中图分类 号 ：Ｔ ３ ３ Ｐ ９ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０－ ７７ ２ １ ）１０ ４ －３ ０ ０９ ８ （０ ２ ０－ １３４ － － ３
Ｄｅ ｉ ｎ ａ ｄ ｒ ａ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｉ ｆｗｉ ｅｅ ｓ ｐ ｒ ｉ ｇ ｌ ｔ ｄ ｔ ｃ ｏ ｓｇ ｎ ｅ ｌｚ ｔｏ ｆａ ｋ ｎｄ ｏ ｒ ｌｓ ａ ｋ ｎ ｏ ｅ ｅ ｔ ｒ
场 内的车位的精细诱导需求 日益 明显 ， 因此 ， 出现 了很 多实
时车位监 控方 案 ， 中 ， 过地磁 检测 、 其 通 无线传 感器 网络 协 作感 知 、 实时 车位采 集系统 的优势 日益 明显。无线 传感 器 网络有 布设灵 活 、 功耗 、 低 反应灵 敏等特 点 ， 比传 统 的超 相 声波 定位 功耗大 、 布设 繁琐 、 虚报误报有很大 的优势 。本 文 基 于无线 传感 器网络技术提 出了一种在线实 时车位检测 的 解决 方案和系统实现技术 ， 并成功应用于商业停车场 。
ｌ４ ４
２ 车位检 测器硬件设计
传 感 器 与 微 系 统
第３ ｌ卷
向的磁 敏 ， 为汽 车停 在检 测器 的正上 方 ， 因 ｚ轴反应 最 灵 敏 ， Ｘ，， 而 ＇ 轴相对反应 变化不 大。磁 传感器 芯片和单 片机
如 图 ２所示 ， 车位检测 器 由微 处理器 、 频模 块 、 射 电源
Ｓ ａ ｇ ａ ２ ０ ５ ， ｈｎ ） ｈ ｎ ｉ ０ ００ Ｃ ｉａ ｈ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｔ ｅ ｃ ｒｅ ｔｐ ｏ ｌｍ ｆｐ ｒ ｉｇ ｌ ｔ ｄ ｔｃｏ ｓａ ａｙ ｅ ． ｉ ｄ ｏ ｅｅ ｔｒｗ ｉｈ ｉ ｂ ｓ ｄ ｏ ｉ ｌ ｓ ｈ ｕ ｒ ｎ ｒ ｂ ｅ ｏ ａ ｋ ｎ ｏｓ ｅｅ ｔｒｉ ｎ ｌｚ ｄ Ａ ｋｎ ｆ ｔｃｏ ｈ ｃ ｓ ａ ｅ ｎ ｗ ｒ ｅ ｓ ｄ ｅ
器的频段 ， 因此 ， 最后选择 ４ ０ ｚ 段。芯片电压范 围为 ７ 频 ＭＨ
大辐射方向沿螺旋轴方向的圆极化 天线 ， 为轴螺 旋天线 。 称
由于检测器的体积很 小 ， 直径只有 １ 因此 ， ５ ｍ， ｃ 不可能选用 直径很大 的轴 向螺旋天线 ， 向螺旋天线是最好的选择 。 法 ３ ２ 仿 真设 计 ． 仿真软件使用美 国 Ａ ｓｆ公 司的 Ｈ Ｓ ｎｏ ｌ Ｆ Ｓ软件 ， Ｆ Ｓ是 ＨＳ 基于 电磁场有限元方法 （ Ｅ 分析微波工程问题 的三维 电 Ｆ Ｍ） 磁仿真软件 。Ｈ Ｓ Ｆ Ｓ具 有 仿真 精度 高 靠快 捷 的仿 真 速 可 度， 方便 易用 的操作 界面 和稳定成 熟 的 自适 应 网络剖分 技
图 ２ 车 位 检 测 器硬 件 结构
Ｆｉ Ｈａ ｄ ｒ ｒ ｈ ｔ ｃｕｒ ｉ ｇ ａ ｆ ｐ ｒ ｉ ｇ ｌ ｔｄ ｔ ｃ ｏ ｇ２ ｒ ｗａ ｅ ａ ｃ ｉｅ ｔ ｅ ｄ ａ ｒ ｍ ｏ ａ ｋ ｎ ｏ ｅ ｅ ｔ ｒ
图 ３ 磁 传 感 器 硬 件 设计 图
２ ３— ． Ｖ， ． ３ ６ 可编程输 出功率为 － ０－ ３ｄ ｍ， ｋｐ Ｓ ２ ６ Ｂ ｌ ｂ ｓ Ｋ调 Ｆ
