基于Zigbee的停车场空位检测系统
图3.13 传感器脉冲回波示意图
以上两条准则充分考虑了各种实际情况，诸如车辆偏离车位中心，非平面车顶或无蓬顶车造成的复杂回波甚至无回波，临近车辆的回波干扰等，其检测的可靠性远比传统方法为高。如果加以有效的信号处理，则可进一步提高检测的可靠性[1]。
考虑到检测方式是脉冲反射式近距状态测量，故可忽略湿度、温度梯度变化、空气扰动等次要因素的影响。故有:
Δτ=Δτ′十Δτ″ 即
式中Δτ′—对应相对常温的温度变化量所加的时间校正量
Δτ″—安装高度允许误差△h折合的时间校正量 由声速公式c=331.4√（1+k/273） (m/s) , 式中k----氏温度,℃ 得：τ=2h/c=2h /（331.4√(1+k/273)） (s)
τo = 2ho / Co =2ho / (331.4√(1+ko/273)） (s) dτ=(?τ/ ? k) dk+ (? r / ? h)dh ?r / ?k ≈﹣(h /(331.4×273)) (s/℃) ?τ/?h ≈2/331.4 (s/m)
室内（地下）k的变化范围一般为几十摄氏度，故有以上近似式。所以：
Δτ= Δτ′+Δτ″= |（?r / ?k）Δk | + |（?τ/?h）Δh |
折合成最大测距误差为：ΔHmax = 1/2 Δτ·c |50℃ 。(50℃为设计适用温度范围的上限)，若ΔHmax小于入场车辆的最低有效反射平面高度(约0.5m)，则无需另加温度传感器进行误差校正，仅需将估算出的△τ以常量形式编入程序即可。实际应用中我们取常温k0=20℃，使用温度范围为﹣10~50℃，由此△k≈±30℃;传感器安装高度h0 = 3m，设最大安装高度允许误差Δh =±10.0cm，则τo=0.0175s=17.5ms,若Δτ=(9.95+6.04 )×0.0001=1.60ms, ΔHmax≈1/2 Δτ·c |50℃=0.288m＜0.5m。即可得到判断的门限值[2]。
2. 超声波检测车位状态的实现
超声波检测车位状态的电路包括：超声波发射电路、超声波接收电路和Zigbee电路。由单片机的管脚
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产生频率为40KHz的方波信号。为了提高发射强度，用推挽的方式将方波信号加到超声波换能器两端。输出端采用两个反相器并联，用于提高驱动能力。超声波接收电路核心器件为CX20106。CX20106是日本索尼公司一款红外线检波接收的专用芯片，在输入信号过强时防止前置放大器过载，使用时调节方便，抗电磁干扰能力较强。考虑到红外遥控常用的载波频率38K与测距的超声波频率40K较为接近，利用CX20106制作超声波检测接收电路。当接收探头接收到回波后，把超声波信号转换为微弱的电信号。再经过CX20106的放大，滤波，会在INT0产生一个下降沿信号，此信号作为中断信号，读取CC2430内部定时器的时间，计算距离。通过距离判断此车位有无停放车辆。如果有车，则把P1.3管脚设置为高电平，如果没有车，则P1.3为低电平。此电平信号作为车位状态信息发送给车位信息采集模块。
图3.14 超声波发射电路原理图
图3.15 超声波接收电路
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图3.16 最小系统图
3. 超声波探测器总体流程图
超声波探测器部分主要由超声波发射层序和中断服务程序两部分组成：
初始化，包括定时器T0的设置，中断INT0的设置中断入口关中断，关定时器发射到接收超声波的时间读定时器时间计算距离判断车位状态等待中断
图3.17 超声波发射程序和中断子程序
通过端口发送信息
4. 超声波检测中的主要工程问题及其处理
㈠系统检测的可靠性
