CN113936473A - 基于自建磁场检测的停车装置、停车***及停车检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种基于自建磁场检测的停车装置、停车***及停车检测方法，基于自建磁场检测的停车装置包括地磁感应模块、脉冲检测模块及控制模块；地磁感应模块用以在休眠模式下监听无环境干扰时的磁场数据以及在工作模式下采集周边环境磁场信号；脉冲检测模块用以在脉冲方波激励信号施加后获取有无车辆底盘金属时的瞬态电压信号；控制模块用以分析所述地磁感应模块采集的磁场数据及所述脉冲检测模块获取的检测信号，根据所述地磁感应模块采集的磁场数据切换休眠模式和工作模式，通过所述地磁感应模块采集的磁场数据及所述脉冲检测模块获取的检测信号对停车位对应状态作出联合判断。本发明提高磁感应线圈式检测装置检测的准确率。
Description
技术领域
本发明属于电子信息技术领域，涉及一种停车装置，尤其涉及一种基于自建磁场检测的停车装置、停车***及停车检测方法。
背景技术
随着我国车辆保有量的增加，“停车难”已经成为大部分城市开车出行的主要问题。此外，很多路边开放式停车位仍然采用人工收费的方法，错收费、漏收费等现象屡见不鲜。实时检测停车状态，实现对停车场的智能管理是解决“停车难”和停车收费最有效的方法。
在现有的停车检测装置中，地磁感应线圈式检测装置应用最为广泛且发展较为成熟，其利用电磁感应原理可直接对车辆通过与否作出判断，但其灵敏度和准确率容易受到环境的影响，出现检测精度低、漏检严重的现象。
有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的停车装置，以便克服现有停车装置存在的上述至少部分缺陷。
发明内容
本发明提供一种基于自建磁场检测的停车装置、停车***及停车检测方法，可提高地磁感应线圈式检测装置检测准确率。
为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，采用如下技术方案：
一种基于自建磁场检测的停车装置，所述基于自建磁场检测的停车装置包括：
地磁感应模块，用以在休眠模式下监听无环境干扰时的磁场数据以及在工作模式下采集周边环境磁场信号；
脉冲检测模块，用以在控制模块施加脉冲方波激励信号后获取有无车辆底盘金属时的瞬态电压信号；
控制模块，分别连接所述地磁感应模块及所述脉冲检测模块，用以施加脉冲方波激励信号，并分析所述地磁感应模块采集的磁场数据及所述脉冲检测模块获取的检测信号，根据所述地磁感应模块采集的磁场数据切换休眠模式和工作模式，通过所述地磁感应模块采集的磁场数据及所述脉冲检测模块获取的检测信号对停车位对应状态作出联合判断。
作为本发明的一种实施方式，所述停车装置还包括通讯模块，用以与服务器或/和外部终端连接；
所述通讯模块为无线通讯模块，所述控制模块通过无线通讯模块与外部处理***进行信号和状态的无线传输。
作为本发明的一种实施方式，所述地磁感应模块包括磁阻传感器，用于检测车辆扰动地磁信号。
作为本发明的一种实施方式，所述脉冲检测模块包括金属线圈，所述金属线圈用以产生脉冲涡流。
作为本发明的一种实施方式，所述金属线圈的匝数和内外径均可配置，匝数和内外径会影响线圈区分车辆底盘金属的能力。
作为本发明的一种实施方式，所述磁阻传感器感应的环境磁场为地球磁场，而涡流磁场是脉冲涡流变化引起的二次场；
在金属线圈两端施加脉冲方波信号，脉冲方波的上升沿和下降沿各产生一个快速衰减的激励磁场，此为一次场；
