一種基於無線擴頻通信的遠距離地磁檢測系統的製作方法

2023-12-09 14:58:56 1

本實用新型涉及車輛地磁檢測技術領域，具體是一種基於無線擴頻通信的遠距離地磁檢測系統。

背景技術：

目前，車輛檢測的方式主要有線圈技術、視頻技術、微波雷達技術、還有磁感技術。

線圈技術是以金屬環形線圈埋設於路面下，利用車輛經過線圈區域時因車身鐵材料所造成的電感量的變化來探測車輛的存在。缺點是安裝與維修因為需要中斷交通、破壞路面而變得很複雜，加上車輛重壓等因素導致壽命不長，因而維護成本很高。與交通信號燈控制系統兼容性很好，但是與基於其它技術的交通信息採集系統的兼容性較差。目前常規的線圈交通信息檢測系統信息傳輸採用的是輪循，而基於其它技術的系統主要採用的是主動上報的方式。

視頻技術是使用計算機視頻技術檢測交通信息，通過視頻攝像頭和計算機模仿人眼的功能，在視頻範圍內劃定虛擬線圈，車輛進入檢測區域使背景灰度發生變化，從而感知車輛的存在.該探測技術可測車速，車流量，佔有率等基本交通信息參數，但是難以實現很多車道同時探測。因為需要正向安裝L型橫梁上而使得安裝與維修變得很複雜。而且技術不是很成熟，需要克服外界條件的影響。

微波雷達技術是利用雷達天線發射出電磁波，當有車輛經過時，則會將波反射回來，再由雷達檢測器接收並計算處理，不同車道由於其目標反射距離不同而導致回波信號不同，從而能同時檢測多車位的信息。缺點是功耗過高，投資相對較高，不適合

磁感技術是基於車輛本身含有的鐵磁物質會對車輛存在區域的地磁信號產生影響，使車輛存在區域的地球磁力線發生彎曲。當車輛經過傳感器附近，傳感器能夠靈敏感知到信號的變化，經信號分析就可以得到檢測目標的相關信息。缺點是在長期停車的情況下，地磁數據很容易受到幹擾造成數據不準確。

針對目前的車輛檢測手段，都存在一些不足，但是採用多種檢測的方法可以很大的提高檢測的準確性，彌補單一檢測的不足。

有線探測方法，需要對現有停車場進行大規模改動然後施工布線，成本比較高。WSN的技術日漸成熟也讓車輛檢測技術更加智能、方便、小型化，為地磁車輛檢測傳感和傳輸解決「最後一公裡」起了重要的架構。頻率範圍433.05-434.79MHz和2.4-2.5GHz屬於國內免許可的ISM(工業、科學和醫學)開放頻段，使用這些頻段是不需要向當地的無線電管理申請授權的，因此這兩個段頻段得到了廣泛使用。目前國際和國內對於無線地磁車位檢測器的低速無線傳感網絡主要有兩大陣營，分別是基於2.4GHz的Zigbee無線傳感網和基於FSK傳感方式的433MHz無線傳感網絡。無線車輛檢測接收機接收器(網關)到無線地磁車輛發送的信息，再通過無線或乙太網上傳到控制中心。無線檢測接收器可接收通信距離範圍內的無線車輛檢測器的信號。

基於Zigbee無線傳感器網絡進行車位檢測，這種實現的方案是在現有的Zigbee無線傳感器網絡基礎上進行二次開發，添加AMR磁阻傳感器然後進行泊車位上的車輛的檢測。基於ZigBee網絡的方法則是一種無線的方法，較之有線的方法安裝靈活方便，但是ZigBee工作2.4GHz頻段，這個頻段與WIFI、藍牙等重合，過於擁擠，尤其容易受到WIFI的幹擾或者是幹擾到WiFi用戶，並且2.4GHz因為波長較短，繞射能力不夠，穿透性不強，在停車場這樣較複雜的室內環境當中通信質量易受影響。大部分工程使用都加中繼來增加通信距離，但這樣增加了整個工程的成本和施工難度，也降低了整個停車車輛檢測無線網的健壯度。

對於停車車位檢測系統來說，地磁檢測器安裝環境特殊，2.4GHZ信號因其繞射能力太差，衰減較大，所以433MHz更適合無線地磁車輛檢測的應用。433MHz比2.4GHz波長長，穿透性更強，更適合較複雜的室外環境。基於FSK的433MHz無線傳輸，目前國內外都沒有穩定的組網協議，現在大多使用透傳方式組網，造成了較大的頻率浪費，使整個組網能力大大降低。整個組網方式不會考慮空間和時間的利用率，犧牲功耗保證數據的傳輸。另外，基於FSK的433MHz的無線傳感網雖然通信距離比2.4GHz的距離遠些，但仍然還是滿足不了實際的應用。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種基於無線擴頻通信的遠距離地磁檢測系統，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本實用新型提供如下技術方案：