检测系统是由定位于所有待检车位之上的车位传感器构成的检测网络。单个传感器的可靠性要求远在一般应用之上，对超声波车位检测而言就更是如此。综合考虑，影响其检测可靠性的因素主要有:①宽带机
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械噪声干扰(尤其是小体积金属的撞击声，如钥匙串的碰撞等);②杂散回波干扰;③车位状态显示屏的刷新时间间隔;④其它电磁干扰。对①，在电路上采用一般性滤波将是徒劳的，唯有对信号进行相关处理或特殊的逻辑分析判断才能对可靠性的提高有实质性的作用。对此，在系统软件上对车位状态信号应集中进行相关处理。对②，主要应在提高接收装置的方向选择性上努力，在传感器上设置简单有效的机械滤波装置，并以软件合理地控制各传感器的发射。对③，应报据现场工作情况和人们的视觉习惯合理调整屏幕刷新时间(一般在10-r 60s )。对④，应按电磁兼容原理在器件选取、电路及印制板设计、渝波、电源供电和通讯等方面对传感器和检测系统进行合理设计。 ㈡电源供电及传感器安装
对检测网络采用低压供电，无论对符合安全标准还是提高系统性价比都是有利的。问题的关键在于，长距离传输在较大供电电流的情况下，电压也会因导线电阻而大大下降，故而，对车位传感器的静态功耗及抗电源电压变化的能力提出了极高的要求。因此，对智能超声车位传感器进行优化设计，使得包括单片机和通讯电路在内的单个传感器之静态总电流小于6mA，在12 ~15V的直流供电情况下，允许电源电压的变化量达供电电压的30﹪~40﹪，完全满足应用需要。
传感器的安装分吸顶和吊装两种形式。后者主要用于现场其它电气、消防及设备安装复杂的场合[27]。
3.3 本章小结
通过对停车位监控系统的设计过程的具体分析，体现出基于Zigbee构建无线传感器网络的优势: 1.规模大，采用Mesh网络可轻易实现几百甚至上千个停车位的控制。 2.造价合理。停车位传感器所使用的。CC2430芯片成本最近急剧下降。
3.实用性强。无需频繁换电池。无需布线。某个停车位出现故障甚至不影响该车位停车。
结束语
本文对大型停车场停车位空位检测系统的设计与实现做了较为深入和全面的分析。在停车经济即将井
喷式发展的情况下，分析基于ZigBee技术创建无线传感器网络以监控停车位的可行性和意义。同时阐述ZigBee的协议栈的结构层次，各层次的功能及其之间的通信关联以及通信过程。
本课题提出了一种新的停车位监控方案:在所有的车位上布置基于ZigBee标准和超声波检测的节点模块，在停车场的出入口等关键位置和所使用的停车卡上布置基于ZigBee标准的节点模块，组建网状拓扑结构的无线传感器网络，检测各车位的占用或空闲状态以及车辆的停车情况。
本系统的主控计算机通过RS-232串口与无线传感器网络的协调器节点相连接，计算机的主控程序调用ReadFile，WriteFile等标准文件操作读写串口。同时，协调器提供串口终端程序，实现计算机与协调器
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的通信。主控计算机与无线传感器网络无缝连接，无线传感器网络所采集的数据由计算机的主控中心管理系统处理。
主控计算机的管理系统管理数据库，保存停车卡、车位、用户、停车情况等数据，同时，实时在各处电子屏更新停车位状况。管理系统可向停车场管理者提供报表和查询，必要时，还可以扩展其它用户所需要的控制。
在本系统的测试和试用过程中，能成功完成进出口管理，泊车管理和中央监控各主要模块的功能，基于CC2430芯片和超声波传感器的无线传感器节点能有效的监控停车位的使用状态。
不过，在开发和设计的过程中，也暴露出了很多没有预期的问题。比如ZigBee芯片的传输距离在实际运用中很难达到理论值，同时在布网时，还必须考虑到障碍物对信号传输的影响。另外，节点的功耗也比预期要稍大。
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