超聲波車位探測器及停車場車位引導系統的製作方法
2023-05-28 11:19:06
專利名稱：超聲波車位探測器及停車場車位引導系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及交通控制系統，特別是涉及一種超聲波車位探測器及一種停車場車位引導系統。
背景技術：
目前，市場上用於停車場車位檢測的探測器大多採用一個超聲波發射器和一個超聲波接收器組成，在超聲波接收器後邊的解碼部分大都採用現成的集成電路，其使用的局限性較大，尤其在選頻、濾波、信號放大等方面限制頗多。在實際使用中，故障率及出錯率都較大，不能準確的探測到車位，尤其是由於超聲波是機械波，是由機械振動產生的波形，機械振動的幅度直接決定了超聲波的強弱，而材質的硬度又決定了其振幅，溫度對材質的硬度影響很大，所以，溫度對超聲波的強弱影響很大，現有的車位探測器都沒有考濾溫度的影響，在低溫的條件下，誤檢率較高。隨著城市現代化、國際化的發展，城市居民汽車擁有量急劇增加，在擁擠的市區裡汽車與停車位之間的矛盾越來越突出。如何充分利用有限的停車場資源來最大程度滿足車輛的停泊要求，成了當前急需解決的問題。目前停車場車位引導系統存在的問題是系統可管理車位數量規模少，不同停車場之間的車位信息不能有效互通。車主在一個停車場沒有找到合適停車位的情況下，不能很快得知其他最近停車場車位信息。
發明內容
本發明所要解決的技術問題之一是，提供一種超聲波車位探測器，提高探測器在低溫環境下的探測準確率。本發明所要解決的另一技術問題是，提供一種停車場車位引導系統，實現多車場、 多城市間的停車引導。本發明的技術問題之一通過以下技術手段予以解決
一種超聲波車位探測器，包括MCU處理電路、超聲波探頭驅動電路、超聲波探頭、超聲波檢測電路、以及信號分析電路；所述MCU處理電路與所述超聲波探頭驅動電路的驅動信號輸入端連接，所述超聲波探頭驅動電路與所述超聲波探頭連接，所述超聲波檢測電路的信號輸出端與所述信號分析電路的信號輸入端連接；所述信號分析電路包括選頻濾波電路、以及信號放大電路；其中，所述信號放大電路包括信號輸入電路、運算放大器、以及負反饋電路；所述信號輸入電路包括第一電阻R1、第一電容Cl，第一電阻Rl的第一端為待放大信號的信號輸入端(即第一電阻Rl的第一端連接的可以是選頻濾波電路的輸出，在有多級放大電路的情況下頁可以是前一級放大電路的輸出)、第二端與第一電容Cl的第一端連接， 第一電容Cl的第二端與所述運算放大器的反相輸入端連接；所述負反饋電路包括第二電阻R2、第二電容C2，第二電阻R2、第二電容C2的第一端均與所述運算放大器的輸出端連接， 所述第二電阻R2的第二端與所述運算放大器的反相輸入端連接，第二電容C2的第二端與所述第一電容Cl的第一端連接；所述第二電容C2為溫度敏感電容，其電抗值隨溫度下降而變小；所述運算放大器的同相輸入端輸入基準電平。為進一步的提高探測器的準確率，優選採用兩路平行的探頭，兩個探頭只要有一個檢測到車體則表明該車位有車，保證在一路探頭出現故障時，仍能夠保證探測器正常工作。具體方案如下所述超聲波探頭驅動電路包括第一超聲波探頭驅動電路和第二超聲波探頭驅動電路、所述超聲波探頭包括第一超聲波探頭和第二超聲波探頭、所述超聲波檢測電路包括第一超聲波檢測電路和第二超聲波檢測電路，所述第一超聲波探頭驅動電路與所述第一超聲波探頭連接，所述第二超聲波探頭驅動電路與所述第二超聲波探頭連接，所述第一超聲波檢測電路用於檢測所述第一超聲波探頭髮出的超聲波信號，所述第二超聲波探頭用於檢測所述第二超聲波探頭髮出的超聲波信號，所述第一超聲波檢測電路和第二超聲波檢測電路的信號輸出端均與所述信號分析電路的信號輸入端連接。經過大量的對比試驗證明，人、自行車、雜物等進入探測區所反射的超聲波回波信號與車輛反射的超聲波回波信號的脈衝寬度具有明顯區別，前者的脈衝寬度一般小於 500uS，而後者的脈衝寬度一般大於500uS，為了避免車位內的人、雜物、自行車等導致探測器誤檢，所述MCU處理電路包括信號比較模塊，用於判斷信號分析電路傳送的超聲波回波信號脈衝寬度是否達到預定的脈衝寬度值以確定車位是否停有車輛。本發明還提供以下方案以解決上述第二個技術問題