一種基於無線擴頻通信的遠距離地磁檢測系統，包括電源管理模塊、CPU控制單元、地磁檢測模塊、高精度實時時鐘模塊和無線擴頻通信模塊；所述電源管理模塊連接至CPU控制單元，且電源管理模塊用於進行CPU控制單元、地磁檢測模塊、高精度實時時鐘模塊和無線擴頻通信模塊之間的電能管控；所述地磁檢測模塊和高精度實時時鐘模塊均通訊連接至CPU控制單元，地磁檢測模塊用於掃描檢測地磁數據，並在地磁數據出現明顯變化時喚醒CPU控制單元，同時將出現明顯變化的地磁數據發送給CPU控制單元；所述高精度實時時鐘模塊用於在地磁數據出現明顯變化時向CPU控制單元發送實時時鐘數據，高精度實時時鐘模塊與地磁檢測模塊一一對應；所述CPU控制單元連接無線擴頻通信模塊，且CPU控制單元通過無線擴頻通信模塊無線通訊連接至接收網關，CPU控制單元對獲取的地磁數據進行處理獲取車位狀態數據，並將車位狀態數據發送至無線擴頻通信模塊，無線擴頻通信模塊將獲取的車位狀態數據上傳至接收網關。

作為本實用新型進一步的方案：所述地磁檢測模塊安裝在車位內，且地磁檢測模塊與車位一一對應。

作為本實用新型再進一步的方案：所述地磁檢測模塊上內嵌有車輛檢測算法模塊和故障自恢復模塊。

作為本實用新型再進一步的方案：所述地磁檢測模塊的掃描頻率為10-100Hz。

作為本實用新型再進一步的方案：所述高精度實時時鐘模塊的實時時鐘數據精確至毫秒；所述高精度實時時鐘模塊嵌入安裝在地磁檢測模塊上。

作為本實用新型再進一步的方案：所述無線擴頻通信模塊包括LORA擴頻晶片，LORA擴頻晶片內置有無線通信協議模塊，且無線通信協議模塊將車位狀態數據以設定好的多個載波進行無線傳輸至接收網關。

作為本實用新型再進一步的方案：所述LORA擴頻晶片上還內置有RSSI值檢測模塊，RSSI值檢測模塊對無線擴頻通信模塊與接收網關之間無線傳輸的RSSI值進行檢測，並將獲取的RSSI值發送給CPU控制單元。

作為本實用新型再進一步的方案：所述高精度實時時鐘模塊通過CPU控制單元和無線擴頻通信模塊連接至接收網關，且高精度實時時鐘模塊與接收網關之間定時進行校時操作。

作為本實用新型再進一步的方案：所述高精度實時時鐘模塊的校時頻率為30-60min/次。

與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：

1、該基於無線擴頻通信的遠距離地磁檢測系統在車輛檢測過程中，將地磁檢測技術和無線微波技術配合使用，通過雙重檢測，提高了檢測的準確性，實用性強；

2、該基於無線擴頻通信的遠距離地磁檢測系統採用無線擴頻通信模塊，其無線擴頻通信模塊的LORA擴頻晶片內置有基於無線擴頻技術低速率的無線通信協議模塊，大幅度提高了檢測節點與數據網關的通信距離；

3、該基於無線擴頻通信的遠距離地磁檢測系統通過設置電源管理模塊，電源管理模塊進行CPU控制單元、地磁檢測模塊、高精度實時時鐘模塊和無線擴頻通信模塊之間的電能管控，節約能源，達到節能環保的目的。

附圖說明

圖1為基於無線擴頻通信的遠距離地磁檢測系統的結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。

請參閱圖1，本實用新型實施例中，一種基於無線擴頻通信的遠距離地磁檢測系統，包括電源管理模塊、CPU控制單元、地磁檢測模塊、高精度實時時鐘模塊和無線擴頻通信模塊；所述電源管理模塊連接至CPU控制單元，且電源管理模塊用於進行CPU控制單元、地磁檢測模塊、高精度實時時鐘模塊和無線擴頻通信模塊之間的電能管控；所述地磁檢測模塊和高精度實時時鐘模塊均通訊連接至CPU控制單元，所述地磁檢測模塊安裝在車位內，且地磁檢測模塊與車位一一對應，地磁檢測模塊用於掃描檢測地磁數據，並在地磁數據出現明顯變化時喚醒CPU控制單元，同時將出現明顯變化的地磁數據發送給CPU控制單元，所述地磁檢測模塊上內嵌有車輛檢測算法模塊和故障自恢復模塊，車輛檢測算法模塊能夠避免相鄰車位之間的幹擾，故障自恢復模塊能夠實現地磁檢測模塊的故障自恢復功能，所述地磁檢測模塊的掃描頻率為10-100Hz；

所述高精度實時時鐘模塊用於在地磁數據出現明顯變化時向CPU控制單元發送實時時鐘數據，高精度實時時鐘模塊的實時時鐘數據精確至毫秒，高精度實時時鐘模塊與地磁檢測模塊一一對應，本實施例中，優選的，所述高精度實時時鐘模塊嵌入安裝在地磁檢測模塊上，在動態交通中，時間的精確嚴重影響其測試結果，本實用新型將高精度實時時鐘模塊嵌入到每個地磁檢測模塊中，從而避免了其它的時間誤差，如網絡延時，主機處理延時等，以給整個系統附以最真實的時間；

