师国强 庞忠兆 邹华杰 张维
摘 要
针对室外分布分散车辆停车位状态识别问题，有效解决电池和外接电源线的供电限制，提出一种基于感应与自供电一体化的车位状态识别与发射装置。该装置能有效地将车辆冲击力/重量转化成电能，由储能电路实现自供电，通过无线传感节点发射感应信号，经终端接收完成识别。具有节约能源，绿色环保，安装方便，成本低的特点。
关键词
车位;识别;自供电;无线传感
中图分类号： U495;TP391.44;TN92 文献标识码： A
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 08 . 83
Abstract
Aiming at the problem of recognizing the status of the outdoor distributed parking space， which can effectively solve the power supply limitation of batteries and external power lines， a parking space status recognizing and transmitting device based on the integration of induction and self-powered supply is proposed. The device can effectively convert the impact force / weight of the vehicle into electrical energy， which can be self-powered by the energy storage circuit. The sensor signal is transmitted by the wireless sensor node and recognized by the terminal. It has the advantages of energy saving， environmental protection， convenient installation and low cost.
Key words
Parking space; Recognize; Self-powered; Wireless sensor
0 引言
随着社会的发展与进步，机动车保有数量激增，如何能够高效停车已成为困扰人们的一大难题。为了能从根本上提升停车场车位的使用方便性以及管理效率，停车位状态识别系统应运而生。现有的停车位状态识别系统中无论是感应系统还是发射系统都需要配备供电装置，当应用在分布分散停车位时，会受到电池和外接电源线的供电限制，使得成本增加、安装复杂。
1 停车位状态识别系统的现状分析
现有的停车位状态识别系统的种类很多，它们的技术原理，实现方式以及应用场合各不相同，主要有：线圈识别、视频识别、超声波识别、激光识别、磁力识别、红外线识别等[1-3]。地感线圈识别[4]将感应线圈埋设在车位地下，通过电感器件进行识别;视频识别[5]是一种基于视频图像分析和计算机视觉技术处理，通过摄像头对指定区域目标物体进行检测跟踪的检测技术;超声波识别[6]是在每个车位上方安装超声波探测器，通过回波检测来判断车位上有无车辆停泊;激光识别[7]与超声波识别类似，通过点测量进行识别，易受到车辆和人的阻挡，从而造成误判;磁力识别[8]是通过检测器里的磁阻传感器感应磁场的变化进行识别;红外识别[9]是利用发光管发射红外光后，经反射回来被接收管接收完成识别，易受环境条件的影响。现有的识别系统主要存在问题如下：（1）易受环境条件的影响，从而造成误判;（2）需要配置供电装置才能工作。
本文针对现有停车位识别系统的不足，提出一种自供电式停车位状态识别与发射装置，能有效解决需额外配置供电装置的限制。具有节约能源，绿色环保，安装方便，成本低的特点。
2 总体方案设计
本文所设计的停车位状态识别装置方案如图1所示，由感应装置、自供电装置和射频电路所组成。
其中，感应装置与自供电装置一体化，由能量采集装置、储能与控制电路所组成。弹簧垂直安装在上、下板中间，永久磁铁垂直安装在下板上，线圈垂直安装在上板，并正对着磁铁，储存与控制电路以及射频电路安装在上板底部，并由导线将感应线圈和电路板连接起来。该装置整体嵌入于停车位底下，上板置于路面，下板置于底部。
其工作原理如下：当车辆进入停车位时，上板受到车辆重力载荷而产生变形，迫使线圈向下移动，同时压缩弹簧变形，导致切割磁场后在线圈中产生感应电流而发电，一方面经储能与控制电路实现自供电功能，另一方面驱动射频电路发射车辆进入的感应信号;同理，当车辆驶出停车位時，上板受到车辆重力载荷撤掉，弹簧恢复形变，迫使上板及线圈向上移动，导致切割磁场后在线圈中产生感应电流而发电，经储能与控制电路实现自供电功能，进而驱动射频电路发射车辆驶出的感应信号;经终端接收完成识别，从而实现停车位占空识别功能。
2.1 自供电装置
自供电示意图如图2所示。由上板、下板、磁体、线圈和弹簧所组成。弹簧垂直安装在上、下板中间，永久磁铁垂直安装在下板上，线圈垂直安装在上板，并正对着磁铁。当车辆进入或离开停车位时，车轮压到上板使其受到车辆重力载荷而向下运动，带动线圈先向下移动，同时弹簧压缩变形，当车轮脱离板时，被压缩的弹簧恢复形变，推动上板向上运动，带动线圈先向上移动，这一来回运动都会导致线圈切割磁场产生感应电流而发电，经储能与控制电路实现自供电功能。
2.2 储能控制电路
图3所示为储能控制电路。该电路安装在图2所示上板的一个槽内，由整流电路、电容C以及恒压芯片MAX1615所组成。输入接口与感应线圈相连接，输出接口与无线传感模块中射频电路的接口相连接，可将感应线圈中产生的交流电压转化成恒定直流电压5V/3.3V，从而驱动射频电路工作。
2.3 射频发射电路
图4所示为射频发射电路。该电路安装在图2所示上板的另一个槽内。电源接口（Vcc）与储能控制电路的输出接口相连接，使能端（En）与感应信号相连接，天线端用来发射信号。得到电源驱动和使能信号后，由天线发射感应信号，被终端接受后识别。
3 总结
本文设计的自供电式车位状态识别与发射装置，基于能量收集技术，应用磁电换能，实现自供电与感应一体化。能有效解决需额外配置供电装置的限制，具有节约能源，绿色环保，安装方便，成本低的特点。在分布分散停车位状态监控方面具有十分广阔的市场前景。
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