基于智能紅外遙感的車庫(kù)車輛自動(dòng)識(shí)別引導(dǎo)管理系統(tǒng)

葉晶晶++楊潔

摘 要： 設(shè)計(jì)一種基于智能紅外遙感的車庫(kù)車輛自動(dòng)識(shí)別引導(dǎo)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)中的智能紅外遙感控制器與車輛超高檢測(cè)器、車輛自動(dòng)識(shí)別引導(dǎo)器直接相連，是系統(tǒng)的控制核心，對(duì)于不符合入庫(kù)要求的車輛，其將傳遞車輛信息給管理人員。車輛進(jìn)入車庫(kù)前，車輛超高檢測(cè)器將進(jìn)行車輛高度檢測(cè)，禁止超高車輛入內(nèi)。車輛自動(dòng)識(shí)別引導(dǎo)器根據(jù)臨時(shí)用戶、長(zhǎng)期用戶和無效用戶的車輛識(shí)別和引導(dǎo)流程圖，對(duì)進(jìn)入到車庫(kù)的車輛進(jìn)行識(shí)別，給出路線引導(dǎo)方案。路線引導(dǎo)方案將通過智能紅外遙感控制器傳輸?shù)接脩糗囕v中實(shí)現(xiàn)智能引導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該設(shè)計(jì)系統(tǒng)的能耗少、引導(dǎo)效率高、有效性強(qiáng)。

關(guān)鍵詞： 智能紅外遙感； 車庫(kù)； 車輛自動(dòng)識(shí)別； 引導(dǎo)管理系統(tǒng)

中圖分類號(hào)： TN96?34； TP315 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2017）09?0132?04

Abstract： A garage′s vehicle automatic identification and guiding management system based on intelligent infrared remote sensing was designed. The intelligent infrared remote sensing controller is connected with the vehicle ultra?high detector and automatic identification guiding device directly in the system， which is the control core of the system. If the vehicle can′t conform to the garage requirements for entrance， its information will be transmitted to manager. When the car accesses into the garage， the vehicle ultra?high detector will detect the height of the car to forbid the ultra?high vehicles to entrance into the garage. The vehicle automatic identification guiding device recognizes the vehicles entrancing into the garage according to the vehicle identification of the casual user， long?term user and invalid user， and the guiding flow chart， and gives the route guidance scheme. The route guidance scheme is transmitted to the user′s vehicle by means of the intelligent infrared remote sensing controller to realize the intelligent guidance. The experimental result shows that the system has the advantages of small energy consumption， high guidance efficiency and high availability.

Keywords： intelligent infrared remote sensing； garage； vehicle automatic identification； guiding management system

0 引 言

改革開放以來，我國(guó)國(guó)民的生活水平不斷提升，汽車逐漸走入國(guó)民家庭，車庫(kù)也成為一項(xiàng)重點(diǎn)建設(shè)工程。據(jù)統(tǒng)計(jì)，小區(qū)車庫(kù)應(yīng)滿足每戶家庭0.8 m2的停車面積，才能保證車輛的安全流通[1]。但現(xiàn)有車庫(kù)的實(shí)際停車面積往往都低于0.8 m2，為解決這一矛盾，需要借助車庫(kù)車輛自動(dòng)識(shí)別引導(dǎo)管理系統(tǒng)對(duì)車庫(kù)資源進(jìn)行合理利用，改善車輛流通擁擠狀況[2?3]。

為了解決當(dāng)前系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中產(chǎn)生的各種問題，需要通過更加智能化的手段實(shí)現(xiàn)車庫(kù)中車輛流通的最大化優(yōu)化，并同時(shí)保證設(shè)計(jì)成本和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用能夠被普通企業(yè)負(fù)擔(dān)得起。為此，設(shè)計(jì)基于智能紅外遙感的車庫(kù)車輛自動(dòng)識(shí)別引導(dǎo)管理系統(tǒng)。

