專利名稱：超聲波車位信息采集器及超聲波車位信息采集方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及停車場空余車位信息的自動化采集，更具體地說是涉及一種超聲波車位信息采集器及超聲波車位信息采集方法。
背景技術(shù)：
隨著城市居民汽車保有量的迅猛增加，在擁擠的市區(qū)里汽車與停車位之間的矛盾越來越突出。如果能實(shí)時(shí)掌握空置停車位的數(shù)量及位置信息，可以幫助停車場管理人員更充分、高效地利用有限的車位資源。現(xiàn)在技術(shù)文獻(xiàn)公開的車位信息采集器，大多采用有超聲波發(fā)射/接收套件，是利用在車位有車和無車狀態(tài)下超聲波發(fā)射后遇到障礙物反射回來的時(shí)間不同的原理，作出車位上有車/無車的判斷。利用超聲波采集車位信息，檢測原理和技術(shù)方案簡單，采集到的信 息實(shí)時(shí)性強(qiáng)。不過，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)公開的超聲波車位信息采集器大多采用一對超聲波發(fā)射/接收器進(jìn)行測量，其測量量程固定單一、切換量程需要手動更改檔位；也有使用兩對超聲波發(fā)射/接收器、并為每一對探頭各配置一套參數(shù)以實(shí)現(xiàn)多量程測量的技術(shù)方案，但由于采用兩對超聲波發(fā)射/接收器導(dǎo)致需要使用兩路信號處理電路，元件數(shù)量較多、成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，即在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、只使用一套超聲波發(fā)射/接收器件即可適用于不同量程間切換測量的超聲波車位信息采集器及超聲波車位信息采集方法。(—)本發(fā)明超聲波車位信息米集器的技術(shù)方案本超聲波車位信息采集器主要包括有單片機(jī)、與所述單片機(jī)相連的超聲波信號發(fā)射電路和超聲波信號接收電路；所述超聲波信號發(fā)射電路中包括采用有超聲波發(fā)射器件；所述超聲波信號接收電路包括有順序相連的超聲波接收器件、信號放大電路、比較整形電路；所述比較整形電路的信號輸出端與單片機(jī)的相應(yīng)中斷口相連；所述超聲波發(fā)射器件和接收器件，設(shè)在停車場目標(biāo)車位的上方；所述比較整形電路采用的是兩路比較整形電路每路比較整形電路中均包括有一比較器；兩個(gè)比較器的同相輸入端均與所述信號放大電路的信號輸出端相連，兩個(gè)比較器的反相輸入端各自通過連接上、下偏置電阻設(shè)置有不同的反相輸入端比較電平，兩個(gè)比較器的輸出端分別連接至所述單片機(jī)的中斷口 I和中斷口 II ;其中，所述中斷口 I的優(yōu)先級高于中斷口 II，同時(shí)，所述各比較器反相輸入端上、下偏置電阻的參數(shù)選擇，應(yīng)使得與所述中斷口 I相連的那一路比較整形電路的比較器反相輸入端比較電平高于與中斷口 II相連的那一路比較整形電路的比較器反相輸入端比較電平；本車位信息采集器，采用所述單片機(jī)的CAN通信接口或相應(yīng)I/O 口作為采集到的車位信息數(shù)據(jù)的輸出端。其中，所述超聲波信號發(fā)射電路可采用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)，在此不再贅述。
(二)本發(fā)明超聲波車位信息采集方法的技術(shù)方案本發(fā)明超聲波車位信息采集方法具體適用于如下超聲波車位信息采集系統(tǒng)并包括采用如下車位信息采集步驟(I)所述超聲波車位信息采集系統(tǒng)，包括有設(shè)置在停車場各車位的超聲波車位信息采集器；所述超聲波車位信息采集器采用上述(一)中的超聲波車位信息采集器技術(shù)方案；各所述超聲波車位信息采集器通過其CAN通信接口經(jīng)由CAN局域網(wǎng)與上位機(jī)相連；(2)所述車位信息采集步驟包括有步驟I、到了系統(tǒng)設(shè)定的車位信息采集時(shí)間或收到上位機(jī)發(fā)來的車位信息采集指令后，所述超聲波車位信息采集器中的單片機(jī)屏蔽所述中斷口 I，同時(shí)啟動定時(shí)器I和定時(shí)器II;所述定時(shí)器I用于控制所述超聲波信號發(fā)射電路發(fā)射指定時(shí)長的超聲波信號，所述定時(shí)器II用于計(jì)時(shí)；