车辆底盘金属在一次场作用下感生出脉冲涡流，脉冲涡流的变化又进一步产生涡流磁场，此为二次场；
由于脉冲涡流与二次场均是快速衰减的，用金属线圈靠近涡流磁场便会感应并输出瞬态感应电压信号，通过对比有无底盘金属时的瞬态感应电压信号可有效区分停车位车辆状态。
作为本发明的一种实施方式，所述停车装置进一步包括：
电池，用以为所述地磁感应模块、脉冲检测模块及控制模块提供电源；
外观桶，用以封装磁阻传感器、金属线圈及电池。
根据本发明的另一个方面，采用如下技术方案：一种基于自建磁场检测的停车***，所述停车***包括处理***及至少一上述的基于自建磁场检测的停车装置；所述处理***分别连接各停车装置。
作为本发明的一种实施方式，所述自建磁场包括磁阻传感器感应的环境磁场以及对金属线圈施加脉冲方波信号后产生的涡流磁场。
作为本发明的一种实施方式，所述停车***具备休眠和工作两种模式，工作模式根据环境磁场量的变化分为稳态和动态；
初始状态下***处于休眠模式，地磁感应模块间隔一定时间采集环境磁场信号，控制模块根据上传的环境磁场信号计算磁场变化量，并对***模式切换进行分析判断；若磁场变化量大于设定阈值，控制模块发送切换指令，***进入工作模式；
工作模式下，地磁感应模块检测车辆扰动信号，脉冲检测模块在脉冲方波激励信号施加后输出瞬态电压信号，控制模块从稳态和动态时的车辆扰动信号和瞬态电压信号中提取出特征值，并以此判定停车状态；待停车状态确定后，控制模块发送指令，***切换至休眠模式；
所述特征值包括根据车辆扰动信号计算的磁场变化量以及根据瞬态电压信号计算的上升沿时间、高电平时间和下降沿时间。
根据本发明的又一个方面，采用如下技术方案：一种基于自建磁场检测的停车检测方法，所述停车检测方法包括如下步骤：
S1、停车***初始化，进入休眠模式；
S2、地磁感应模块间隔设定时间采集环境磁场信号；
S3、控制模块根据环境磁场信号计算磁场变化量，若磁场变化量大于设定阈值，则进入步骤S4，反之，则回到步骤S2；
S4、控制模块发送切换指令，***进入工作模式，地磁感应模块检测车辆扰动信号，脉冲检测模块在脉冲方波激励信号施加后输出瞬态电压信号；
S5、控制模块从稳态和动态时的车辆扰动信号和瞬态电压信号中提取出磁场变化量、上升沿时间、高电平时间和下降沿时间，并以此判定停车状态；若有进出车事件，则进入步骤S6，反之，则回到步骤S2；
S6、无线通讯模块上传检测信号和停车状态至外部处理***，并回到步骤S2，进入新一轮检测。
本发明的有益效果在于：本发明提出的基于自建磁场检测的停车装置、停车***及停车检测方法，具有低功耗，无线通讯，易安装、易维护的优点，可有效解决地磁感应线圈式检测装置检测准确率低的问题。
附图说明
图1为本发明一实施例中基于自建磁场检测的停车装置的组成示意图。
图2为本发明一实施例中基于自建磁场检测的停车***结构示意图。
图3为本发明一实施例中脉冲检测模块运行原理图。
图4为本发明一实施例中基于自建磁场检测的停车***模式切换示意图。
图5为本发明一实施例中基于自建磁场检测的停车***信号融合算法示意图。
图6为本发明一实施例中基于自建磁场检测的停车检测方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
该部分的描述只针对几个典型的实施例，本发明并不仅局限于实施例描述的范围。相同或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本发明描述和保护的范围内。
