基于Zigbee的停车场空位检测系统
准备初始化新建网络成功？是否修改配置文件PC显示网络信息进入无线监控状态无有无信号？入网请求数据处理程序入网成功PC显示数据PC显示节点信息图3.9 区域控制器（协调器）软件工作流程
⑤中央控制器
中央控制器负责整个停车场引导系统的采集与控制，是系统核心。中央控制器采用Motorola公司的DSP实现综合控制，主频速度达到80MPIS，性能卓越，能够承担高达8000个车位的停车场管理功能。停车场引导系统的核心功能是进行车位引导，该功能主要由中央控制器完成。
3.1.3 出口通道系统
出口通道系统由车辆检测、低频唤醒、监控摄影机部、监控中心和自动道闸机组成。出口流程如下: 1、由车辆检测器D检测到汽车，记录车辆特征并通知控制中心，由控制中心打开摄像装置;
2、通信并确认车辆是否与进来的是同一辆车，如果不是则扣留车辆，如果是则判断是固定还是临时用户; 3、如果是固定用户则由道闸机自动放行，如果是临时用户则收卡并收费后放行; 4、当车辆检测器E检测到车辆离开后，放下自动道闸机[21]。
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有节点入网程序
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临时用户出口固定用户读卡器读卡验卡读卡器读卡验卡拍摄图像并储存拍摄图像并储存计费显示信息显示出入图像对比显示出入图像对比显示收卡收费信息储存开启闸刀车辆出场否通过地感是关闭闸道图3.10 出口通道流程图
结束出场
3.2 停车场空位检测系统的实现
在商业城、娱乐区等车辆密集的地带，只有高效率的停车场管理系统才能适应现代停车场的需求。其中车位的检测是停车场管理系统的一项必不可少的指标。停车场对车位检测的准确度和稳定性提出了很高的要求，因为车位检测的失误会造成车辆的拥挤，并可能使停车场陷于瘫痪状态。
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3.2.1车位检测电路方案论证
触发类型的选择是实现车位状态检测的关键技术。触发类型的选择可以看作是传感器类型的选择。下面对传感器的性能进行仔细的对比。 1、红外线传感器
当有车驶入某车位时，红外探头对射感应并把车位状态上报给控制中心。红外探测具有价格低廉、应用范围广的优点，并且由于开发较早，技术相对成熟。但是红外也有很多不利因素：
1)容易受各种热源、光源、电磁和其他人员的干扰，在停车场的复杂环境里会导致的误报； 2)容易造成多次触发，车位检测要求有一个确定的触发状态，尤其是在车位进出时车位的时候，给车位实时监测带来难度，所以不能满足设计要求;
3)无法实现车位状态的主动查询。 2、超声波传感器
超声波传感器一般是用来测距的，根据声波在空气中传输的时间来得到距离。根据使用环境，计算出最大误差值，当某车位无车时，超声波传感器测得的距离大于门限值;当有车时，测得的距离小于门限值。这样可以清晰显示车位的状态，而且控制中心可以随时主动查询车位状态的信息。当然，超声波传感器也有缺点：
1)周围环境产生40kHz左右的噪音时会导致超声波传感器接收错误;
2)一个超声波传感器发射接收容易受干扰，两个相近的物体可能引起超声波传感器的接收错误; 3)不能适应多风的场合，风不能大于六级。
能否主动获取车位状态信息是车位状态检测的一项基本要求，因此在停车场中超声波传感器的缺点基本可以避免。经综合考虑以上方案，最终选择超声波传感器[19]。
3.2.2 停车位检测器的设计
停车场的环境比较复杂，红外线传感器构成的车位检测器易受灰尘影响，并且安装不便，所以并没有得到普遍应用。本次设计将超声波车位传感器安装在车位的正上方，向下发射超声波，超声波经过地面或车辆顶部反射又由传感器接收，即可获取超声波传输的时间，从而计算超声波传输的距离。当车位有车时，其所得距离与无车时的距离是不一样的，由此判断车位上有无泊车。