步驟2、反射回來的超聲波信號經(jīng)放大及比較整形后，通過所述中斷口 II觸發(fā)單片機(jī)進(jìn)入中斷程序；所述定時(shí)器II中止計(jì)時(shí)，轉(zhuǎn)至步驟5 ；步驟3、如果所述定時(shí)器II到了某一設(shè)定時(shí)間時(shí)，所述中斷口 II仍未觸發(fā)單片機(jī)進(jìn)入中斷程序，則屏蔽所述中斷口 II，打開所述中斷口 I，并再次啟動定時(shí)器I，同時(shí)，定時(shí)器II清零并重新啟動；步驟4、反射回來的超聲波信號經(jīng)放大及比較整形后，通過所述中斷口 I觸發(fā)單片機(jī)進(jìn)入中斷程序，同時(shí)，所述定時(shí)器II中止計(jì)時(shí)；步驟5、單片機(jī)CPU根據(jù)定時(shí)器II中記錄的時(shí)間，計(jì)算出反射面與超聲波發(fā)射器件之間的距離；步驟6、單片機(jī)CPU將計(jì)算結(jié)果與系統(tǒng)預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，作出車位狀態(tài)判斷，并通過單片機(jī)的CAN通信接口向上位機(jī)報(bào)送該判斷結(jié)果；返回。采用如上超聲波車位信息采集方案，通過對兩個(gè)比較器的反相輸入端設(shè)置不同的比較電平，并利用單片機(jī)不同中斷口的優(yōu)先級，可實(shí)現(xiàn)對不同超聲波量程的車位信息進(jìn)行自動選擇采集反相輸入端比較電平較高且中斷口優(yōu)先級較低(即中斷口 II)的那一路比較整形電路，適用于測量距離較近的反射面；反相輸入端比較電平較低且中斷口優(yōu)先級較高(即中斷口 I)的那一路比較整形電路，適用于測量距離較遠(yuǎn)的反射面。通過配合軟件進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置，可隨時(shí)調(diào)整采用任一路進(jìn)行車位信息采集，還可默認(rèn)先啟動短距情形下的采集，采集不成功時(shí)再啟動長距情形下的采集。在超聲波收發(fā)器件性能可能下降、外界對超聲波檢測的干擾可能較大等情形下，該采集方案由于能實(shí)現(xiàn)自動換量程進(jìn)行采集，尤能顯其優(yōu)勢。上述方案中，由于各超聲波車位信息采集器是通過CAN局域網(wǎng)與上位機(jī)相連，為便于通信及管理，需要對各超聲波車位信息采集器在所處CAN局域網(wǎng)中的通信地址進(jìn)行設(shè)定?，F(xiàn)有技術(shù)中，該通信地址通常是用撥碼開關(guān)以二進(jìn)制碼的方式進(jìn)行配置，由于二進(jìn)制碼普通人難以記憶，在配置時(shí)容易撥錯(cuò)，極易造成超聲波車位信息采集器的通信地址沖突。本發(fā)明人設(shè)計(jì)采用如下方法對各超聲波車位信息采集器在所處CAN局域網(wǎng)中的通信地址進(jìn)行設(shè)定，其具體步驟包括有步驟I、需要設(shè)定某一超聲波車位信息采集器在所處CAN局域網(wǎng)中的通信地址時(shí)，先將該超聲波車位信息采集器重新上電或復(fù)位，然后向上位機(jī)提交通信地址設(shè)定請求；
步驟II、收到上位機(jī)許可或經(jīng)過一定時(shí)間間隔后，該超聲波車位信息采集器中的單片機(jī)讀取通信地址存儲區(qū)中的信息，結(jié)合單片機(jī)的唯一標(biāo)識符一起上報(bào)給上位機(jī)；步驟III、上位機(jī)搜索內(nèi)部數(shù)據(jù)庫，查詢所傳來的通信地址是否已被占用；