1 智能紅外遙感的車庫(kù)車輛自動(dòng)識(shí)別引導(dǎo)管理

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

基于智能紅外遙感的車庫(kù)車輛自動(dòng)識(shí)別引導(dǎo)管理系統(tǒng)的主要組成包括：智能紅外遙感控制器、車輛超高檢測(cè)器和車輛自動(dòng)識(shí)別引導(dǎo)器。三者通過排針、排母相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和功能的交互。

1.1 智能紅外遙感控制器設(shè)計(jì)

智能紅外遙感是一種無線通信技術(shù)，能夠利用紅外遙感信號(hào)對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，給出目標(biāo)物體信息[4]。這種技術(shù)不與目標(biāo)物體進(jìn)行直接接觸，應(yīng)用起來十分方便。

智能紅外遙感的優(yōu)點(diǎn)很多，它能夠同時(shí)進(jìn)行多個(gè)目標(biāo)物體的識(shí)別和信息讀取，穿透力強(qiáng)，具有一定的抗黑客入侵能力，最大存儲(chǔ)量可達(dá)兆字節(jié)；對(duì)目標(biāo)物體的體積和質(zhì)量不做限制，因此可將目標(biāo)物體信息存于紅外遙感卡片上，方便用戶隨身攜帶，紅外遙感卡片也可重復(fù)利用，并且卡片中的信息是能夠進(jìn)行修改和刪除等更新操作的；智能紅外遙感控制器的使用壽命長(zhǎng)、耗能少，具有防潮、防腐蝕的特點(diǎn)。

智能紅外遙感控制器是基于智能紅外遙感的車庫(kù)車輛自動(dòng)識(shí)別引導(dǎo)管理系統(tǒng)的核心，被安置在車庫(kù)感應(yīng)入口，車輛超高檢測(cè)器和車輛自動(dòng)識(shí)別引導(dǎo)器均與它相連，并依附于智能紅外遙感控制器進(jìn)行工作[5]。系統(tǒng)中智能紅外遙感控制器使用的芯片型號(hào)為nRF937。nRF937芯片的工作電壓為1.5～3.0 V，能耗極低，工作頻域?yàn)?00～1 000 MHz，具體配置見表1。在基于智能紅外遙感的車庫(kù)車輛自動(dòng)識(shí)別引導(dǎo)管理系統(tǒng)中，智能紅外遙感控制器將在433 MHz頻域中工作。

1.2 車輛超高檢測(cè)器設(shè)計(jì)

為保證車輛流通安全，進(jìn)入車庫(kù)車輛的高度必須進(jìn)行檢測(cè)，并且，在車輛未進(jìn)入車庫(kù)高度限制門之前，車輛超高檢測(cè)器必須實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛高度的完整檢測(cè)[6]。車輛超高檢測(cè)器被安置在車庫(kù)入口的高度限制門正頂端，它由紅外傳感器、單片微控制器和警報(bào)鈴構(gòu)成，紅外傳感器與智能紅外遙感控制器相連接，如圖1所示。

圖1中，車輛超高檢測(cè)器使用單片微控制器控制紅外傳感器對(duì)車輛高度進(jìn)行感應(yīng)，感應(yīng)距離被設(shè)置為10 m。感應(yīng)到的數(shù)據(jù)將進(jìn)行雙向傳播，智能紅外遙感控制器和單片微控制器均能對(duì)車輛高度數(shù)據(jù)進(jìn)行接收[7]。單片微控制器的型號(hào)是STC12LE5A60S2，這是一款8051系列單片微控制器，內(nèi)部配備了大容量多媒體存儲(chǔ)器，可進(jìn)行數(shù)據(jù)加密和控制程序手動(dòng)寫入，處理性能十分優(yōu)異。

STC12LE5A60S2接收到車輛高度數(shù)據(jù)并分析后，將高度不符合規(guī)定的數(shù)據(jù)標(biāo)記出來，并同時(shí)亮起警報(bào)鈴，隨后控制警報(bào)鈴對(duì)車輛發(fā)出禁入命令。警報(bào)鈴工作時(shí)，超高車輛與車庫(kù)高度限制門的距離[8]為8 m。若超高車輛無視警告，在超高車輛與車庫(kù)高度限制門的距離小于2 m時(shí)，STC12LE5A60S2將經(jīng)由智能紅外遙感控制器向車庫(kù)管理人員發(fā)出警報(bào)，動(dòng)用車庫(kù)警衛(wèi)力量前來處理。

