连，则对电池进行充电。

(2)地磁传感器是通过磁阻监测地磁的变化状况，微控制器对地磁传感器得到的数据进行分析，如果地磁在一定时间内出现较大的地磁变化，如图4所示，则说明车辆出现在传感器的感应范围内。微控制模块将判断结果通过蓝牙模块传输至上位机系统。

(3)风速传感器是用于测量空气流动速度或风量的传感器。它置于路贴外部并与其内部的微控制模块相连接。风力传感器内部的负温度系数热敏电阻阻值与风速成正比。当汽车通过时，路贴周围风速变大，风将带走热敏电阻表面的热量，使热敏电阻本身温度下降，阻值上升，电压值变大。风速的变化最终转换为电压值变化。

(4)光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。它能感应光线的明暗变化，输出微弱的电信号，光照时，电阻很小；无光照时，电阻很大。光照越强，电阻越小；光照停止，电阻又恢复原值。本发明中我们选择MG41-21型光敏电阻作为采集光照情况的光敏传感器，它在光照条件下，电阻值大于等于0.1M欧，昏暗条件下电阻值小于等于1k欧，灵敏度比较高。采集完光照信息后，利用集成电压比较器LM358N作为信号处理的核心元件，将两种光照条件转换成电压值V，并根据车位无车、车位有车的情况分别设置两个参考电压Vf1、Vf2且Vf1>Vf2，然当光敏传感器测得的电压值V>Vf1时，判断结果为车位无车；当V<Vf2时，判断结果为车位有车。(5)蓝牙模块可以发送当前车位的停车状况，同时也可以接收其他外部的相关信息，并对这些信息进行存储和转发。在接收到杂波的时候，会对杂波进行过滤。蓝牙模块的组网通信部分主要分为4个部分，其主要差别在于底层通信协议的不同。在车位状态传感器之间以及车位状态传感器和网关节点之间，采用的是蓝牙4.1协议，它的协议报文格式如图5。其中系统头标志为0x26，协议头为0x44，没有协议子标志。蓝牙4.1协议报文数据段的格式见图6。每三个字节为一个意义数据段，车位号段的数据范围为1-65535，数据段为该车位真正的状态值，0x30表示该车位无车，0x31表示该车位有车。在网关节点与后台大数据服务器之间，该部分的通信基于GPRS网络，其协议报文格式见图7。其中停车场ID段为全系统中指定的唯一序列号，数据个数段表示该数据部分所包含的状态数量，数据段与蓝牙4.1协议的数据段结构相同。在手机控制端与车位状态传感器之间，该部分通信基于蓝牙4.0协议，其协议高层数据格式和图5相同。其中系统头标志为0x26，协议头标志为0x40。协议子标志有4种状态以此来控制后面的数据部分。当协议子标志为0x30时，表明数据段为2字节车位号；当协议子标志为0x31时，表明数据段为2字节地磁阈值；当协议子标志为0x32时，表明数据段为1字节路由MAC序号和6字节路由MAC；当协议子标志为0x33时，表明无数据部分，强制重初始化智慧路贴。

(6)微控制模块用于接收和处理地磁传感器、风速传感器、光敏传感器、蓝牙模块传递的信息。在智慧路贴刚开始工作时，微控制模块会对地磁传感器，光敏传感器和风速传感器进行初始化，并让地磁传感器和蓝牙模块深度睡眠。当风速传感器输出的电压超过阈值y₁且光敏传感器输出的电压值发生变化且超过阈值y₂，则微控制模块将启动地磁模块进行进一步的检测；如果风速传感器输出的电压值和光敏传感器输出的电压值没有一起达到阈值且地磁传感器休眠时间达到了指定时间间隔t₁，那么同样需要启动地磁传感器进行检测；如果风速传感器在时间t₃的间隔内，检测到的数值在t₃时间内波动较小，但是这个数值与微控制模块存储的风力强度数据不同，那么将微控制模块中的风力强度数据进行更新；如果光敏传感器在时间t₄的间隔内，检测到的数值在t₄时间内波动较小，但是这个数值与微控制模块存储的光照强度数据不同，那么将微控制模块中的光照强度数据进行更新。当地磁传感器感应到相应的地磁变化数据后，微控制模块将会苏醒，对地磁传感器上的数据进行分析。如果检测到的数据与存储在微控制模块地磁数据之间的差值未超过阈值y₃，那么微控制器会把新加入的数据存入存储器中，摒弃微控制模块中最开始检测到的部分数据，保证保存的数据容量不变。如果检测到的数据与存储在微控制模块地磁数据之间的差值超过了阈值y₃，微控制模块将会把新监测到的数据存储在一个临时的存储器上，如果连续n次，数据的波动都超过了阈值y₃，则认为地磁处于一种新的状态上，将之前状态的数据全部清除并将临时存储器上的数据放入微控制模块的存储器上，同时启动蓝牙装置，将当前车辆的状态传输出去。如果检测到的地磁变化数据与存储在微控制模块地磁数据之间的差值超过了y₃，并但是并未连续n次超过阈值y₃，则认为地磁数据发生异常，将这些异常数据摒弃。为了防止一次传输出现失误，微控制模块会对车辆的状态进行二次传输。在这里，为了防止地磁异常而出现分析错误，微控制模块对于短时间超过阈值的数据进行摒弃。

结合图2，本实施例中多传感器融合的智慧路贴的具体工作流程，包括以下步骤：

步骤1，微控制模块首先将地磁传感器、风速传感器、光敏传感器、蓝牙模块进行初始化，将当前的地磁数据，风力强度和光照强度存入微控制模块中。然后将地磁模块、蓝牙模块休眠。

步骤2，风速传感器和光敏传感器一直在检测环境的变化，(1)风速传感器输出的电压超过阈值y₁，并且光敏传感器输出的电压值发生变化且超过阈值y₂；则微控制模块将启动地磁模块进行进一步的检测；

如果风速传感器输出的电压和光敏传感器输出的电压值没有一起达到阈值且地磁传感器休眠时间达到了指定时间间隔t₁，那么同样需要启动地磁传感器进行检测；如果风速传感器在时间t₃的间隔内，检测到的数值在t₃时间内波动较小，但是这个数值与微控制模块存储的风力强度数据不同，那么将微控制模块中的风力强度数据进行更新；如果光敏传感器在时间t₄的间隔内，检测到的数值在t₄时间内波动较小，但是这个数值与微控制模块存储的光照强度数据不同，那么将微控制模块中的光照强度数据进行更新。

步骤3：地磁传感器进行工作，如果地磁检测到的数值与微控制模块地磁数据的差值在连续n次中均超过阈值y₃，那么认为该车位的状态发生变化并将微控制模块中的地磁数据进行更新，进行步骤4；如果地磁传感器检测到的数值与微控制模块地磁数据的差值并未连续n次中超过阈值，则认为地磁数据发生异常，将这些异常数据摒弃，地磁传感器继续休眠。

步骤4：如果当前车位状态发生变化，那么微控制模块启动蓝牙模块并将当前车辆状态发送给其他智慧路贴或上位机。为了防止在传输的过程中数据包出现丢包状况，在经过指定时间间隔t₂后，将再次传输该数据包。