基于地磁传感和WiFi技术的车位检测传感器节点设计

2016-11-09张胜安士杰王冲

物联网技术 2016年9期

张胜+安士杰+王冲

摘要：随着城市汽车数量的急剧增长，停车问题日益严重，并已成为城市发展过程中的重大问题。为了解决现状，文中设计了一种基于WiFi和地磁传感技术的车位检测传感器节点。该节点利用模块化地磁传感器HMC5883L在有车和无车状态下的数据变化来检测车位状态；利用STC89C52芯片和相应的电路实现低功耗特性；利用ESP-12 WiFi通信模块实现数据的无线传输。阐述了节点软件的主流程，并利用实验验证了该车位检测节点功能的有效性。

关键词：地磁传感器；WiFi技术；车位检测；传感器节点

中图分类号：TN911.7 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）09-00-02

0 引言

随着城市经济快速发展，城市汽车数量急剧增长，停车问题已成为限制城市经济发展的重大问题。车位紧缺是造成停车难的主要原因之一，同时落后的管理也是导致车位利用率低下的原因之一。因此，如何快速准确地寻找到空闲的停车位是当今一个研究热点。

目前，停车场车位检测主要通过视频分析、超声波探测、基于地磁和WiFi的车位检测等方法来完成。在以上三种方法中，前两种为有线探测方法，需要对现有停车场进行大规模布线改造，成本较高。基于地磁传感和WiFi技术的车位检测方法是一种无线方法，较之有线的方法安装灵活且方便[1]。

本文设计了一种新的基于WiFi技术的无线地磁车位检测传感器节点。该传感器节点及路由节点辅以移动终端及车位信息管理App，能够构建集实时查询车位信息、车位预定和车位导航功能于一体的智慧停车诱导系统。

1 系统模型

该系统由无线地磁传感器节点、无线路由节点、网络中心、移动终端及车位管理App构成。无线地磁传感器节点布置于车位下方，利用地磁信息检测当前车位的状态；通过路由节点收集无线地磁传感器节点的数据并将该数据转发给网络中心；网络中心汇总所有车位检测数据并将数据传输到移动终端的App上从而显示给停车用户。

本文着重设计了无线地磁传感器节点，主要从硬件和软件两大部分进行介绍。

2 硬件设计

基于地磁传感和WiFi技术的车位检测传感器节点的硬件结构包括地磁传感器模块、无线WiFi模块、微处理器模块、电源模块[2]。其硬件结构图如图2所示，硬件实物图所示。

（1）地磁传感器模块负责采集地磁信息；

（2）主控器电路负责对地磁传感器模块、WiFi模块等进行初始化设置和相关控制；

（3）WiFi模块在硬件上实现地磁传感器节点和路由节点的无线通信；

（4）电源模块负责电路的电源控制。地磁车位检测的平均电流消耗仅为几十微安，可以使用锂电池供电，一颗2 000 mAh的锂电池可以让地磁车位检测节点使用3年多，节点无需经常更换或充电，大大方便了施工安装和后期的维护[3]。

本文硬件设计主要介绍地磁传感器模块、WiFi模块、微处理器模块这三个部分。

2.1 地磁传感器模块

本文中的地磁传感器模块采用HMC5883L。HMC5883L为一高集成模块化的地磁传感器，尺寸仅为15 mm×13 mm，实物如图4所示。

HMC5883L以高分辨率HMC118X 系列磁阻传感器为核心设计，自带放大器、自动消磁驱动器、偏差校准等霍尼韦尔专利集成电路，具有I2C总线接口。采用霍尼韦尔各向异性磁阻（AMR）技术，可在±8高斯的磁场中实现5毫高斯分辨率，是当前低磁场传感器行业中灵敏度最高和可靠性最好的传感器。

基于车位上方的车辆会对车位周围的地磁场产生扰动，HMC5883L传感器可通过准确检测该扰动来实现车位状态的采集。

2.2 WiFi模块

WiFi模块采用安信可公司基于乐鑫智能互联平台——ESP8266构建的ESP-12模块，实物如图5所示。其成本远低于ZigBee模块，能够有效降低传感器节点的生产成本。该模块为基于通用串行接口且符合网络标准的嵌入式模块，内置TCP/IP协议栈，能够实现用户串口、以太网、无线网（WiFi）三个接口之间的转换[4]。在本节点中，该模块的主要作用是将微处理器的数据转换成WiFi标准的数据类型，通过设置WiFi模块的网络名称、密码、IP、端口号、串口参数等实现车位信息采集装置与WiFi路由器节点或智能手机间的通信。

2.3 微处理器模块

选用STC89C52作为车位信息采集装置的微处理器，STC89C52是由STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8 K系统可编程Flash存储器[5]。其主要作用为通过I2C总线通信协议接收地磁传感器HMC5883L的车位检测数据并处理，将处理结果通过WiFi通讯模块以WiFi无线通讯方式传送给WiFi路由器节点，同时发送至液晶显示模块（备选）显示。也包括对地磁传感器HMC5883L、WiFi模块等初始化设置和相关控制。

3 软件设计

传感器节点软件的主流程如图6所示。主流程为系统初始化，包括初始化主控制器、地磁传感器以及WiFi模块。初始化完成后发出网络搜索指令搜索附近的路由器，待成功加入网络后，采集地磁数据并判断车位状态，如果车位状态无变化则进入休眠状态；若发生变化则将数据发送到路由节点后再休眠。休眠一定时间后重新唤醒，再次检测车位状态。

4 实验结果

我们在小区内选择了4个空车位安置车位检测装置，在局域网范围内进行车位传感器节点功能验证性试验。在试验前设置好网络，当车开入二号车位后，App上显示的结果发生了变化。试验过程如图7所示。

5 结语

本文所设计的车位检测传感器节点具有功耗低、成本低、

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体积小等特点。且本车位检测传感器节点能够对车位变化进行有效检测，具有一定的实用价值和应用前景。

参考文献

[1]王俊，金秀峰，黄继伟.基于433MHz频段的无线地磁车位检测传感器节点设计[J].传感器与微系统，2014，33（10）：47-50.

[2]刘云浩.物联网导论[M].北京：科学出版社，2010：37-38.

[3]陈国林，佘洪波，董金荣，等.一种基于无线传感网的车位检测系统设计[J].单片机与嵌入式系统应用，2015（8）：49-52.

[4]郭中会，孙春志.基于STM32晾衣机器人的设计[J].物联网技术，2015，5（10）：77-79，81.