SIM7020C和地磁傳感器的車位檢測裝置設計

大連工業大學藝術與信息工程學院 王煒富 王虹元 王莉莉

為了提高對露天停車場或地下停車位準確進行車位檢測和無線傳輸車位信息的要求，設計了一種基于SIM7020C和地磁傳感器的車位檢測裝置。該裝置采用地磁傳感器和雷達傳感器檢測車輛對地球磁場強度的影響來判斷車位狀況，并利用SIM7020C無線模塊將信號傳輸給上位機。經過實際測試表明，該裝置可以準確檢測車位狀態變化，具有較高的準確性和可靠性等優點。

近年來，隨著國內汽車保有量的增加，車輛亂停現象也隨之增加，所以各地區開始建設大中型停車場來解決車輛亂停現象。同時為了準確無誤的管理車輛停放，需要在停車場的各個車位安裝車位檢測裝置則是必要的。

本文設計了一款基于SIM7020C和地磁傳感器的車位檢測裝置。該裝置采用地磁傳感器和雷達傳感器檢測車輛對地球磁場強度的影響來判斷車位狀況，并利用SIM7020C無線模塊將信號傳輸給上位機。可有效地提高車位檢測準確度，從而更好的管理車輛的停放現象。

1 該裝置的檢測原理

1.1 地磁傳感器檢測原理

地磁場在沒有施加外部磁場的情況下，是一個磁場強度較為恒定的弱磁場。因車輛是由金屬制成的鐵磁物體，當車輛駛入停車位時，車輛本身的鐵磁物體會使得停車位周圍的地磁場強度發生變化。所以，利用地磁傳感器能夠靈敏的測量車位周圍的地磁場強度，通過測量地磁場強度的變化來判斷停車位的停車狀態。

1.2 雷達傳感器檢測原理

市面上雷達傳感器種類較多，本文選用了國內睿達科技的一款單通道多普勒雷達傳感器。該雷達傳感器采用平面微帶天線結構方式，具有獨立發射和接收通道、單路中頻輸出，以及超低功耗等優點，適用于近距離目標的速度和運動方向的探測。因多普勒雷達傳感器是用來檢測運動物體位置和速度的，所以，可以通過該傳感器來檢測車輛駛入和駛出停車位的狀態變化。

2 該裝置的電路設計

該車位檢測裝置的電路主要由微控制器電路、地磁傳感器電路、雷達傳感器電路、無線傳輸電路和電源電路等組成。圖1所示為該車位檢測裝置硬件結構圖。

圖1 車位檢測裝置硬件結構圖

2.1 微控制器模塊

微控制器電路選用ST公司推出的低功耗系列單片機STM32L151C8T6，該控制器是基于32位Cortex-M3內核，低功耗工作模式下電流達9uA，低功耗睡眠模式下電流可低至4.4uA，可以滿足設計需要。該模塊主要完成地磁傳感器的數據采集與處理和雷達傳感器的數據采集與分析，通過這兩個傳感器結合使用來獲得地磁場強度數據，即獲得車位狀態的變化。同時控制SIM7020C無線模塊進行數據的無線傳輸與上位機進行通訊的功能。

2.2 地磁傳感器模塊

地磁傳感器選用霍尼韋爾公司的HMC5883三軸地磁傳感器，該傳感器采用AMR技術，具有軸向高靈敏度和高線性精度的特點，能夠準確測量地磁場的方向和大小。當有車輛駛入或駛出車位時，該傳感器能夠精確地檢測到該車位地磁場強度變化，然后進行數據采集，并通過自身的IIC總線接口將數據發送給微控制器進行分析處理。圖2所示為地磁傳感器電路圖。

2.3 雷達傳感器模塊

雷達傳感器選用睿達科技公司推出的一款型號為AM177單通道多普勒雷達傳感器。該傳感器輸出中頻信號，需采用LM358運算放大器將中頻信號進行信號放大和濾波處理，再送到微控制器。為了使雷達傳感器能夠準確檢測到移動車輛，則需要中頻信號處理電路滿足響應速度快，靈敏度高的特點。圖3所示為雷達傳感器中頻信號處理電路。又因該傳感器的工作電流約為29mA，并不能夠滿足長時間的工作。所以，通過微控制器處理，采用周期定時的方式啟動雷達傳感器，以確保能夠使其長時間進行低功耗模式工作。

圖2 地磁傳感器電路圖

圖3 雷達傳感器中頻信號處理電路

圖4 SIM7020C無線通信模塊電路

2.4 無線模塊SIM7020C電路

本文選用芯訊通科技公司推出的SIM7020C無線通信模塊，其電路原理圖如圖4所示。SIM7020C模塊采用串口通訊方式，具有低功耗、抗干擾能力強和傳輸距離遠等特點，在休眠模式下的功耗為236uA，在PSM模式下的功耗僅為3.4uA。在電路中，采用SI2302的mos管作為該無線模塊的供電開關，當地磁傳感器和雷達傳感器進行檢測時，微控制器控制VBAT0引腳導通，從而使得SIM7020C無線模塊進入供電模式，同時分別采用100nF、1uF、220uF的組合形式進行濾除高頻干擾和儲能。為保證SIM卡與無線模塊能夠穩定運行，在卡槽接口均采用RC電路進行防護，以保證通信順暢。

圖5 主程序流程圖

3 軟件設計

車位檢測裝置軟件設計采用模塊化程序設計思想，軟件負責各功能模塊的采集和控制，實現相關參數采集、運算和傳輸。圖5所示為主程序流程圖，系統上電時首先進行系統初始化，完成地磁檢測模塊、雷達檢測模塊、無線模塊及微控制器的各項參數的配置，然后，對無線模塊進行注網配置，待注網配置成功后，進入檢測環節；微控制器周期定時開啟雷達傳感器進行檢測是否有車駛入車位或離開車位，地磁傳感器采集車位磁場強度數據進行分析，當磁場強度超過設定值時，則判斷車位有車，否則，判斷車位無車，每隔30s更新車位信息，將車位信息通過無線模塊傳輸到上位機平臺。當長時間有車和無車時，該裝置均進入低功耗運行模式，只有當有車駛入或離開時，通過微控制器的中斷喚醒該裝置進行再一次的采集信息和上傳信息。

結束語：本文設計并實現了一種基于SIM7020C和地磁傳感器的車位檢測裝置，該車位檢測裝置具有檢測準確、可靠性高和低功耗等特點。經過實際檢測表明，該裝置能夠有效地檢測車位狀態并及時將數據通過無線方式傳輸到上位機平臺，符號當前發展趨勢，實用價值明顯，適合應用于大中型停車場。