利用无线传感器的停车场使用率监控系统的设计

技术方案

我们创建的这个系统能够帮助停车场的顾客获得信息，以有效地选择停车的策略。同时，我们还需要为停车场管理员提供数据，辅助他们有效管理停车场的资源。最初的部署场所是UCLA医学楼停车场中的某一层，该停车场分为两个区域，一个供患者停车用，另一个供职工和患者用。

为了给停车场顾客提供有用的信息，该系统提供了停车场中的总车位占用数，以及更为具体的区域信息。我们在每个入口、出口和区域过渡处安放了传感器。入口和出口处的传感器，以无线方式将入口和出口的车辆数据传输到出口岗亭的中心基站。监测区域过渡点的传感器检测车流和方向，并确定车辆是否在区域间移动。传感器将数据发送到中心基站，基站将对所有的输入数据进行分析，实时提供停车场总共可用的停车位数量和每个区域的停车位数量。

　　硬件系统设计

传感器

我们使用Parallax Technologies公司的被动式红外传感器（PIR）作为主要的车辆检测器。这些传感器可以检测出物体发出的红外黑体辐射的变化，由于检测无需激活所以只需要极少的能量。这些传感器还提供了数字输出，可以配置用于在连续运动检测过程中输出脉冲或是维持高电平，在达到平衡后下降到低电平。

无线传感器节点

我们使用了三个NI WSN-3202 模拟输入节点开发我们的系统，每个节点拥有四个模拟电压输入和四个数字输出。我们将PIR传感器模块的输出连接到一个数字输入上，将传感器电池连接到模拟输入上来检测电力的消耗。同时，我们使用4个AA电池为WSN节点供电。尽管我们可以持续向基站传递原始传感器数据，但我们还是使用节点的处理能力在本地计算进出事件，以减少对基站的无线传输。本地节点可以确定汽车是否通过，而不是将原始数据发送到服务器进行处理。利用这项功能，节点只需要在检测到车辆时传递信息，从而提高电池寿命。

基站

由交流电源供电的NI cRIO-9014实时嵌入式控制器，构成了停车场出口岗亭中的基站。我们将基站通过以太网连接到UCLA的交通网中。由于ULCA的交通安全隐私政策，这些数据在网络外是无法访问到的，但是可以连接到后端的数据库服务器用于数据存储。

无线网关

利用NI WSN-9791 以太网关，我们简化了CompactRIO基站和无线传感器节点间的通信。我们在出口岗亭中安装了该网关，而在靠近岗亭的方位安装了CompactRIO控制器。交流电网为基站供能，同时连接到与CompactRIO相同的网络上。

在线数据存储

我们将从CompactRIO获得的数据实时传输到sensorbase.org数据库，它提供了用户友好的网络界面用于下载、浏览、共享和组织数据。同时，这个数据库可以提供网络服务应用层，用于开发个性化的网页，为计算机和手机用户显示停车场信息。

数据采集

首先，无线传感器节点从PIR模块采集数据。在节点上运行由NI LabVIEW Wireless Sensor Network (WSN) Module Pioneer编写的个性化VI程序，以利用WSN节点的数字I/O通知特性。当PIR模块检测到运动时，该事件将被触发，WSN节点持续对数字输入进行采样直到该输入回到低电平状态。在检测到事件后，WSN节点将向CompactRIO基站发送射频信号，显示事件已发生以及持续的时间。利用数字I/O的通知系统，并以较低得速率进行采样，我们可以最小化WSN节点开启和发送数据的时间。

WSN节点的脉冲长度数据被发送到CompactRIO基站，并根据物体通过传感器的时间进行分类，以确定是否有一辆或是几辆车还是行人经过。CompactRIO将在内部记录停车场内总的车辆数。在进出事件发生时，时间数据和总的车辆数被记录到CompactRIO内部的flash存储器中，并上传到sensorbase.org的数据库中。

在线内容

现在，我们将系统数据发送到sensorbase.org数据库中，利用内建的网络接口进行浏览、下载和图形化显示。个性化的网络应用程序还可以利用网络服务层，对数据进行访问。我们利用这些网络服务创建了简单的网络接口，图形化地显示一段时间内的数据，并提供停车场中当前总的车辆数。

能量测量

除了车辆监测数据，我们还设定每个WSN节点每隔10分钟对模拟通道进行采样，以测量传感器电池的使用情况。然后，我们将电池和链接质量数据发送到基站进行记录，并将其上传到数据库中。我们还创建了简单的网络接口，为用户提供系统的健康信息。

未来的系统扩展

在最初的安装后，我们希望对系统进行扩展，这样基站不仅可以上传信息，而且还可以从其它‘连接’的停车场下载数据，在用户所处的停车场满载时，帮助他们选择其它的停车场。扩展部署的主要目标是医学楼中的停车场和临近的停车地点。所有的停车场信息都可以在线访问，而且现场的标识可以通知顾客附近停车场可用的停车信息。

我们还计划在停车场中安装LED显示设备。这些LED可以自动更新，向进入的车辆显示可用停车位的信息，而不需要管理员手工地放置标识。

同时，我们利用NI WSN平台对停车场的使用率进行监测，经济上是可行的，而且不需要使用有线系统。