1.3 車輛自動(dòng)識(shí)別引導(dǎo)器設(shè)計(jì)

當(dāng)未超高車輛通過車庫(kù)高度限制門后，基于智能紅外遙感的車庫(kù)車輛自動(dòng)識(shí)別引導(dǎo)管理系統(tǒng)會(huì)在第一時(shí)間調(diào)用車輛自動(dòng)識(shí)別引導(dǎo)器，進(jìn)行車輛的車型自動(dòng)識(shí)別和流向引導(dǎo)。車輛自動(dòng)識(shí)別引導(dǎo)器的主設(shè)備被安置在車庫(kù)感應(yīng)入口，與智能紅外遙感控制器并排連接，從設(shè)備被安置在車庫(kù)內(nèi)部轉(zhuǎn)彎處。

車輛自動(dòng)識(shí)別引導(dǎo)器的主設(shè)備負(fù)責(zé)進(jìn)行車輛車型的識(shí)別，給出不同車型的初次引導(dǎo)路線。從設(shè)備負(fù)責(zé)在轉(zhuǎn)彎處進(jìn)行車輛細(xì)節(jié)引導(dǎo)，為用戶選擇有效車位，并給出車輛出庫(kù)路線引導(dǎo)方案。車輛自動(dòng)識(shí)別引導(dǎo)器的電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。

由圖2可知，車輛自動(dòng)識(shí)別引導(dǎo)器也使用了STC12LE5A60S2進(jìn)行內(nèi)部電路的整體控制。此時(shí)，STC12LE5A60S2主要進(jìn)行的是電平轉(zhuǎn)換控制，為車輛自動(dòng)識(shí)別引導(dǎo)器提供穩(wěn)定電壓[9]。車輛自動(dòng)識(shí)別引導(dǎo)器提供的功能是智能紅外遙感信息讀取、車位信息上傳、路線引導(dǎo)方案的無線上傳與修正以及路線引導(dǎo)方案顯示。車輛自動(dòng)識(shí)別引導(dǎo)器的主、從設(shè)備給出的路線引導(dǎo)方案均將通過智能紅外遙感控制器傳輸?shù)接脩糗囕v實(shí)現(xiàn)智能引導(dǎo)。

2 智能紅外遙感的車庫(kù)車輛自動(dòng)識(shí)別引導(dǎo)管理

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

能夠進(jìn)入車庫(kù)的用戶分為臨時(shí)用戶和長(zhǎng)期用戶，這兩種用戶進(jìn)入車庫(kù)的憑證是不同的。憑證被安裝在用戶車輛上，智能紅外遙感控制器會(huì)對(duì)憑證進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，區(qū)分憑證持有者身份[10]。另外，還有一種無效用戶，其憑證大多數(shù)是偽造或變?cè)斓?，是不允許進(jìn)入車庫(kù)的。車輛自動(dòng)識(shí)別和引導(dǎo)流程圖如圖3所示，可知，基于智能紅外遙感的車庫(kù)車輛自動(dòng)識(shí)別引導(dǎo)管理系統(tǒng)會(huì)為臨時(shí)用戶分配臨時(shí)車位，長(zhǎng)期用戶由于擁有固定車位，系統(tǒng)會(huì)直接選擇出進(jìn)入車位的最佳路線，這些流程均通過車輛自動(dòng)識(shí)別引導(dǎo)器進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。對(duì)于無效用戶，系統(tǒng)在提示禁止入內(nèi)的同時(shí)，也會(huì)使用智能紅外遙感控制器把持有無效憑證的車輛信息傳輸給車庫(kù)管理人員，方便進(jìn)行車庫(kù)管理工作。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)使用Matlab 7.0工具對(duì)本文設(shè)計(jì)的基于智能紅外遙感的車庫(kù)車輛自動(dòng)識(shí)別引導(dǎo)管理系統(tǒng)進(jìn)行性能分析，分析項(xiàng)目為系統(tǒng)的能耗、引導(dǎo)效率和有效性。