说明书中各个实施例中的步骤的表述只是为了方便说明，本申请的实现方式不受步骤实现的顺序限制。说明书中的“连接”既包含直接连接，也包含间接连接。
本发明揭示了一种基于自建磁场检测的停车装置，图1为本发明一实施例中基于自建磁场检测的停车装置的组成示意图；请参阅图1，所述基于自建磁场检测的停车装置包括：地磁感应模块1、脉冲检测模块2及控制模块3。
所述地磁感应模块1用以在休眠模式下监听无环境干扰时的磁场数据以及在工作模式下采集周边环境磁场信号；所述脉冲检测模块2用以在控制模块3施加脉冲方波激励信号后获取有无车辆底盘金属时的瞬态电压信号。
所述控制模块3分别连接所述地磁感应模块1及所述脉冲检测模块2，用以施加脉冲方波激励信号，并分析所述地磁感应模块1采集的磁场数据及所述脉冲检测模块2获取的检测信号，根据所述地磁感应模块1采集的磁场数据切换休眠模式和工作模式，通过所述地磁感应模块1采集的磁场数据及所述脉冲检测模块2获取的检测信号对停车位对应状态作出联合判断。在一实施例中，所述控制模块3包括脉冲方波激励信号施加单元，用以施加脉冲方波激励信号。
在本发明的一实施例中，所述停车装置还包括通讯模块4，所述通讯模块4用以与服务器或/和外部终端连接。所述通讯模块可以为无线通讯模块(当然也可以为有线通讯模块)，所述控制模块3通过无线通讯模块与外部处理***20进行信号和状态的无线传输(如图2所示)。在一实施例中，无线通讯模块采用的是NB-IOT通讯技术，直接经由运营商基站传输，无需大面积破坏路面。
在本发明的一实施例中，所述地磁感应模块1包括磁阻传感器，用于检测车辆扰动地磁信号。
在本发明的一实施例中，所述脉冲检测模块2包括金属线圈，所述金属线圈用以产生脉冲涡流。所述金属线圈的匝数和内外径均可配置，匝数和内外径会影响线圈区分车辆底盘金属的能力。脉冲检测模块中金属线圈是主要部分，还有其他一些电路设计，电压信号是线圈靠近车辆底盘时金属线圈感应到的。
在本发明的一实施例中，所述停车装置进一步包括：电池5及外观桶6。所述电池5用以为所述地磁感应模块1、脉冲检测模块2及控制模块3提供电源；所述外观桶6用以封装磁阻传感器、金属线圈及电池5。外观桶6具有容纳空间，起防尘防水作用，桶体上设有桶盖，桶体和桶盖均为复合材料制成，不仅可阻燃且能够承受较大的压力，外观桶一般置于停车位中心，不影响车位正常使用，且便于安装维护。
在一实施例中，所述磁阻传感器1感应的环境磁场为地球磁场，而涡流磁场是脉冲涡流变化引起的二次场。根据麦克斯韦电磁场理论，在金属线圈两端施加脉冲方波激励信号后，一定会在线圈周围产生激励磁场，而加载了脉冲方波信号的线圈是只有在脉冲方波的上升沿和下降沿各产生一个快速衰减的激励磁场，此为一次场。车辆底盘金属在一次场作用下感生出脉冲涡流；随着脉冲涡流的变化，又进一步产生涡流磁场，此为二次场；由于脉冲涡流与二次场均是快速衰减的，所述控制模块3用金属线圈靠近涡流磁场便会感应并输出瞬态感应电压信号，通过对比有无底盘金属时的瞬态感应电压信号可有效区分停车位车辆状态。
本发明还揭示一种基于自建磁场检测的停车***，所述停车***包括处理***及至少一上述的基于自建磁场检测的停车装置；所述处理***分别连接各停车装置。在本发明的一实施例中，所述自建磁场包括磁阻传感器感应的环境磁场以及对金属线圈施加脉冲方波信号后产生的涡流磁场。
图3为本发明一实施例中脉冲检测模块运行原理图，图4为本发明一实施例中基于自建磁场检测的停车***模式切换示意图，图5为本发明一实施例中基于自建磁场检测的停车***信号融合算法示意图；请参阅图3至图5，在本发明的一实施例中，所述停车***具备休眠和工作两种模式，工作模式根据环境磁场量的变化分为稳态和动态。
