应用于NB-IoT的双模车位检测器的设计与实现

摘要

停车难已经成为城市交通管理中一大难题，在短期内建设大量停车位较为困难的情况下，如何有效利用现有的停车位资源成为了关键。随着物联网技术的发展，智能停车位检测系统被广泛用于检测停车位和提升停车效率。本文给出了一种使用NB-IoT无线通信技术，联合地磁和毫米波雷达检测停车位的方案。论文的研究内容包括：　　(1)基于地磁传感器的停车位检测。基于地磁传感器的工作原理，使用地磁传感器收集地磁数据，设计一种地磁检测算法，根据车位上地磁的变化信息来判断停车位上是否有车。完成地磁检测的软硬件设计。　　(2)毫米波雷达探测停车位。基于毫米波雷达检测汽车的原理，对毫米波雷达输出的差频信号数据进行FFT处理，提取出障碍物的频谱特征，根据频谱特征来判断车位上是否有车。完成毫米波雷达检测的软硬件设计。　　(3)地磁传感器与毫米波雷达的结合。地磁检测很容易受到周围环境的影响和干扰，在长时间工作后，周围磁场可能会发生漂移，导致地磁检测准确率下降，毫米波雷达可以探测车位上方是否有车。将地磁与毫米波雷达结合，设计了一种将地磁和毫米波雷达结合的算法并用软件实现，进行大量的实际测试，测试准确率符合设计要求。　　(4)NB-IoT技术的应用和优化。完成NB通信模块的硬件设计。由于NB-IoT的应用还不太成熟，在大规模并发时丢包率较高，本文对NB-IoT通信的发包逻辑进行了优化并用软件实现，有效降低了丢包率。经实际测试，丢包率低于1%。　　本文将最新的NB-IoT技术与双模车位检测技术结合起来，设计了一种双模车位检测器，它通过NB-IoT技术将车位状态信息传送到云平台，然后云平台将车位信息推送给车位管理平台，它能显著提高停车场的管理效率，对于缓解城市停车难也具有重要意义。

目录

声明

第1章绪论

1.1研究背景及意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2研究现状

1.2.1 基于传感器的车位检测方式的研究进展

1.2.2 基于图像识别的车位检测研究进展

1.2.3 通信技术的发展

1.3本文研究内容和结构安排

第2章停车需求分析与关键技术

2.1 停车需求分析

2.2 关键技术

2.2.1 地磁传感器检测停车位的原理

2.2.2 毫米波雷达检测停车位原理

2.2.3 NB-IoT技术

2.3 本章小结

第3章车位检测器硬件结构设计

3.1 电源模块的硬件设计

3.2 地磁传感器模块的硬件设计

3.3 毫米波雷达模块的硬件设计

3.4 通信模块的硬件设计

3.5 微控制器模块的硬件设计

3.5.1 晶振电路

3.5.2 复位电路

3.5.3 调试电路

3.6 本章小结

第4章车位检测算法和系统软件实现

4.1 系统软件总体设计

4.1.1 联合地磁和毫米波雷达的双模检测算法

4.1.2 车位检测系统总体软件设计

4.2 地磁传感器模块软件设计

4.2.1 地磁检测停车位算法设计

4.2.2 地磁传感器初始化

4.2.3 地磁传感器测量软件实现

4.3 毫米波雷达模块软件设计

4.3.1 毫米波雷达车位检测算法

4.3.2 毫米波雷达调制信号的生成

4.3.3 调制信号输出测试

4.3.4 差频信号采样

4.3.5 FFT原理和软件实现

4.3.6 毫米波雷达输出差频信号测试

4.4 通信模块软件设计

4.4.1 NB-IoT通信软件设计

4.4.2 优化发包逻辑

4.4.3 发包逻辑优化前后丢包率测试

4.5 本章小结

第5章系统测试

5.1 整机测试

5.2 性能测试

5.2.1 车位检测准确率测试

5.2.2 双模车位检测器功耗测试

5.3 本章小结

总结与展望

参考文献

致 谢

附录A（攻读学位期间发表的学术论文和软件著作权）

附录B（计算机程序）