所述CPU控制單元連接無線擴頻通信模塊，且CPU控制單元通過無線擴頻通信模塊無線通訊連接至接收網關，CPU控制單元對獲取的地磁數據進行處理獲取車位狀態數據，並將車位狀態數據發送至無線擴頻通信模塊，無線擴頻通信模塊將獲取的車位狀態數據上傳至接收網關，所述無線擴頻通信模塊包括LORA擴頻晶片，LORA擴頻晶片內置有無線通信協議模塊，且無線通信協議模塊將車位狀態數據以設定好的多個載波進行無線傳輸至接收網關，如此設置，即便有個別信道有幹擾，也不會對整個無線傳輸造成太大的影響；

所述LORA擴頻晶片上還內置有RSSI值檢測模塊，RSSI值檢測模塊對無線擴頻通信模塊與接收網關之間無線傳輸的RSSI值進行檢測，並將獲取的RSSI值發送給CPU控制單元，在有車輛駛入時，無線傳輸信號將變差，車輛離開時，無線傳輸信號將變好，利用這一現象，CPU控制單元將根據獲取的RSSI值輔助判斷車位狀態。

所述電源管理模塊的工作方法，步驟如下：

1)地磁檢測模塊處於正常掃描狀態，高精度實時時鐘模塊處於正常計時狀態，CPU控制單元和無線擴頻通信模塊均處於睡眠狀態；

2)地磁檢測模塊的地磁數據是否出現明顯變化，若是，則進行步驟3)，否則返回步驟1)；

3)電源管理模塊喚醒CPU控制單元，CPU控制單元對地磁數據進行處理，判斷車位是否存在車輛進出狀況，若是，則進行步驟4)，否則，返回步驟1)；

4)CPU控制單元喚醒無線擴頻通信模塊，且CPU控制單元通過無線擴頻通信模塊將車位狀態數據發送至接收網關，返回步驟1)。

所述高精度實時時鐘模塊通過CPU控制單元和無線擴頻通信模塊連接至接收網關，且高精度實時時鐘模塊與接收網關之間定時進行校時操作，以保證高精度實時時鐘模塊時間的準確性，本實施例中，優選的，所述高精度實時時鐘模塊的校時頻率為30-60min/次。

本實用新型的工作原理是：所述基於無線擴頻通信的遠距離地磁檢測系統，電源管理模塊用於進行CPU控制單元、地磁檢測模塊、高精度實時時鐘模塊和無線擴頻通信模塊之間的電能管控。在正常狀態下，地磁檢測模塊處於正常掃描狀態，高精度實時時鐘模塊處於正常計時狀態，CPU控制單元和無線擴頻通信模塊均處於睡眠狀態，地磁檢測模塊用於掃描檢測地磁數據，並在地磁數據出現明顯變化時喚醒CPU控制單元，同時將出現明顯變化的地磁數據發送給CPU控制單元，CPU控制單元對獲取的地磁數據進行處理獲取車位狀態數據，並判斷車位是否存在車輛進出狀況，如果存在，則CPU控制單元喚醒無線擴頻通信模塊，並將車位狀態數據發送至無線擴頻通信模塊，無線擴頻通信模塊將獲取的車位狀態數據上傳至接收網關，上傳完畢後，CPU控制單元和無線擴頻通信模塊均恢復至睡眠狀態。另外，RSSI值檢測模塊對無線擴頻通信模塊與接收網關之間無線傳輸的RSSI值進行檢測，並將獲取的RSSI值發送給CPU控制單元，在有車輛駛入時，無線傳輸信號將變差，車輛離開時，無線傳輸信號將變好，利用這一現象，CPU控制單元將根據獲取的RSSI值輔助判斷車位狀態。

所述基於無線擴頻通信的遠距離地磁檢測系統在車輛檢測過程中，將地磁檢測技術和無線微波技術配合使用，通過雙重檢測，提高了檢測的準確性，實用性強；所述基於無線擴頻通信的遠距離地磁檢測系統採用無線擴頻通信模塊，其無線擴頻通信模塊的LORA擴頻晶片內置有基於無線擴頻技術低速率的無線通信協議模塊，大幅度提高了檢測節點與數據網關的通信距離；所述基於無線擴頻通信的遠距離地磁檢測系統通過設置電源管理模塊，電源管理模塊進行CPU控制單元、地磁檢測模塊、高精度實時時鐘模塊和無線擴頻通信模塊之間的電能管控，節約能源，達到節能環保的目的。

對於本領域技術人員而言，顯然本實用新型不限於上述示範性實施例的細節，而且在不背離本實用新型的精神或基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本實用新型。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示範性的，而且是非限制性的，本實用新型的範圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和範圍內的所有變化囊括在本實用新型內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。

此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但並非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。