初始状态下***处于休眠模式，地磁感应模块间隔一定时间采集环境磁场信号，控制模块根据上传的环境磁场信号计算磁场变化量，并对***模式切换进行分析判断；若磁场变化量大于设定阈值，控制模块发送切换指令，***进入工作模式。
工作模式下，地磁感应模块检测车辆扰动信号，脉冲检测模块在脉冲方波激励信号施加后输出瞬态电压信号，控制模块从稳态和动态时的车辆扰动信号和瞬态电压信号中提取出特征值，并以此判定停车状态；待停车状态确定后，控制模块发送指令，***切换至休眠模式。
请参阅图5，所述特征值包括根据车辆扰动信号计算的磁场变化量以及根据瞬态电压信号计算的上升沿时间、高电平时间和下降沿时间。
本发明进一步揭示一种基于自建磁场检测的停车检测方法，图6为本发明一实施例中基于自建磁场检测的停车检测方法的流程图；请参阅图6，所述停车检测方法包括如下步骤：
S1、停车***初始化，进入休眠模式；
S2、地磁感应模块间隔设定时间采集环境磁场信号；
S3、控制模块根据环境磁场信号计算磁场变化量，若磁场变化量大于设定阈值，则进入步骤S4，反之，则回到步骤S2；
S4、控制模块发送切换指令，***进入工作模式，地磁感应模块检测车辆扰动信号，脉冲检测模块在脉冲方波激励信号施加后输出瞬态电压信号；
S5、控制模块从稳态和动态时的车辆扰动信号和瞬态电压信号中提取出磁场变化量、上升沿时间、高电平时间和下降沿时间，并以此判定停车状态；若有进出车事件，则进入步骤S6，反之，则回到步骤S2；
S6、无线通讯模块上传检测信号和停车状态至外部处理***，并回到步骤S2，进入新一轮检测。
综上所述，本发明提出的基于自建磁场检测的停车装置、停车***及停车检测方法，具有低功耗，无线通讯，易安装、易维护的优点，可有效解决地磁感应线圈式检测装置检测准确率低的问题。
需要注意的是，本申请可在软件和/或软件与硬件的组合体中被实施；例如，可采用专用集成电路(ASIC)、通用目的计算机或任何其他类似硬件设备来实现。在一些实施例中，本申请的软件程序可以通过处理器执行以实现上文步骤或功能。同样地，本申请的软件程序(包括相关的数据结构)可以被存储到计算机可读记录介质中；例如，RAM存储器，磁或光驱动器或软磁盘及类似设备。另外，本申请的一些步骤或功能可采用硬件来实现；例如，作为与处理器配合从而执行各个步骤或功能的电路。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。实施例中所涉及的效果或优点可因多种因素干扰而可能不能在实施例中体现，对于效果或优点的描述不用于对实施例进行限制。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
Claims (10)
1.一种基于自建磁场检测的停车装置，其特征在于，所述基于自建磁场检测的停车装置包括：
地磁感应模块，用以在休眠模式下监听无环境干扰时的磁场数据以及在工作模式下采集周边环境磁场信号；
脉冲检测模块，用以在控制模块施加脉冲方波激励信号后获取有无车辆底盘金属时的瞬态电压信号；
控制模块，分别连接所述地磁感应模块及所述脉冲检测模块，用以施加脉冲方波激励信号，并分析所述地磁感应模块采集的磁场数据及所述脉冲检测模块获取的检测信号，根据所述地磁感应模块采集的磁场数据切换休眠模式和工作模式，通过所述地磁感应模块采集的磁场数据及所述脉冲检测模块获取的检测信号对停车位对应状态作出联合判断。
2.根据权利要求1所述的基于自建磁场检测的停车装置，其特征在于：