如果未被占用，則記錄下該超聲波車位信息采集器傳來的單片機(jī)唯一標(biāo)識符，并將該通信地址與該單片機(jī)唯一標(biāo)識符相匹配，同時(shí)，通知該超聲波車位信息采集器擁有該通信地址的授權(quán)；如果該通信地址已被占用，則上位機(jī)核對數(shù)據(jù)庫中該通信地址對應(yīng)的單片機(jī)唯一標(biāo)識符是否與超聲波車位信息采集器此次傳來的單片機(jī)唯一標(biāo)識符匹配；如匹配，則通知該超聲波車位信息采集器擁有該通信地址的授權(quán)；如不匹配，則上位機(jī)查詢數(shù)據(jù)庫并獲取一個(gè)未被占用的通信地址，在數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)位置記錄下該超聲波車位信息采集器傳來的唯一標(biāo)識符，將該標(biāo)識符與新通信地址相匹配，并通知該超聲波車位信息采集器擁有該新通信地址的授權(quán)；步驟IV、超聲波車位信息采集器的單片機(jī)接收到新通信地址的授權(quán)后，將該通信地址保存到通信地址存儲區(qū)；步驟V、結(jié)束。采用如上方法，顯然可以方便、快捷、高效地實(shí)現(xiàn)各超聲波車位信息采集器通信地址的自動設(shè)定。為方便調(diào)試等需要，還可以在所述步驟I與步驟II之間，包括增加如下步驟，以方便技術(shù)人員通過內(nèi)置軟件為該超聲波車位信息采集器分配通信地址al.超聲波車位信息采集器的單片機(jī)啟動定時(shí)器倒計(jì)時(shí)；a2.上位機(jī)通過內(nèi)置軟件為該超聲波車位信息采集器分配通信地址，并將該通信地址授權(quán)給超聲波車位信息采集器；轉(zhuǎn)到步驟IV ；同時(shí)，超聲波車位信息采集器的單片機(jī)判斷倒計(jì)時(shí)是否結(jié)束；如未結(jié)束，繼續(xù)等待;a3.若倒計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)，所述超聲波車位信息采集器仍未收到上位機(jī)的新通信地址的授權(quán)，轉(zhuǎn)到步驟II ;若倒計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)，所述超聲波車位信息采集器已收到上位機(jī)的新通信地址的授權(quán)，轉(zhuǎn)到步驟V。通過以上方案，可以實(shí)現(xiàn)超聲波車位信息采集器的通信地址與車位的綁定管理。為避免通信地址被分配出去，還可通過程序作如下設(shè)置在完成某一超聲波車位信息采集器的通信地址設(shè)定后，在進(jìn)行下一次設(shè)定前該通信地址將維持不變。此外，在現(xiàn)有的超聲波車位信息采集電路中，超聲波接收器件與后級的濾波器或者放大電路通常采用直接相連；采用這樣的前后級直接相連方式，由于超聲波接收器件的輸出為高阻，會造成一部分的信號能量損耗在前級的輸出電阻中，這也是影響超聲波車位信息采集準(zhǔn)確度的一個(gè)重要原因。針對于此，本發(fā)明人還對本發(fā)明的上述技術(shù)方案作了進(jìn)一步優(yōu)化在所述超聲波車位信息采集器的超聲波接收器件與信號放大電路之間，還包括設(shè)有電壓跟隨電路；所述電壓跟隨電路，包括有一運(yùn)放；該運(yùn)放的同相輸入端與所述超聲波接收器件的信號輸出端的其中一極相連，該運(yùn)放的信號輸出端同時(shí)與所述信號放大電路的信號輸入端及該運(yùn)放的反相輸入端相連；所述同相輸入端上還連接有上、下偏置電阻；所述超聲波接收器件的信號輸出端另一極接地。采用此方案，避免了現(xiàn)有技術(shù)中超聲波接收器件直接與后級的濾波/放大電路采用直接連接時(shí)，由于超聲波接收器件為高阻輸出而導(dǎo)致部分信號能量損耗在前級的輸出電阻上，造成無謂能耗的情形發(fā)生，同時(shí)信號能量的節(jié)省顯然還有助于提高超聲波接收器件的靈敏度。當(dāng)信號放大電路中采用有源帶通濾波器時(shí)，由于超聲波接收器件輸出阻抗較高，加設(shè)本電壓跟隨電路還有助于為有源帶通濾波器提聞輸入阻抗?？紤]到在停車場進(jìn)行工程安裝時(shí)需安裝的超聲波車位信息采集器數(shù)量較多，此時(shí)難免會出現(xiàn)采集器接錯(cuò)線的情形，萬一電源線接反，極易造成整條供電線路上的所有超聲波車位信息采集器短路，由于不利于排查，嚴(yán)重時(shí)甚至可能燒壞同一供電線路上的所有超聲波車位信息采集器，因此，作為對上述超聲波車位信息采集器技術(shù)方案的改進(jìn)，所述單片機(jī)的電源輸入端與所述單片機(jī)的供電直流電源之間，還可以增加串接有電源輸入保護(hù)電路。