一種停車場車位引導系統，包括信息查詢管理系統、至少一個中央控制設備、以及多個管理單元；所述中央控制設備與所述信息查詢管理系統通過網際網路連接；所述管理單元包括至少一個與所述中央控制設備連接的節點控制器、以及多個與所述節點控制器連接的車位探測器；所述車位探測器為權利要求前述的超聲波車位探測器。優選地，所述信息查詢管理系統包括伺服器、以及車位信息查詢終端，所述伺服器與所述中央控制設備通過網際網路連接，所述車位信息查詢終端與所述伺服器通過網際網路連接；所述車位信息查詢終端用於接收用戶的查詢指令，並根據該查詢指令從伺服器中獲取並顯示相應的車位信息。 優選地，所述管理單元還包括設置在停車場入口、停車場內、或停車場附近的剩餘車位信息顯示屏，所述剩餘車位信息顯示屏與所述中央控制設備連接。優選地，所述管理單元還包括顯示車位是否被預定的車位預定信息顯示屏，該車位預定信息顯示屏與所述節點控制器連接；所述車位信息查詢終端包括車位預定功能模塊，用於接收用戶的預定指令，並通過所述伺服器傳遞給所述中央控制設備，所述中央控制設備將該預定指令傳送給相應的節點控制器，節點控制器根據接收到的預定指令控制被預定車位的車位預定信息顯示屏顯示已被預定的信息。優選地，所述管理單元還包括與所述車位探測器一一對應的指示燈，每個所述指示燈與其對應的探測器連接。本發明與現有技術相比的有益效果本發明的探測器，在信號放大電路的負反饋電路中選用電抗值隨溫度降低而減小的溫度敏感性電容作為交流負反饋電路的電容，在低溫下，由於電容的電抗值下降導致運放器的放大倍數增大，從而放大電路的溫度自檢測及補償；本發明的停車場車位引導系統不但應用了前述的探測器，具有前述的效果，而且還採用「雲計算機」的概念，將不同城市、不同車場的車位信息通過網際網路共享至停車場車位引導系統，解決了現有停車場車位引導系統車位管理數量少的問題；實現了各不同停車場間的信息互通，司機能在一個停車場內快速查詢其它不同停車場的車位信息。
圖1是本發明具體實施方式
的停車場車位引導系統的系統框圖； 圖2是圖1停車場車位引導系統的信息查詢管理系統的系統框圖； 圖3是圖1的車位探測器的結構框圖4是圖3的兩個超聲波探頭的安裝位置示意圖； 圖5是圖3的信號分析電路的工作原理； 圖6是圖3的信號分析電路的結構框圖； 圖7是圖6的二級放大電路的電路圖8是車位無車、車位僅有人或雜物、及車位有車時超聲波回波信號的波形對比示意圖。
具體實施例方式下面對照附圖並結合優選具體實施方式
對本發明進行詳細的闡述。本實施例為一種停車場車位引導系統，由信息查詢管理系統、至少一個中央控制設備、以及多個管理單元；中央控制設備與信息查詢管理系統通過網際網路連接；管理單元包括至少一個與中央控制設備連接的節點控制器、以及多個與節點控制器連接的車位探測
ο如圖1、圖2所示，信息查詢管理系統由伺服器、車位信息查詢終端、以及定位器組成，該伺服器與管理單元的中央控制設備通過網際網路連接，接收中央控制設備傳送的車位信息；車位信息查詢終端根據實際需要安裝在道路、街道、停車場等場所，通過網際網路與伺服器連接，車位信息查詢終端包括查詢指令輸入裝置；該終端用於接收用戶的查詢指令，並根據用戶(司機)的查詢指令從伺服器獲取並顯示用戶所需要的車位信息；定位器與伺服器通過網際網路連接，其可以內嵌在查詢終端中，也可以獨立設置，該定位器主要用於幫助司機在陌生的環境中迅速定位自己所在的位置，定位器上安裝有讀卡器，司機用與該讀卡器相匹配的卡刷卡後定位器自動顯示司機所在地的位置信息。