3.1 系統(tǒng)能耗分析

使用Matlab 7.0工具設(shè)置系統(tǒng)能耗分析實(shí)驗(yàn)參數(shù)，如表2所示。

車庫(kù)車輛自動(dòng)識(shí)別引導(dǎo)管理系統(tǒng)在使用過程中不但要在整體上維持低能耗運(yùn)轉(zhuǎn)，也要保證通信節(jié)點(diǎn)初始能量不會(huì)被消耗殆盡。

為了更直觀地分析本文系統(tǒng)能耗，實(shí)驗(yàn)將本文系統(tǒng)與文獻(xiàn)[3?4]系統(tǒng)的整體能耗和通信節(jié)點(diǎn)能量消耗情況進(jìn)行對(duì)比，如圖4，圖5所示。

對(duì)比圖4，圖5可知，文獻(xiàn)[3]系統(tǒng)的能耗要遠(yuǎn)高于文獻(xiàn)[4]系統(tǒng)和本文系統(tǒng)。文獻(xiàn)[4]系統(tǒng)的能耗雖低，但通信節(jié)點(diǎn)能量消耗曲線在實(shí)驗(yàn)后期斜率過大，存在通信節(jié)點(diǎn)初始能量被消耗殆盡的情況。本文系統(tǒng)則能夠在保證通信節(jié)點(diǎn)初始能量不會(huì)被消耗殆盡的情況下，使用低能耗進(jìn)行車庫(kù)車輛自動(dòng)識(shí)別和引導(dǎo)的管理工作。

3.2 系統(tǒng)引導(dǎo)效率分析

在系統(tǒng)能耗分析實(shí)驗(yàn)的參數(shù)條件下，輸出本文系統(tǒng)、文獻(xiàn)[3?4]系統(tǒng)進(jìn)行8臺(tái)不同類型車輛自動(dòng)識(shí)別引導(dǎo)工作的引導(dǎo)時(shí)間，如表3所示。由表3易知，本文系統(tǒng)的引導(dǎo)效率最佳。

3.3 系統(tǒng)有效性分析

車庫(kù)車輛自動(dòng)識(shí)別引導(dǎo)管理系統(tǒng)的有效性表現(xiàn)在系統(tǒng)對(duì)車輛識(shí)別的準(zhǔn)確率上。將系統(tǒng)引導(dǎo)效率分析實(shí)驗(yàn)中，本文系統(tǒng)、文獻(xiàn)[3?4]系統(tǒng)對(duì)8臺(tái)車輛的識(shí)別結(jié)果與車輛實(shí)際情況進(jìn)行對(duì)比，給出系統(tǒng)車輛識(shí)別準(zhǔn)確率，并繪制在圖6中。由圖6可知，本文系統(tǒng)的車輛識(shí)別準(zhǔn)確率曲線處于最高處，具有有效性強(qiáng)的特點(diǎn)。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了基于智能紅外遙感的車庫(kù)車輛自動(dòng)識(shí)別引導(dǎo)管理系統(tǒng)，系統(tǒng)以智能紅外遙感控制器為核心，在最大限度保證車輛流通安全性的同時(shí)，進(jìn)行了全面、穩(wěn)定的車庫(kù)管理工作。系統(tǒng)主要由智能紅外遙感控制器、車輛超高檢測(cè)器和車輛自動(dòng)識(shí)別引導(dǎo)器組成，智能紅外遙感控制器的芯片是nRF937，車輛超高檢測(cè)器由紅外傳感器、STC12LE5A60S2單片微控制器和警報(bào)鈴組成。使用Matlab 7.0工具對(duì)本文系統(tǒng)進(jìn)行分析，結(jié)果表明，本文系統(tǒng)的各項(xiàng)性能均要高于其他對(duì)比實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

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