制接收灵敏度 为 －１ ９ Ｂ 接 收模式 电流为 １ ． Ａ， １ ｍ， ｄ ７６ ｍ 发 射模式 １ Ｂ ０ ｍ输 出功率 电流 为 ２ Ａ， ｄ ｌ ｍ 器件 关断 电流小 于
２ 时 １ ０ Ｖ 电 流 可 以达 到 １ ０ ５ｑ ｃ ３ ｍ ５ 选 用 ４ ５Ｖ 电 压 电 ｍＡ， ．
安装 ， 而且 ， 汽车停 在检测器 上面会 对无 线信号产 生遮挡 ，
池， 单片机可 以工作在 １８ ． Ｖ。
３ 天 线 设 计
另外 ， 停车场内多混凝 土墙壁 和柱子 ， 使信号 的反射和折射
Ｆ ｇ ３ Ｈａ ｄ ｒ ｅ ｉ ｎ ｄ ａ ｒ ｍ ｆ ｍａ ｎ ｔ ｅ ｅ ｄ ｎ ｅ ｏ ｉ ｒ ｗａ ｅ ｄ ｓ ｇ ｉ ｇ ａ ｏ ｇ ｅ ｏ ｄ ｐ ｎ ｅ ｔｓ ｎｓ ｒ
２ １ 射 频模 块 ． 射频 模块负责 检测器节 点的数据 收发 ， 设计采 用的 本
摘
要 ：分析 了现有有线超声波 车位 检测 器存 在的问题 ， 在此基础上 ， 提出 了一种基于无线射频技术的车
位检测器 ， 并详细描述了系统原理 、 硬件设 计和具 体实 现细节 。无线 车位检 测器 构成一 个无线 传感器 网
络， 可以实时地监测车位 占用情况 。该检测器有安装方便 ， 安全可靠 ， 价格便宜等优点 。 关键词 ：车位检测器 ；无线传感器 网络 ； 传感 器 ； 磁 螺旋天线
０ 引 言
网关服务器把车位 占用 情况存人嵌 入式数 据库 ， 车场管 停 理终端通过以太网访 问嵌 入式数据 库 ， 完成车位信 息的更 新， 同时网关服务器会 把车位 变化数据 通过 以太 网传送 给
各个 Ｌ Ｄ显示屏 。 Ｅ
中国进入 汽车时代后 ， 大型停 车场相继出现 ， 于停 车 对
功率更大 ， 灵敏度更高 ， 常适 合这种应用 。Ａ Ｆ ０ ０１适 非 Ｄ ７２ —
用于 ３ ５ ４３ ４ ０ ６５ＭＨ Ｓ 频 段。对 于 频 率 选 择 ， １ ，３ ， ７ ， １ ｚＩＭ
３５ ｚ １ 多用于智能家居 、 ＭＨ 无线遥控钥匙等应用 ；３ Ｈｚ ４ ３Ｍ 多 用于汽车的无 钥系统 ， ２个 频段都 不适合作 为车 位检测 这
１ 系统 总 体 概 述
： ｒ￣ 日ｉ － ｆ ￣ ： ：
图 １ 示 的车位 检测 系统 由４部分 构成 ： ） 所 １ 安装在 停
车场 车位 上的车位检测器和安装于天花板 的路 由节点构成 的 自组织 无线传 感器 网络 ； ） ２ 由无 线射 频模 块 和工 控
：
—
２４ ．
电 源 模 块
是 Ａ Ｉ 司的无线射频收发器 Ａ Ｆ０ ０ １ Ｄ公 Ｄ ７ ２ — 。现在 比较流行
的是 ＩＭ ２ ４ Ｈｚ Ｓ ．５Ｇ 频段 的无 线收发器 ， 但本 检测器贴 地面
电源模块采用 Ｔ 公 司的低压差线形稳压器 Ｔ Ｓ７２ ． Ｉ Ｐ ７２ ８ Ｌ Ｏ稳定输 出在 ２ ８ 关断 电流为 ｌ Ｄ ． Ｖ， Ａ， 最低输 出电压在
：
—
：
终
机组成 的停 车场 网关服 务器 ； ） Ｐ ３ 由 Ｃ机组 成 的停 车场 管
理终端 ， 用于管理停 车场的 车位使用 情况 和监控设 备运 行
状态 ；） ４ 安装在停车场 天花 板下 的 Ｌ Ｄ显示 屏 ， 于显示 Ｅ 用
停车
停车 场剩余 车位的显示 情况 。数 据传输采 用 主动方 式 ， 传 感 网采集车位占用与否数据无线发送给停车场 网关服务器 ，