如圖1所示，一個信息查詢管理系統可對應多個中央控制設備，每個中央控制設備對應一個管理單元，該管理單元可包括多個節點控制器、多個泊車引導裝置、若干剩餘車位顯示屏，每個節點控制器對應多個車位探測器以及指示燈；車位探測器與停車場內的每個車位一一對應，其通過485總線與對應的節點控制器連接，將探測到的車位信息通過485 總線傳遞給節點控制器；節點控制器通過CAN總線與中央控制設備連接，用於將其接收到的車位信息傳遞給中央控制設備；中央控制設備與信息查詢管理系統通過網際網路連接，用於將其對應區域範圍的車位信息傳遞給信息查詢管理系統。本實施例的停車場車位引導系統還設有與探測器一一對應多個指示燈，該指示燈與其對應的探測器連接，探測器將其探測到的車位信息傳遞給節點控制器的同時也傳遞給與之連接的指示燈，指示燈通過亮/ 滅或不同的發光顏色來顯示探測結果，該指示燈兼具照明和車位指引作用，目的在於方便司機通過該指示燈遠距離觀察車位是否已停有車輛；泊車引導裝置安裝在停車場的轉彎處，其與停車場內的節點控制器連接，接收節點控制器傳送的車位信息，並根據接收到的車位信息將司機指引至空閒的停車位，該泊車引導裝置可以是引導屏或引導指示燈；剩餘車位信息顯示屏設置在停車場入口、停車場內、或停車場附近，其與中央控制設備通過CAN或 485總線連接，用於顯示某一車場或某一區域內多個車場的剩餘車位信息。本實施例的停車場車位引導系統還包括與車位一一對應的車位預定信息顯示屏， 該車位預定信息顯示屏與節點控制器連接，所述車位信息查詢終端包括車位預定功能模塊，司機可以通過車位信息查詢終端預定指定的車位，車位信息查詢終端接收到司機的預定指令後，通過伺服器傳遞給中央控制設備，中央控制設備通過節點控制器控制被預定車位的車位預定信息顯示屏顯示車位已被預定的信息。上述中央控制設備的覆蓋區域可根據實際需要進行選擇，對於擁有上千車位的大型停車場而言，可獨立設置一個中央控制設備，而對於規模較小的車廠，則相鄰的多個車場可共用中央控制設備，中央控制設備之間也可以通過TCP/IP、CAN,485等總線連接。如圖3所示，為本實施例的車位探測器包括MCU處理電路、超聲波探頭驅動電路、 超聲波探頭、超聲波檢測電路、以及信號分析電路，其中超聲波探頭驅動電路包括第一超聲波探頭驅動電路和第二超聲波探頭驅動電路，超聲波探頭包括第一超聲波探頭和第二超聲波探頭，超聲波檢測電路包括第一超聲波檢測電路和第二超聲波檢測電路；第一超聲波探頭驅動電路和第二超聲波探頭驅動電路的控制信號輸入端均與MCU處理電路連接，第一超聲波探頭驅動電路與第一超聲波探頭連接，第二超聲波探頭驅動電路與第二超聲波探頭連接，第一超聲波檢測電路用於檢測第一超聲波探頭髮出的超聲波的回波信號，第二超聲波檢測電路用於檢測所述第二超聲波探頭髮出的超聲波的回波信號，所述第一超聲波檢測電路和第二超聲波檢測電路的信號輸出端均與所述信號分析電路的信號輸入端連接。如圖4 所示，兩個超聲波探頭分別安裝在一個車位不同的方位點，本實施例中，第一超聲波探頭1 和第二超聲波探頭2均設置車位中間位置附近。上述超聲波車位探測器的工作流程為MCU處理電路產生的超聲波驅動信號交互的發送給兩個超聲波探頭驅動電路，超聲波探頭驅動電路接收到信號後驅動超聲波探頭產生超聲波，超聲波碰到障礙物後被反射形成超聲波回波，兩個超聲波檢測電路分別用於檢測對應的超聲波回波信號，並將信號傳輸給信號分析電路，信號分析電路對接收到的超聲波回波信號進行選頻、濾波、放大、模數轉換等處理後發送給MCU處理電路，MCU處理電路根據接收到的超聲波回波信號進行處理計算後判斷車位是否停有車輛，並將該信息發送給節點控制器。由於超聲波為機械波，超聲波探頭在低溫下所產生的超聲波信號會變得很弱，是常溫下的50%甚至更低，因此本發明還對信號分析電路進行改進，以保證低溫環境下探測器的準確率，如圖5所示，為信號分析電路的工作原理圖。