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基于無線傳感器的停車場使用率監控系統的設計

   2012年06月21日 15:53  
  技術方案
  
  我們創建的這個系統能夠幫助停車場的顧客獲得信息,以有效地選擇停車的策略。同時,我們還需要為停車場管理員提供數據,輔助他們有效管理停車場的資源。zui初的部署場所是UCLA醫學樓停車場中的某一層,該停車場分為兩個區域,一個供患者停車用,另一個供職工和患者用。
  
  為了給停車場顧客提供有用的信息,該系統提供了停車場中的總車位占用數,以及更為具體的區域信息。我們在每個入口、出口和區域過渡處安放了傳感器。入口和出口處的傳感器,以無線方式將入口和出口的車輛數據傳輸到出口崗亭的中心基站。監測區域過渡點的傳感器檢測車流和方向,并確定車輛是否在區域間移動。傳感器將數據發送到中心基站,基站將對所有的輸入數據進行分析,實時提供停車場總共可用的停車位數量和每個區域的停車位數量。
  
  硬件系統設計
  
  傳感器
  
  我們使用ParallaxTechnologies公司的被動式紅外傳感器(PIR)作為主要的車輛檢測器。這些傳感器可以檢測出物體發出的紅外黑體輻射的變化,由于檢測無需激活所以只需要極少的能量。這些傳感器還提供了數字輸出,可以配置用于在連續運動檢測過程中輸出脈沖或是維持高電平,在達到平衡后下降到低電平。
  
  無線傳感器節點
  
  我們使用了三個NIWSN-3202模擬輸入節點開發我們的系統,每個節點擁有四個模擬電壓輸入和四個數字輸出。我們將PIR傳感器模塊的輸出連接到一個數字輸入上,將傳感器電池連接到模擬輸入上來檢測電力的消耗。同時,我們使用4個AA電池為WSN節點供電。盡管我們可以持續向基站傳遞原始傳感器數據,但我們還是使用節點的處理能力在本地計算進出事件,以減少對基站的無線傳輸。本地節點可以確定汽車是否通過,而不是將原始數據發送到服務器進行處理。利用這項功能,節點只需要在檢測到車輛時傳遞信息,從而提高電池壽命。
  
  基站
  
  由交流電源供電的NIcRIO-9014實時嵌入式控制器,構成了停車場出口崗亭中的基站。我們將基站通過以太網連接到UCLA的交通網中。由于ULCA的交通安全隱私政策,這些數據在網絡外是無法訪問到的,但是可以連接到后端的數據庫服務器用于數據存儲。
  
  無線網關
  
  利用NIWSN-9791以太網關,我們簡化了CompactRIO基站和無線傳感器節點間的通信。我們在出口崗亭中安裝了該網關,而在靠近崗亭的方位安裝了CompactRIO控制器。交流電網為基站供能,同時連接到與CompactRIO相同的網絡上。
  
  在線數據存儲
  
  我們將從CompactRIO獲得的數據實時傳輸到sensorbase.org數據庫,它提供了用戶友好的網絡界面用于下載、瀏覽、共享和組織數據。同時,這個數據庫可以提供網絡服務應用層,用于開發個性化的網頁,為計算機和手機用戶顯示停車場信息。軟件構架
  
  數據采集
  
  首先,無線傳感器節點從PIR模塊采集數據。在節點上運行由NILabVIEWWirelessSensorNetwork(WSN)ModulePioneer編寫的個性化VI程序,以利用WSN節點的數字I/O通知特性。當PIR模塊檢測到運動時,該事件將被觸發,WSN節點持續對數字輸入進行采樣直到該輸入回到低電平狀態。在檢測到事件后,WSN節點將向CompactRIO基站發送射頻信號,顯示事件已發生以及持續的時間。利用數字I/O的通知系統,并以較低得速率進行采樣,我們可以zui小化WSN節點開啟和發送數據的時間。
  
  WSN節點的脈沖長度數據被發送到CompactRIO基站,并根據物體通過傳感器的時間進行分類,以確定是否有一輛或是幾輛車還是行人經過。CompactRIO將在內部記錄停車場內總的車輛數。在進出事件發生時,時間數據和總的車輛數被記錄到CompactRIO內部的flash存儲器中,并上傳到sensorbase.org的數據庫中。
  
  在線內容
  
  現在,我們將系統數據發送到sensorbase.org數據庫中,利用內建的網絡接口進行瀏覽、下載和圖形化顯示。個性化的網絡應用程序還可以利用網絡服務層,對數據進行訪問。我們利用這些網絡服務創建了簡單的網絡接口,圖形化地顯示一段時間內的數據,并提供停車場中當前總的車輛數。
  
  能量測量
  
  除了車輛監測數據,我們還設定每個WSN節點每隔10分鐘對模擬通道進行采樣,以測量傳感器電池的使用情況。然后,我們將電池和鏈接質量數據發送到基站進行記錄,并將其上傳到數據庫中。我們還創建了簡單的網絡接口,為用戶提供系統的健康信息。
  
  未來的系統擴展
  
  在zui初的安裝后,我們希望對系統進行擴展,這樣基站不僅可以上傳信息,而且還可以從其它‘連接’的停車場下載數據,在用戶所處的停車場滿載時,幫助他們選擇其它的停車場。擴展部署的主要目標是醫學樓中的停車場和臨近的停車地點。所有的停車場信息都可以在線訪問,而且現場的標識可以通知顧客附近停車場可用的停車信息。
  
  我們還計劃在停車場中安裝LED顯示設備。這些LED可以自動更新,向進入的車輛顯示可用停車位的信息,而不需要管理員手工地放置標識。
  
  同時,我們利用NIWSN平臺對停車場的使用率進行監測,經濟上是可行的,而且不需要使用有線系統。

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