采用NI公司的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)來監(jiān)測(cè)停車場(chǎng)的使用率

作者
Yeung lam - UCLA Center for Embedded Networked Sensing
Dr. William Kaiser - UCLA Center for Embedded Networked Sensing
Dr. Thanos Stathopoulous - UCLA Center for Embedded Networked Sensing

行業(yè)
Transportation, Research

產(chǎn)品
NI WSN-3202 (programmable), LabVIEW, NI 9791, cRIO-9014

挑戰(zhàn)
采用NI公司的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)來監(jiān)測(cè)停車場(chǎng)的使用率

解決方案
部署基于NI無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)平臺(tái)的停車場(chǎng)使用使用率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)進(jìn)出停車場(chǎng)的事件，將數(shù)據(jù)以無線方式傳輸?shù)絅I CompactRIO基站，對(duì)信息進(jìn)行處理并發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)可以訪問到的數(shù)據(jù)庫。

"許多停車場(chǎng)使用率監(jiān)控系統(tǒng)需要在建造過程中安裝。而在現(xiàn)有的停車場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)這類系統(tǒng)通常安裝過程非常復(fù)雜。同時(shí)，這類系統(tǒng)采集到的信息通常受到停車場(chǎng)本身結(jié)構(gòu)的限制。我們能夠采集數(shù)據(jù)，但是卻沒有統(tǒng)一而集中數(shù)據(jù)訪問協(xié)議。"

許多停車場(chǎng)使用率監(jiān)控系統(tǒng)需要在建造過程中安裝。而在現(xiàn)有的停車場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)這類系統(tǒng)通常安裝過程非常復(fù)雜。同時(shí)，這類系統(tǒng)采集到的信息通常受到停車場(chǎng)本身結(jié)構(gòu)的限制。我們能夠采集數(shù)據(jù)，但是卻沒有統(tǒng)一而集中數(shù)據(jù)訪問協(xié)議。

我們實(shí)現(xiàn)了一個(gè)低成本、易于安裝的停車場(chǎng)使用率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成了在線數(shù)據(jù)庫提供了本地和遠(yuǎn)程的停車空間信息。并可利用計(jì)算機(jī)和手機(jī)在線訪問的方式，為進(jìn)入的車輛提供了可用的停車信息。

技術(shù)方案

我們創(chuàng)建的這個(gè)系統(tǒng)能夠幫助停車場(chǎng)的顧客獲得信息，以有效地選擇停車的策略。同時(shí)，我們還需要為停車場(chǎng)管理員提供數(shù)據(jù)，輔助他們有效管理停車場(chǎng)的資源。較初的部署場(chǎng)所是UCLA醫(yī)學(xué)樓停車場(chǎng)中的某一層，該停車場(chǎng)分為兩個(gè)區(qū)域，一個(gè)供患者停車用，另一個(gè)供職工和患者用。

為了給停車場(chǎng)顧客提供有用的信息，該系統(tǒng)提供了停車場(chǎng)中的總車位占用數(shù)，以及更為具體的區(qū)域信息。我們?cè)诿總�(gè)入口、出口和區(qū)域過渡處安放了傳感器。入口和出口處的傳感器，以無線方式將入口和出口的車輛數(shù)據(jù)傳輸?shù)匠隹趰復(fù)さ闹行幕�站。監(jiān)測(cè)區(qū)域過渡點(diǎn)的傳感器檢測(cè)車流和方向，并確定車輛是否在區(qū)域間移動(dòng)。傳感器將數(shù)據(jù)發(fā)送到中心基站，基站將對(duì)所有的輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)時(shí)提供停車場(chǎng)總共可用的停車位數(shù)量和每個(gè)區(qū)域的停車位數(shù)量。

硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

傳感器

我們使用Parallax Technologies公司的被動(dòng)式紅外傳感器（PIR）作為主要的車輛檢測(cè)器。這些傳感器可以檢測(cè)出物體發(fā)出的紅外黑體輻射的變化，由于檢測(cè)無需激活所以只需要極少的能量。這些傳感器還提供了數(shù)字輸出，可以配置用于在連續(xù)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)過程中輸出脈沖或是維持高電平，在達(dá)到平衡后下降到低電平。

無線傳感器節(jié)點(diǎn)

我們使用了三個(gè)NI WSN-3202 模擬輸入節(jié)點(diǎn)開發(fā)我們的系統(tǒng)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有四個(gè)模擬電壓輸入和四個(gè)數(shù)字輸出。我們將PIR傳感器模塊的輸出連接到一個(gè)數(shù)字輸入上，將傳感器電池連接到模擬輸入上來檢測(cè)電力的消耗。同時(shí)，我們使用4個(gè)AA電池為WSN節(jié)點(diǎn)供電。盡管我們可以持續(xù)向基站傳遞原始傳感器數(shù)據(jù)，但我們還是使用節(jié)點(diǎn)的處理能力在本地計(jì)算進(jìn)出事件，以減少對(duì)基站的無線傳輸。本地節(jié)點(diǎn)可以確定汽車是否通過，而不是將原始數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器進(jìn)行處理。利用這項(xiàng)功能，節(jié)點(diǎn)只需要在檢測(cè)到車輛時(shí)傳遞信息，從而提高電池壽命。