如圖6所示，本實施例的信號分析電路的電路框圖，其包括依次相連的選頻濾波與初級放大電路，二、三級放大電路，濾波電路，以及A/D轉換電路。如圖7所示，本實施例的二級放大電路包括信號輸入電路、運算放大器、以及負反饋電路；信號輸入電路包括第一電阻R1、第一電容Cl，第一電阻Rl的第一端與選頻濾波及初級放大電路的信號輸出端連接、第二端與第一電容Cl的第一端連接，第一電容Cl的第二端與所述運算放大器的反相輸入端連接；所述負反饋電路包括第二電阻R2、第二電容C2， 第二電阻R2、第二電容C2的第一端均與運算放大器的輸出端連接，第二電阻R2的第二端與運算放大器的反相輸入端連接，第二電容C2的第二端與所述第一電容Cl的第一端連接；本實施例的二級放大電路還包括第三電阻R3，其一端與第一電容Cl的第一端連接、另一端接地。上述電路中，第二電容C2為溫度敏感電容，其電抗值隨溫度下降而變小，本實施例的第二電容C2在低溫下，電抗值變小20% ；所述運算放大器的同相輸入端輸入基準電平Vcc。該放大電路溫度補償的工作原理是當探測器周圍環境的溫度降低時，第二電容 C2的電抗值下降，導致第二電容C2所構成負反饋電流值變小，使得運算放大器的反向輸入端的輸入減小，從而導致運算放大器的放大倍數增大。本發明利用放大電路進行溫度自檢測及補償的技術思路是將負反饋電路中的電容改為電抗值隨溫度下降而變小的電容，而對於具體應用中分析電路的放大電路採用單級放大電路、兩級放大電路還是多級放大電路可根據實際需要進行選擇，只要其中的一級或多級放大電路採用前述的技術方案，便能夠實現本發明的目的，本發明不局限於本實施例的方案。超聲波探測器是通過對超聲波的回波信號的分析計算得出車位是否有車，而如果車位中有人、自行車或雜物，均可能影響到超聲波回波信號，從而導致探測器檢測錯誤。但如圖8所示(圖中三個波形圖的第一個脈衝均為超聲波探頭髮出的超聲波所形成的脈衝， 第二個脈衝均為超聲波回波所形成的波形)，經過大量的對比試驗證明人、自行車、雜物等進入探測區反射產生的回波信號與汽車進入探測區反射產生的回波信號的脈衝寬度具有明顯區別，前者的脈衝寬度一般小於500uS，而後者的脈衝寬度一般大於500uS，為了避免車位內的人、雜物、自行車等導致探測器誤檢，本實施例的MCU處理電路包括信號比較模塊，用於判斷信號分析電路傳送的超聲波回波信號的脈衝寬度是否達到預定的脈衝寬度值以確定車位是否停有車輛，若脈衝寬度值大於500uS則表示有車，否則無車。以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬技術領域的技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干等同替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應當視為屬於本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種超聲波車位探測器，包括MCU處理電路、超聲波探頭驅動電路、超聲波探頭、超聲波檢測電路、以及信號分析電路；所述MCU處理電路與所述超聲波探頭驅動電路的驅動信號輸入端連接，所述超聲波探頭驅動電路與所述超聲波探頭連接，所述超聲波檢測電路的信號輸出端與所述信號分析電路的信號輸入端連接；所述信號分析電路包括選頻濾波電路、以及信號放大電路；其特徵在於所述信號放大電路包括信號輸入電路、運算放大器、以及負反饋電路；所述信號輸入電路包括第一電阻(R1)、第一電容(Cl)，第一電阻(Rl)的第一端為待放大信號的信號輸入端、第二端與第一電容(Cl)的第一端連接，第一電容(Cl)的第二端與所述運算放大器的反相輸入端連接；所述負反饋電路包括第二電阻(R2)、第二電容(C2)，第二電阻(R2)、第二電容(C2)的第一端均與所述運算放大器的輸出端連接，所述第二電阻(R2)的第二端與所述運算放大器的反相輸入端連接，第二電容(C2)的第二端與所述第一電容(Cl)的第一端連接；其中，所述第二電容(C2)為溫度敏感電容，其電抗值隨溫度下降而變小；所述運算放大器的同相輸入端輸入基準電平。
