基于NB-IoT的车辆检测器在智能停车场的应用

朱旭东

摘 要：文中将目前物联网领域最新的NB-IoT（窄带物联网）技术应用于智能停车检测系统，把其与现有的超声波传感器和地磁传感器相结合，设计一款车辆检测器，并在此基础上开发一套智能停车软件系统，主要针对现有室外停车场的智能化改造而设计。该方案解决了室外停车场布线困难，维护成本高的问题，并在智慧交通、智慧小区、智能停车等领域有着广泛的应用前景。

关键词：NB-IoT;车辆检测器;智能停车场;超声波传感器;物联网;地磁传感器

中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：2095-1302（2020）04-00-03

0 引 言

随着智慧城市、大数据时代以及“互联网+”时代的到来，中国现代经济的飞速发展，生活水平的不断提高，小汽车的保有量持续增长，有车一族正饱受着“停车难”等问题的折磨。智能停车场的概念已经在我国各大小城市悄然兴起，车辆检测器作为交通信息采集的一个重要组成部分，越来越受到业内人士的关注。车辆检测器以机动车辆为检测目标，检测车辆的通过或存在状况等数据，为智能交通控制系统提供足够的信息以便进行最优的控制。针对智能停车场的应用，本文介绍了一种基于NB-IoT的利用地磁、超声波融合检测的车辆检测器，该检测器可以简单、准确、有效地检测、统计进出停车场的汽车数量，根据总停车位数量可以计算出剩余停车位的数量。

1 基本思路

本文介绍的产品主要针对在城市生活中的商场、医院、小区及路边的室外停车场和零散停车位管理等存在的问题，因为绝大多数室外停车场都没安装这套系统，所以不知道是否仍有停车位或者还剩多少个停车位。而很多收费的停车场需要通过管理员人工去巡视才能知道这里是否还有车位，从而决定通行杆是否需要放行，本文系统只要检测到里面有空的车位通行杆就会自动打开放行;另一方面针对免费的停车场即车主不知道的或者在市中心划了很多免费的停车位，如果安装上本文设计的这套系统会方便很多，如人们要出去玩、去市中心等地方可以通过手机实时地知道周边停车位的空余、免费车辆的数据来决定是否选择开车还是坐公交到达目的地。

本文主要分为两部分：一部分是通过对安装在停车位的基于NB-IoT的地磁与超声复合式检测器进行对是否有可用车位的检测;另一部分开发了一套智能化的停车管理软件系统，可以实时显示空闲停车场以及停车场的空余情况，能让用户通过APP方便地查找车位信息。

2 基于NB-IoT检测器硬件设计

基于NB-IoT的地磁超声波检测是一种新型的车辆检测技术，硬件框图如图1所示。

系统硬件组成主要有地磁传感器HMC5983和超声波传感器。将检测的数据传入MCU模块，通过NB-IoT通信模块与网关进行数据交换，网关把相关监测数据传入上位机，数据存入后台管理系统。

（1）地磁检测的实现

本方案使用的地磁传感器为HMC5983，用该传感器来测量磁场强度。HMC5983的系统流程如图2所示。

由于传感器本身为成熟的产品，其存在检测误差及温度变化等因素，即使外部条件都很稳定的情况下也存在一定的误差，所以需采用滤波算法处理采集到的外部的磁场监测数据，在实践过程中发现可以采用一阶滤波算法或卡尔曼滤波算法來进行相关数据处理。

（2）超声波检测的实现

超声波传感器的测量值距离也必须通过滤波算法计算之后才能得到稳定的距离值，一般在实际使用中都是采用递推滤波算法。超声波检测距离的范围值一般在0.2～2 m，如果超出该范围，距离无法检测。其系统原理框图如图3所示。

（3）进出车库系统

为了跟踪车库门中的车辆数量，使用PLC的计数功能，该计数功能完全由PLC的内部功能实现。假设GARAGE中的车辆最大数量为20，则达到最大数量，并在售票机上点亮“GARAGE FULL”标志，以提醒需要停车的驾驶员。再通过在扶手上装载传感器的方法，扶手在视觉传感器动作之后等待2 s才会缓慢下降。以此来保证所停车与用户的安全距离，也可避免其他车辆经过而导致扶手的错误升降。

为了保证栏杆抬起时竖直，栏杆水平放下去放平，栏杆的位置需要通过传感器进行检测，保证车库正常运行和车辆进出库的安全。进出车库的传感器位置示意图如图4所示。

车辆进出车库程序流程如图5所示。

（4）软件系统实现

为了方便查找室外停车场和相关停车位置信息，本文开发了一套手机APP。该系统的实现界面如图6所示。

（5）检测器成品

该系统的最终成品如图7所示。

3 结 语

与现有车辆检测器比较来看：现有智能停车系统中的相关检测器种类较多，大部分地下停车场都采用有线部署系统，部署比较麻烦，成本相对较大。而本文的检测系统通过无线连接，在网上查询相关资料了解到市场上也有其他无线结构连接的系统，但基本上是采用ZigBee组网，功耗相对较高，而且ZigBee在外面容易受到外界天气干扰，组网信号差。但本文的检测器是一款基于 NB-IoT 技术的远距离无线地磁传感器，采用先进的地磁和超声波传感器，很好地吸取了两种检测的优点，有效地避免了误判的可能性，能精准实现车位占用检测及停车时间统计等功能，同时将车位占用信息无线传输到云端服务平台，在智慧交通、智慧小区、智能停车等领域有着广泛的应用前景。

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