所述停车装置还包括通讯模块，用以与服务器或/和外部终端连接；
所述通讯模块为无线通讯模块，所述控制模块通过无线通讯模块与外部处理***进行信号和状态的无线传输。
3.根据权利要求1所述的基于自建磁场检测的停车装置，其特征在于：
所述地磁感应模块包括磁阻传感器，用于检测车辆扰动地磁信号。
4.根据权利要求1所述的基于自建磁场检测的停车装置，其特征在于：
所述脉冲检测模块包括金属线圈，所述金属线圈用以产生脉冲涡流；
所述金属线圈的匝数和内外径均可配置，匝数和内外径会影响线圈区分车辆底盘金属的能力。
5.根据权利要求4所述的基于自建磁场检测的停车装置，其特征在于：
所述磁阻传感器感应的环境磁场为地球磁场，而涡流磁场是脉冲涡流变化引起的二次场；
在金属线圈两端施加脉冲方波信号，脉冲方波的上升沿和下降沿各产生一个快速衰减的激励磁场，此为一次场；
车辆底盘金属在一次场作用下感生出脉冲涡流，脉冲涡流的变化又进一步产生涡流磁场，此为二次场；
由于脉冲涡流与二次场均是快速衰减的，用金属线圈靠近涡流磁场便会感应并输出瞬态感应电压信号，通过对比有无底盘金属时的瞬态感应电压信号可有效区分停车位车辆状态。
6.根据权利要求1所述的基于自建磁场检测的停车装置，其特征在于：
所述停车装置进一步包括：
电池，用以为所述地磁感应模块、脉冲检测模块及控制模块提供电源；
外观桶，用以封装磁阻传感器、金属线圈及电池。
7.一种基于自建磁场检测的停车***，其特征在于：所述停车***包括处理***及至少一权利要求1至6任一所述的基于自建磁场检测的停车装置；所述处理***分别连接各停车装置。
8.根据权利要求7所述的基于自建磁场检测的停车***，其特征在于：
所述自建磁场包括磁阻传感器感应的环境磁场以及对金属线圈施加脉冲方波信号后产生的涡流磁场。
9.根据权利要求7所述的基于自建磁场检测的停车***，其特征在于：
所述停车***具备休眠和工作两种模式，工作模式根据环境磁场量的变化分为稳态和动态；
初始状态下***处于休眠模式，地磁感应模块间隔一定时间采集环境磁场信号，控制模块根据上传的环境磁场信号计算磁场变化量，并对***模式切换进行分析判断；若磁场变化量大于设定阈值，控制模块发送切换指令，***进入工作模式；
工作模式下，地磁感应模块检测车辆扰动信号，脉冲检测模块在脉冲方波激励信号施加后输出瞬态电压信号，控制模块从稳态和动态时的车辆扰动信号和瞬态电压信号中提取出特征值，并以此判定停车状态；待停车状态确定后，控制模块发送指令，***切换至休眠模式；
所述特征值包括根据车辆扰动信号计算的磁场变化量以及根据瞬态电压信号计算的上升沿时间、高电平时间和下降沿时间。
10.一种基于自建磁场检测的停车检测方法，其特征在于，所述停车检测方法包括如下步骤：
S1、停车***初始化，进入休眠模式；
S2、地磁感应模块间隔设定时间采集环境磁场信号；
S3、控制模块根据环境磁场信号计算磁场变化量，若磁场变化量大于设定阈值，则进入步骤S4，反之，则回到步骤S2；
S4、控制模块发送切换指令，***进入工作模式，地磁感应模块检测车辆扰动信号，脉冲检测模块在脉冲方波激励信号施加后输出瞬态电压信号；
S5、控制模块从稳态和动态时的车辆扰动信号和瞬态电压信号中提取出磁场变化量、上升沿时间、高电平时间和下降沿时间，并以此判定停车状态；若有进出车事件，则进入步骤S6，反之，则回到步骤S2；
S6、无线通讯模块上传检测信号和停车状态至外部处理***，并回到步骤S2，进入新一轮检测。
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