2.根據權利要求1所述的超聲波車位探測器，其特徵在於所述負反饋電路還包括第三電阻(R3)，所述第三電阻(R3)的一端與所述第二電阻(R2)的第二端連接、另一端接地。
3.根據權利要求1所述的超聲波車位探測器，其特徵在於所述超聲波探頭驅動電路包括第一超聲波探頭驅動電路和第二超聲波探頭驅動電路、所述超聲波探頭包括第一超聲波探頭和第二超聲波探頭、所述超聲波檢測電路包括第一超聲波檢測電路和第二超聲波檢測電路，所述第一超聲波探頭驅動電路與所述第一超聲波探頭連接，所述第二超聲波探頭驅動電路與所述第二超聲波探頭連接，所述第一超聲波檢測電路用於檢測所述第一超聲波探頭髮出的超聲波的回波信號，所述第二超聲波檢測電路用於檢測所述第二超聲波探頭髮出的超聲波的回波信號，所述第一超聲波檢測電路和第二超聲波檢測電路的信號輸出端均與所述信號分析電路的信號輸入端連接。
4.根據權利要求1所述的超聲波車位探測器，其特徵在於所述MCU處理電路包括信號比較模塊，用於判斷信號分析電路傳送的超聲波回波信號的脈衝寬度是否達到預定的脈衝寬度值以確定車位是否停有車輛。
5.根據權利要求1所述的超聲波車位探測器，其特徵在於所述預定的脈衝寬度值為 500uS。
6.一種停車場車位引導系統，其特徵在於包括信息查詢管理系統、至少一個中央控制設備、以及多個管理單元；所述中央控制設備與所述信息查詢管理系統通過網際網路連接；所述管理單元包括至少一個與所述中央控制設備連接的節點控制器、以及多個與所述節點控制器連接的車位探測器；所述車位探測器為權利要求1至5任意一項所述的超聲波車位探測器。
7.根據權利要求6所述的停車場車位引導系統，其特徵在於所述信息查詢管理系統包括伺服器、以及車位信息查詢終端，所述伺服器與所述中央控制設備通過網際網路連接，所述車位信息查詢終端與所述伺服器通過網際網路連接；所述車位信息查詢終端用於接收用戶的查詢指令，並根據該查詢指令從伺服器中獲取並顯示相應的車位信息。
8.根據權利要求6所述的停車場車位引導系統，其特徵在於所述管理單元還包括設置在停車場入口、停車場內、或停車場附近的剩餘車位信息顯示屏，所述剩餘車位信息顯示屏與所述中央控制設備連接。
9.根據權利要求6所述的停車場車位引導系統，其特徵在於所述管理單元還包括顯示車位是否被預定的車位預定信息顯示屏，該車位預定信息顯示屏與所述節點控制器連接；所述車位信息查詢終端包括車位預定功能模塊，用於接收用戶的預定指令，並通過所述伺服器傳遞給所述中央控制設備，所述中央控制設備將該預定指令傳送給相應的節點控制器，節點控制器根據接收到的預定指令控制被預定車位的車位預定信息顯示屏顯示車位已被預定的信息。
10.根據權利要求6所述的停車場車位引導系統，其特徵在於所述管理單元還包括與所述車位探測器一一對應的指示燈，每個所述指示燈與其對應的探測器連接。
全文摘要
本發明公開了一種超聲波車位探測器及一種停車場車位引導系統，所述超聲波探測器包括MCU處理電路、超聲波探頭驅動電路、超聲波探頭、超聲波檢測電路、以及信號分析電路，其中分析電路中包括信號放大電路，該放大電路中的交流負反饋的電容的電抗值隨溫度的降低而減小，從而在溫度降低時能夠自動增大放大電路的放大倍數，從而實現溫度自檢測與補償。所述停車場車位引導系統採用了上述車位探測器。本發明與現有技術相比的有益效果包括提高了探測器在低溫環境下的準確率，實現了不同停車場間的信息互通。
文檔編號G08G1/14GK102289950SQ20111023458
公開日2011年12月21日 申請日期2011年8月16日 優先權日2011年8月16日
發明者唐健, 石木生 申請人:深圳市捷順科技實業股份有限公司