基站

由交流電源供電的NI cRIO-9014實(shí)時(shí)嵌入式控制器，構(gòu)成了停車場(chǎng)出口崗?fù)ぶ械幕�站。我們將基站通過以太網(wǎng)連接到UCLA的交通網(wǎng)中。由于ULCA的交通安全隱私政策，這些數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)外是無法訪問到的，但是可以連接到后端的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

無線網(wǎng)關(guān)

利用NI WSN-9791 以太網(wǎng)關(guān)，我們簡(jiǎn)化了CompactRIO基站和無線傳感器節(jié)點(diǎn)間的通信。我們?cè)诔隹趰復(fù)ぶ邪惭b了該網(wǎng)關(guān)，而在靠近崗?fù)さ姆轿话惭b了CompactRIO控制器。交流電網(wǎng)為基站供能，同時(shí)連接到與CompactRIO相同的網(wǎng)絡(luò)上。

在線數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

我們將從CompactRIO獲得的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)絪ensorbase.org數(shù)據(jù)庫，它提供了用戶友好的網(wǎng)絡(luò)界面用于下載、瀏覽、共享和組織數(shù)據(jù)。同時(shí)，這個(gè)數(shù)據(jù)庫可以提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)應(yīng)用層，用于開發(fā)個(gè)性化的網(wǎng)頁，為計(jì)算機(jī)和手機(jī)用戶顯示停車場(chǎng)信息。

軟件構(gòu)架

數(shù)據(jù)采集

首先，無線傳感器節(jié)點(diǎn)從PIR模塊采集數(shù)據(jù)。在節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行由NI LabVIEW Wireless Sensor Network (WSN) Module Pioneer編寫的個(gè)性化VI程序，以利用WSN節(jié)點(diǎn)的數(shù)字I/O通知特性。當(dāng)PIR模塊檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)時(shí)，該事件將被觸發(fā)，WSN節(jié)點(diǎn)持續(xù)對(duì)數(shù)字輸入進(jìn)行采樣直到該輸入回到低電平狀態(tài)。在檢測(cè)到事件后，WSN節(jié)點(diǎn)將向CompactRIO基站發(fā)送射頻信號(hào)，顯示事件已發(fā)生以及持續(xù)的時(shí)間。利用數(shù)字I/O的通知系統(tǒng)，并以較低得速率進(jìn)行采樣，我們可以較小化WSN節(jié)點(diǎn)開啟和發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)間。

WSN節(jié)點(diǎn)的脈沖長(zhǎng)度數(shù)據(jù)被發(fā)送到CompactRIO基站，并根據(jù)物體通過傳感器的時(shí)間進(jìn)行分類，以確定是否有一輛或是幾輛車還是行人經(jīng)過。CompactRIO將在內(nèi)部記錄停車場(chǎng)內(nèi)總的車輛數(shù)。在進(jìn)出事件發(fā)生時(shí)，時(shí)間數(shù)據(jù)和總的車輛數(shù)被記錄到CompactRIO內(nèi)部的flash存儲(chǔ)器中，并上傳到sensorbase.org的數(shù)據(jù)庫中。

在線內(nèi)容

現(xiàn)在，我們將系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)送到sensorbase.org數(shù)據(jù)庫中，利用內(nèi)建的網(wǎng)絡(luò)接口進(jìn)行瀏覽、下載和圖形化顯示。個(gè)性化的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序還可以利用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)層，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問。我們利用這些網(wǎng)絡(luò)服務(wù)創(chuàng)建了簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)接口，圖形化地顯示一段時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)，并提供停車場(chǎng)中當(dāng)前總的車輛數(shù)。

能量測(cè)量

除了車輛監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，我們還設(shè)定每個(gè)WSN節(jié)點(diǎn)每隔10分鐘對(duì)模擬通道進(jìn)行采樣，以測(cè)量傳感器電池的使用情況。然后，我們將電池和鏈接質(zhì)量數(shù)據(jù)發(fā)送到基站進(jìn)行記錄，并將其上傳到數(shù)據(jù)庫中。我們還創(chuàng)建了簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)接口，為用戶提供系統(tǒng)的健康信息。

未來的系統(tǒng)擴(kuò)展

在較初的安裝后，我們希望對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，這樣基站不僅可以上傳信息，而且還可以從其它‘連接’的停車場(chǎng)下載數(shù)據(jù)，在用戶所處的停車場(chǎng)滿載時(shí)，幫助他們選擇其它的停車場(chǎng)。擴(kuò)展部署的主要目標(biāo)是醫(yī)學(xué)樓中的停車場(chǎng)和臨近的停車地點(diǎn)。所有的停車場(chǎng)信息都可以在線訪問，而且現(xiàn)場(chǎng)的標(biāo)識(shí)可以通知顧客附近停車場(chǎng)可用的停車信息。

我們還計(jì)劃在停車場(chǎng)中安裝LED顯示設(shè)備。這些LED可以自動(dòng)更新，向進(jìn)入的車輛顯示可用停車位的信息，而不需要管理員手工地放置標(biāo)識(shí)。

同時(shí)，我們利用NI WSN平臺(tái)對(duì)停車場(chǎng)的使用率進(jìn)行監(jiān)測(cè)，經(jīng)濟(jì)上是可行的，而且不需要使用有線系統(tǒng)。

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