專利名稱：用于檢測車位的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于檢測車位的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備，尤其是一種基于超聲波檢測車位的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備，主要目的為通過該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備檢測停車場的車位使用情況。
背景技術(shù)：
在停車場中，需要使用車位檢測設(shè)備對車位的占用情況進行檢測，管理者通過檢測結(jié)果引導停車者將車停入適當?shù)能囄弧Ｔ谝阎默F(xiàn)有技術(shù)中，一般的使用超聲波傳感器對車位的占用情況進行檢測，檢測的結(jié)果以一定的信號方式傳輸給管理中心，以便于管理中心進行統(tǒng)一調(diào)度和管理。
現(xiàn)有的超聲波車位檢測設(shè)備在對車輛車位進行檢測時，首先向車位發(fā)射一個超聲波脈沖并等待接收反射波信號，在對反射信號進行處理時，檢測設(shè)備將反射信號放大固定的倍數(shù)，然后進行包絡(luò)檢波，并將這個包絡(luò)信號與一個固定的電平進行比較來判斷接收到反射脈沖的時間，并以此為依據(jù)判斷車位的占用情況。在這樣的方案中，一般采用邏輯電路來完成車位狀態(tài)的檢測，但是周圍環(huán)境中的運動物體也會產(chǎn)生超聲波，將對車位檢測設(shè)備造成干擾，導致車位檢測設(shè)備容易產(chǎn)生誤判，對車位狀態(tài)判斷的準確率不高。其次，反射脈沖的幅度受環(huán)境、傳播距離等因素的影響，將其幅度信號與固定電平進行比較來判定反射脈沖的起始位置容易產(chǎn)生誤差。同時，由于使用有線通信方式傳輸車位狀態(tài)信息，在實施過程中需要針對每個車位和傳感器進行布線，增加了工程量和成本。

發(fā)明內(nèi)容
針對以上問題，本實用新型提供了一種用于檢測車位的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備，該設(shè)備通過對超聲波回波信號進行采樣，并分析采樣值來判斷車位的占用狀態(tài)。由于對超聲波回波信號使用了采樣分析的方法，可以有效的排除超聲波噪聲的影響，從而提高檢測車位的準確率。另外，為了簡化檢測設(shè)備的安裝和維護，本實用新型使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)向停車場管理中心通告車位占用狀態(tài)，從而通過無線通信免除了實施中的布線問題。
為實現(xiàn)上述目的，用于檢測車位的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備的邏輯結(jié)構(gòu)包括依次連接的超聲波接收換能器、接收放大電路、單片機、發(fā)射升幅電路和超聲波發(fā)射換能器。該設(shè)備還包括一無線通信電路，單片機通過無線通信電路將信號傳輸給車位管理中心。
在進行車位檢測時，超聲波發(fā)射換能器首先向車位發(fā)射超聲波脈沖，然后啟動超聲波接收換能器接收反射波。單片機利用模/數(shù)轉(zhuǎn)換功能或單獨的模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路對反射信號的波形進行采樣，并對采樣值進行信號識別，得出車位占用情況。最后，單片機通過無線通信電路將車位的占用情況以無線通信方式傳輸?shù)杰囄还芾碇行摹?br> 如圖2所示，上述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備的物理結(jié)構(gòu)包括安裝在設(shè)備外殼10內(nèi)的超聲波電路板7、控制電路板8和電源9，以及和超聲波電路板7相連的超聲波接收換能器1、超聲波發(fā)射換能器2，且超聲波接收換能器1和超聲波發(fā)射換能器2的探頭伸出到設(shè)備外殼10之外。其中，超聲波電路板7和控制電路板8通過接插件連接，由電源9提供電源。
上述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備布置在車位的上方、下方或四周，周期性地向車位發(fā)射超聲波，測量設(shè)備與車位之間的距離。當車位被占用時，測量的距離為設(shè)備到車的距離；當車位空閑時，測量的距離將大于設(shè)備與車位之間的距離。通過測量距離的變化，可以判斷出車位的占用情況。
本實用新型的有益效果是該設(shè)備采用超聲波測距技術(shù)對車位狀態(tài)進行檢測，在車位檢測中，通過對超聲波回波信號進行采樣，并使用單片機分析采樣值來判斷車位的使用狀態(tài)，能夠有效提高車位檢測的準確率。該設(shè)備通過無線通信方式使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，將車位狀態(tài)信息發(fā)送到車位管理中心。與現(xiàn)有超聲波車位檢測設(shè)備相比，該設(shè)備具有車位檢測準確率高，在實施中不需要布線的優(yōu)點。


圖1為本實用新型的原理圖；圖2為本實用新型的結(jié)構(gòu)圖；圖3為超聲波接收放大電路原理圖；圖4為超聲波發(fā)射升幅電路原理圖。
圖中，相同的標號表示相同的部件1-超聲波接收換能器 2-超聲波發(fā)射換能器 3-接收放大電路 4-單片機5-發(fā)射升幅電路 6-無線通信電路 7-超聲波電路板 8-控制電路板9-電源 10-設(shè)備外殼
具體實施方式
