利用無(wú)線(xiàn)傳感器的停車(chē)場(chǎng)使用率監控系統的設計

　　　技術(shù)方案

　　我們創(chuàng )建的這個(gè)系統能夠幫助停車(chē)場(chǎng)的顧客獲得信息，以有效地選擇停車(chē)的策略。同時(shí)，我們還需要為停車(chē)場(chǎng)管理員提供數據，輔助他們有效管理停車(chē)場(chǎng)的資源。最初的部署場(chǎng)所是UCLA醫學(xué)樓停車(chē)場(chǎng)中的某一層，該停車(chē)場(chǎng)分為兩個(gè)區域，一個(gè)供患者停車(chē)用，另一個(gè)供職工和患者用。

　　為了給停車(chē)場(chǎng)顧客提供有用的信息，該系統提供了停車(chē)場(chǎng)中的總車(chē)位占用數，以及更為具體的區域信息。我們在每個(gè)入口、出口和區域過(guò)渡處安放了傳感器。入口和出口處的傳感器，以無(wú)線(xiàn)方式將入口和出口的車(chē)輛數據傳輸到出口崗亭的中心基站。監測區域過(guò)渡點(diǎn)的傳感器檢測車(chē)流和方向，并確定車(chē)輛是否在區域間移動(dòng)。傳感器將數據發(fā)送到中心基站，基站將對所有的輸入數據進(jìn)行分析，實(shí)時(shí)提供停車(chē)場(chǎng)總共可用的停車(chē)位數量和每個(gè)區域的停車(chē)位數量。

　　硬件系統設計

　　傳感器

　　我們使用Parallax Technologies公司的被動(dòng)式紅外傳感器（PIR）作為主要的車(chē)輛檢測器。這些傳感器可以檢測出物體發(fā)出的紅外黑體輻射的變化，由于檢測無(wú)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(dòng)檢測過(guò)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(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)

　　我們使用了三個(gè)NI WSN-3202 模擬輸入節點(diǎn)開(kāi)發(fā)我們的系統，每個(gè)節點(diǎn)擁有四個(gè)模擬電壓輸入和四個(gè)數字輸出。我們將PIR傳感器模塊的輸出連接到一個(gè)數字輸入上，將傳感器電池連接到模擬輸入上來(lái)檢測電力的消耗。同時(shí)，我們使用4個(gè)AA電池為WSN節點(diǎn)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(diǎn)的處理能力在本地計算進(jìn)出事件，以減少對基站的無(wú)線(xiàn)傳輸。本地節點(diǎn)可以確定汽車(chē)是否通過(guò)，而不是將原始數據發(fā)送到服務(wù)器進(jìn)行處理。利用這項功能，節點(diǎn)只需要在檢測到車(chē)輛時(shí)傳遞信息，從而提高電池壽命。

　　基站

　　由交流電源供電的NI cRIO-9014實(shí)時(shí)嵌入式控制器，構成了停車(chē)場(chǎng)出口崗亭中的基站。我們將基站通過(guò)以太網(wǎng)連接到UCLA的交通網(wǎng)中。由于ULCA的交通安全隱私政策，這些數據在網(wǎng)絡(luò )外是無(wú)法訪(fǎng)問(wèn)到的，但是可以連接到后端的數據庫服務(wù)器用于數據存儲。

　　無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)

　　利用NI WSN-9791 以太網(wǎng)關(guān)，我們簡(jiǎn)化了CompactRIO基站和無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)間的通信。我們在出口崗亭中安裝了該網(wǎng)關(guān)，而在靠近崗亭的方位安裝了CompactRIO控制器。交流電網(wǎng)為基站供能，同時(shí)連接到與CompactRIO相同的網(wǎng)絡(luò )上。

　　在線(xiàn)數據存儲

　　我們將從CompactRIO獲得的數據實(shí)時(shí)傳輸到sensorbase.org數據庫，它提供了用戶(hù)友好的網(wǎng)絡(luò )界面用于下載、瀏覽、共享和組織數據。同時(shí)，這個(gè)數據庫可以提供網(wǎng)絡(luò )服務(wù)應用層，用于開(kāi)發(fā)個(gè)性化的網(wǎng)頁(yè)，為計算機和手機用戶(hù)顯示停車(chē)場(chǎng)信息。 軟件構架

　　數據采集

　　首先，無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)從PIR模塊采集數據。在節點(diǎn)上運行由NI LabVIEW Wireless Sensor Network (WSN) Module Pioneer編寫(xiě)的個(gè)性化VI程序，以利用WSN節點(diǎn)的數字I/O通知特性。當PIR模塊檢測到運動(dòng)時(shí)，該事件將被觸發(fā)，WSN節點(diǎn)持續對數字輸入進(jìn)行采樣直到該輸入回到低電平狀態(tài)。在檢測到事件后，WSN節點(diǎn)將向CompactRIO基站發(fā)送射頻信號，顯示事件已發(fā)生以及持續的時(shí)間。利用數字I/O的通知系統，并以較低得速率進(jìn)行采樣，我們可以最小化WSN節點(diǎn)開(kāi)啟和發(fā)送數據的時(shí)間。

　　WSN節點(diǎn)的脈沖長(cháng)度數據被發(fā)送到CompactRIO基站，并根據物體通過(guò)傳感器的時(shí)間進(jìn)行分類(lèi)，以確定是否有一輛或是幾輛車(chē)還是行人經(jīng)過(guò)。CompactRIO將在內部記錄停車(chē)場(chǎng)內總的車(chē)輛數。在進(jìn)出事件發(fā)生時(shí)，時(shí)間數據和總的車(chē)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(xiàn)內容

　　現在，我們將系統數據發(fā)送到sensorbase.org數據庫中，利用內建的網(wǎng)絡(luò )接口進(jìn)行瀏覽、下載和圖形化顯示。個(gè)性化的網(wǎng)絡(luò )應用程序還可以利用網(wǎng)絡(luò )服務(wù)層，對數據進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。我們利用這些網(wǎng)絡(luò )服務(wù)創(chuàng )建了簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò )接口，圖形化地顯示一段時(shí)間內的數據，并提供停車(chē)場(chǎng)中當前總的車(chē)輛數。

　　能量測量

　　除了車(chē)輛監測數據，我們還設定每個(gè)WSN節點(diǎn)每隔10分鐘對模擬通道進(jìn)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(zhì)量數據發(fā)送到基站進(jìn)行記錄，并將其上傳到數據庫中。我們還創(chuàng )建了簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò )接口，為用戶(hù)提供系統的健康信息。

　　未來(lái)的系統擴展

　　在最初的安裝后，我們希望對系統進(jìn)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(chē)場(chǎng)下載數據，在用戶(hù)所處的停車(chē)場(chǎng)滿(mǎn)載時(shí)，幫助他們選擇其它的停車(chē)場(chǎng)。擴展部署的主要目標是醫學(xué)樓中的停車(chē)場(chǎng)和臨近的停車(chē)地點(diǎn)。所有的停車(chē)場(chǎng)信息都可以在線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)，而且現場(chǎng)的標識可以通知顧客附近停車(chē)場(chǎng)可用的停車(chē)信息。

　　我們還計劃在停車(chē)場(chǎng)中安裝LED顯示設備。這些LED可以自動(dòng)更新，向進(jìn)入的車(chē)輛顯示可用停車(chē)位的信息，而不需要管理員手工地放置標識。

　　同時(shí)，我們利用NI WSN平臺對停車(chē)場(chǎng)的使用率進(jìn)行監測，經(jīng)濟上是可行的，而且不需要使用有線(xiàn)系統。