噪声 干扰很大 ， 必须选用绕射能力强和 穿透距离远 的方 案 ， ２ ４ Ｈ 在穿透能力和传输距离方面都不如 ｌ Ｈ 频率 以 ．５ ｚ Ｇ ｚ Ｇ
下的收发器 ，Ｄ 公司的 Ａ Ｆ ０ ０１相 比同类型芯 片 ， ＡＩ Ｄ ７２ — 发射
３ １ 天 线 的选择 ． 由于系统采 用 ４ ０ＭＨ ７ ｚ的频 段传 输 ， 电磁 波 的波 长 可
Ｋｅ ｒ ｓ ａｋ ｇｌ ｅ ｃ ｒ ｗｒｌｓ ｓｎｏ ｅ ｏｋ （ Ｎ ） ｍ ｇｅ —ｅｅｄｎ ｎｏ； ｅｃｌ ｎｅｎ ｙｗｏｄ ：ｐｒｉ ｔ ｔ ｔ ； ｉ ｅｓ ｅｓｒ ｔ ｒｓＷＳ ｓ ； ａｎｔ ｄｐ ｎｅ ｔｅ ｓｒ ｈｌ ａ ａｔｎａ ｎ ｏｄｅｏ ｅ ｎｗ ｏ ｓ ｉ
模块 、 传感器模块 构成 。微 处理器 定时查 询传感 器模块 状 态， 如果传感 器检 测值超 出门限， 即打开射频模块发 射传感 器数值 到传感 网中。电源模块负责提供一个稳定 的 电压给 微处理器 和射频模块 ， 在适 当的时候关 闭一些模块 ， 使整个
系统进入低功耗状态 。
低 压 差 线 形 稳 压 器
ＬＩＰｅ ｇ ｙ ＿ ＯＮＧ — ｉｎ ｎ ． ｕ ，．Ｌ Ｈｕ ｑ ａ ｇ
（ ． ｈ ｎ ｈ ｉ ｉｏＴ ｎ ｉｅｓｙ，ｈ ｎ ｈ ０２ ０ Ｃ ｉａ １ Ｓ ａ ｇ ａ Ｊａ ｏｇＵｎｖｒｉ Ｓ ａｇ ａ ２ ０ ４ ， ｈｎ ； ｔ ｉ
２ Ｓ ａ ｇ ａ ｎ ｔｔ ｔ ｆＭ ｉｒ ｓ ｓｅ ａ ｄ Ｉ ｆ ｒ ｔ ｎ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ， ｉ ｅ ｅ Ａｃ ｄ ｍｙ ｏ ｃｅ ｃ ｓ ． ｈ ｎ ｈ ｉ ｓｉ ｅ ｏ ｃ ｏ ｙ ｔ ｍ ｎ ｎ ｏ ｍａ ｉ ｃ ｎ ｌ ｇ Ｃｈ ｎ ｓ ａ ｅ ｆＳ ｉｎ ｅ ， Ｉ ｕ ｏ
以达到 ６ ． 这样半波振子天线和微带贴 片天线都不适 ３８ｃ ｍ， 合这种应用 ， 比较常见的选 择是螺旋 天线 ， 由于直径 Ｄ的大 小螺旋天线分成 ２种 ， ／ Ｄ Ａ＜０ １ ． ８时 ， 旋天 线 为慢 波结 螺
构， 为法 向螺旋天线 ， Ｄ Ａ为 ０ ５～ ．６时 ， 当 ／ ． ０４ 天线 的最
ｌ 。考 虑到传输 的可靠性 和低 功耗设 计 ， 用 Ｆ Ｋｌ 调 Ａ 采 Ｓ ３
制 ，７ ＭＨ ， ４ ０ ｚ数据率为 ９ ０ ｐ ， ６ ０ ｓ发射功率为 １ Ｂ ｂ ３ｄ ｍ。
２ ２ 处 理 器 模 块 ．
处理器采用 Ｔ 公司 的 Ｍ Ｐ３ＦＸ系列 的低功耗单 片 Ｉ Ｓ４０Ｓ
２１ ０ ２年 第 ３ ｌ卷 第 ｌ期
传 感器与微系统 （ ｒｎｄｃｒ ｎ ｃｏｙｔｍ Ｔ ｃｎｌｇ ｓ Ｔａｓｕｅ ｄＭｉ ｓｓ ｅｈ ｏ ｉ ） ａ ｒ ｅ ｏｅ
１３ ４
一
种停 车 场 无 线 车 位 检 测 器 设 计 与 实现
李 鹏 宇 ， 沪 强 龙
（． １ 上海 交通大学 ， 上海 ２０ ４ ０ ２０； ２ 中国科学院 上海微 系统与信息技术研究所 ， ．
Ｆ ｇ １ Ｄｉ ｇ ａ ｏ ｒ ｉ ｇ ｌ ｔｄｅｅ ｔｎ ｙ ｔ ｍ ｉ ａ ｒ ｍ ｆｐａ ｋ ｎ ｏ ｔ ｃ ｉ ｇ ｓ ｓ ｅ
收 稿 日期 ：０ １０ — ５ ２ １＿ ５ １