以下結(jié)合附圖通過最佳實施例詳細說明本實用新型，但不構(gòu)成對本實用新型的限制。如圖1所示，為本實用新型的原理圖。超聲波發(fā)射換能器2與發(fā)射升幅電路5相連，發(fā)射升幅電路5與單片機4相連，單片機4產(chǎn)生方波信號通過發(fā)射升幅電路5升高電壓之后，驅(qū)動超聲波發(fā)射換能器2發(fā)出超聲波脈沖。超聲波接收換能器1與接收放大電路3相連，接收放大電路3與單片機4相連，當超聲波接收換能器1接收到超聲波回波時，信號經(jīng)過接收放大電路3放大后，由單片機4進行采樣，并分析采樣值得出車位占用情況的信息。單片機4與無線通信電路6相連并通過其向車場管理中心發(fā)送車位占用信息。在本實施例中，單片機采用了ATmega128L，具有模/數(shù)轉(zhuǎn)換功能。本實用新型也可以采用其它單片機或使用單獨的數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路對回波信號進行采樣。
圖2為本實用新型的結(jié)構(gòu)圖，結(jié)合圖1，接收放大電路3和發(fā)射升幅電路5位于超聲波電路板7上；單片機4和無線通信電路6位于控制電路板8上。超聲波電路板7和控制電路板8通過接插件連接。超聲波接收換能器1和超聲波發(fā)射換能器2與超聲波電路板7相連，且兩個超聲換能器的探頭伸出到設(shè)備外殼10之外。電源9為設(shè)備提供3.3伏的直流電源。
本實施例中采用了40KHz的超聲波換能器。如果向這種超聲波發(fā)射換能器輸入40KHz的方波信號，換能器就會發(fā)射出40KHz的超聲波。輸入到換能器的方波信號需要在10伏以上，才能保證發(fā)射的超聲波能探測到8米范圍以內(nèi)的物體。
圖3是超聲波發(fā)射升幅電路的原理圖，ATmega128_40KHz是控制電路板8上由ATmega128L處理器產(chǎn)生的40KHz的方波；VCC是電源9提供的電壓，超聲波電路板7和控制電路板8能夠正常工作的電源電壓范圍在2.7伏到3.3伏之間。ATmega128_40KHz信號的電壓在0V到VCC之間，不能用來直接驅(qū)動超聲波發(fā)射換能器。為了產(chǎn)生可以驅(qū)動超聲波發(fā)射換能器的高電壓，在實現(xiàn)中使用MAX865電荷泵產(chǎn)生+2VCC和-2VCC兩個電壓，作為LM8261運算放大器的正負電源。
將ATmega128_40KHz輸入到LM8261的反向輸入端，同時將1/2VCC的固定電平輸入到LM8261的正向輸入端，并使LM8261處于開環(huán)放大狀態(tài)，就能夠產(chǎn)生10V以上的方波信號。在這個電路中，當ATmega128_40KHz為高電平時，LM8261的反向輸入端的電壓高于正向輸入端的電壓，LM8261進入負飽和狀態(tài)，這時輸出電壓為-2VCC；當ATmega128_40KHz為低電平時，LM8261進入正飽和狀態(tài)輸出+2VCC，這樣LM8261輸出的方波信號的幅度為4×VCC，信號強度在10V以上，可以用來驅(qū)動超聲波發(fā)射換能器了。
圖4是本實用新型的超聲波接收放大電路的原理圖，換能器接收到的超聲波信號非常微弱，需要經(jīng)過放大、包絡(luò)檢波和采樣等處理過程，最后由單片機對采樣值進行回波識別并計算出車位檢測結(jié)果。
在超聲波測距的放大電路中，采用了兩級放大電路第一級放大電路的放大倍數(shù)固定為50；而第二級放大電路是數(shù)控放大器，其放大倍數(shù)在ATmega128L的控制下可以動態(tài)調(diào)節(jié)。
經(jīng)過兩級放大的信號，通過D7，C49和R49構(gòu)成的包絡(luò)檢波電路后，將形成超聲波反射信號的包絡(luò)。在本實施例的實現(xiàn)中，使用了ATmega128L的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器對超聲波信號的包絡(luò)進行采樣。最后，ATmega128L對信號包絡(luò)的采樣值進行分析計算出車位檢測的結(jié)果。
權(quán)利要求1.一種用于檢測車位的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備，其特征在于，包括依次連接的超聲波接收換能器、接收放大電路、單片機、發(fā)射升幅電路和超聲波發(fā)射換能器，以及和單片機相連的無線通信電路。
2.如權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備，其特征在于，所述的接收放大電路和發(fā)射升幅電路位于一超聲波電路板上，所述的單片機和無線通信電路位于一控制電路板上。
3.如權(quán)利要求2所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備，其特征在于，所述的超聲波電路板和控制電路板之間通過接插件連接。
4.如權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備，其特征在于，所述的接收放大電路包括兩級放大電路，第一級放大電路的放大倍數(shù)是固定的，第二級放大電路采用數(shù)控放大器。
專利摘要一種用于檢測車位的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備，包括超聲波接收換能器1、超聲波發(fā)射換能器2、接收放大電路3、單片機4、發(fā)射升幅電路5、無線通信電路6。該設(shè)備采用超聲波測距技術(shù)對車位狀態(tài)進行檢測。在車位檢測中，通過對超聲波回波信號進行采樣，并使用單片機分析采樣值來判斷車位的使用狀態(tài)，能夠有效提高車位檢測的準確率。該設(shè)備通過無線通信方式使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，將車位狀態(tài)信息發(fā)送到車位管理中心。與現(xiàn)有超聲波車位檢測設(shè)備相比，該設(shè)備具有車位檢測準確率高，在實施中不需要布線的優(yōu)點。
文檔編號H04B1/38GK2929860SQ200620023060
公開日2007年8月1日 申請日期2006年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月9日
發(fā)明者孫利民, 羅政軍, 朱紅松, 柯欣, 劉俊濤 申請人:中國科學院軟件研究所