本次设计采用的是TGWH636超声波传感器，具有防误检功能，如防相邻车位误检、人员在停车位上误检、障碍物误检等，本探测器是停车场车位检测系统首选探测器。探测器工作稳定可靠，技术成熟，已经装备了多个国家重要部门的停车场，占有国内大部分市场。探测器外形美观，实时状态灯显示车位，现场安装、调试、维修方便。 探测器安全可靠，保证全部接线与外部绝缘，保证停车场工程的安全。 并且
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探测器功耗极低，降低用户用电费用。采用继电器触点输出，接口简单，安全可靠，适合各种控制系统[23]。
超声波传感器的技术指标 型号 TGWH636 感测范围 0.5～5.0m 探测距离设定 16种设定 距离最大误差 0.01m 检测输出时间 2秒
防误检功能 相邻车位，人员等 工作电压 11～13V 工作电流 20毫安
图3.11 超声波检测空位示意图
外观尺寸 直径105毫米,高46毫米 环境温度 -20～+50℃
接口方式 无源的继电器触点输出(常开、公共端、常闭) 重量 150克外壳ABS塑料 绝缘电压 3000伏
安装方式 机体与底座分离，旋入式结构状态灯 红灯为车位占用，灯灭为车位空
3.2.3 超声波检测车位状态的原理及实现
1. 超声波检测车位的原理
超声波检测车位状态是基于超声波测距原理实现的。超声波测距原理是：超声波发生器内部结构有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波本时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，就成为超声波接收器。在超声探测电路中，发
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射端得到输出脉冲为一系列方波，其宽度为发射超声的时间间隔，被测物距离越大，脉冲宽度越大，输出脉冲个数与被测距离成正比[26]。
通过超声波发射探头不断发送超声波，并检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差T，然后求出距离s=CT / 2，式中的C为超声波波速。为了能测量顶端和地面之间的距离，我们可以在汽车位上方安装传感器排组，用超声脉冲激励超声探头向外辐射超声波，同时接收从被测物体反射回来的超声波(简称回波)，通过检测或估计从发射超声波至接收回波所经历的射程时间ToF(Time of Flight)，按下式计算超声波探头与被测物体之间的距离d，即d=1/2×c× T oF（c为声波在空气介质中的传播速度）。经大量实验验证频率为40KHZ左右的超声波在空气中传播的效率最佳，因此，为了便于处理，发射的超声波被调制成40KHZ左右、具有一定间隔的调制脉冲波信号[26]。
定时器调制器控制计时计算增益放大超声波接收器振荡器超声波发射器显示器
图3.12 超声波测距原理图
2. 超声波检测车位状态的判断
根据超声波测距的原理，假设停车场的顶部与地面的高度为3米，空气传播速度被认为是不变的。在实际中，如果有车停入时，超声波发出后遇到汽车顶部反射，超声波接收到的时间就要比没有车的时间短，据公式L=Vt/2推出，得到的距离L与实际距离3米比较，如小于3米，表示车位被占据，否则说明车位未被占据。为了克服人在车位上走动的干扰，当检测到有车刚停放时，需要隔几秒之后再进行确认[23]。
由于超声波测距传感器常用的方式是1 个发射头对应1 个接收头，也有多个发射头对应1 个接收头，共同之处是：每个接收头只测量一个位置，这个位置就是除盲区内因发射的超声旁瓣引起的接收信号超声波包络峰值外，第1个接收信号超声波包络峰值对应的距离。
于是我们根据脉冲回波检测法提出了以下车位占空判断准则: 准则一:凡一次回波时间τ有如下关系:
τo-Δτ<τ<τo+Δτ
如图所示，视为无车。这里Δτ为考虑温度变化及传感器安装高度允许误差所加的时间校正量，τo为常温和固定高度下一次回波的时间。 准则二:凡一次回波时间τ有如下关系:
τo+Δτ<τ<τo-Δτ 或无回波，均视为无车。
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