該電源輸入保護(hù)電路的具體內(nèi)容及接入方案為供電直流電源的正極串接保險(xiǎn)絲后，直接或經(jīng)降壓后間接地連接到所述單片機(jī)的電源輸入端正極；供電直流電源的負(fù)極，連接到一 N溝道增強(qiáng)型場效應(yīng)管的漏極；該場效應(yīng)管的源極接所述單片機(jī)的接地端，其柵極串接一電阻后也直接或經(jīng)降壓后間接地連接到所述單片機(jī)的電源輸入端正極。即本電源輸入 保護(hù)電路可以根據(jù)需要設(shè)在各級直流供電電源與其直接負(fù)載之間，該負(fù)載可以是指最終負(fù)載單片機(jī)(此時(shí)，該電源輸入保護(hù)電路接在單片機(jī)的主電源引腳與其直接供電電源之間)，也可以是指采用多級直流供電電源時(shí)的下級直流供電電源(此時(shí)，該電源輸入保護(hù)電路接在下級直流供電電源的輸入端與其上級直流供電電源的輸出端之間)。優(yōu)選接在單片機(jī)與其直接供電電源之間?？紤]到與CAN局域網(wǎng)通信的需要，停車場中的各超聲波車位信息采集器都需要配置CAN局域網(wǎng)通信模塊，因此，優(yōu)選在各超聲波車位信息采集器中集成有CAN局域網(wǎng)通信模塊，此時(shí)，將所述單片機(jī)通過其CAN通信接口與所述CAN局域網(wǎng)通信模塊相連即可。由上面的技術(shù)方案可知，本發(fā)明超聲波車位信息采集器及超聲波車位信息采集方法具有如下特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)(I)本發(fā)明超聲波車位信息采集器結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)合理，配合本發(fā)明超聲波車位信息采集方法使用時(shí)，只采用一套超聲波發(fā)射/接收器件、并為每一路比較整形電路配置適合的電路參數(shù)，即可針對存在超聲波測量干擾因素(如溫度、濕度等)或超聲波量程不同的車位設(shè)計(jì)由軟件根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際需要實(shí)現(xiàn)進(jìn)行量程自主選擇或自動切換或智能設(shè)定以完成車位信息采集任務(wù)，尤其適宜于車位高度不統(tǒng)一或各車位超聲波測量環(huán)境不一致的停車場；(2)輔以所述超聲波車位信息采集器通信地址的設(shè)定方法，可準(zhǔn)確、方便、快捷、高效地實(shí)現(xiàn)各超聲波車位信息采集器通信地址的自動設(shè)定；可避免采用現(xiàn)有的通過外加撥碼開關(guān)以二進(jìn)制碼的方式進(jìn)行配置、在配置時(shí)容易撥錯(cuò)、甚至造成通信地址沖突的情形的發(fā)生，而且，可減少了撥碼開關(guān)的投入及地址設(shè)置成本；(3)在所述超聲波車位信息采集器的超聲波接收器件與信號放大電路之間增設(shè)電壓跟隨電路時(shí)，可減少線路無謂損耗，并有助于提高超聲波接收器件的靈敏度；(4)增設(shè)電源輸入保護(hù)電路時(shí)，能有效避免工程安裝時(shí)由于超聲波車位信息采集器數(shù)量較多、工人極可能將電源線誤反接造成的線路短路、采集器燒壞等經(jīng)濟(jì)損失。與現(xiàn)有的電源輸入防反接保護(hù)電路一般是在輸入端串接一個(gè)二極管(利用電源接反時(shí)二極管反向不導(dǎo)通的原理)、但是在正常工作時(shí)約有O. 6-0. 7V的管壓降、會產(chǎn)生能耗的方案相比，本電源輸入保護(hù)電路采用導(dǎo)通電阻極低(約為52πιΩ )的N溝道增強(qiáng)型場效應(yīng)管，由于其具有極小的管壓降(導(dǎo)通時(shí)工作電流為IA時(shí)，管壓降約O. 052V),因此具有更節(jié)能、低碳的效果。


圖I是本發(fā)明超聲波車位信息采集器的一個(gè)實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)組成示意框圖。圖2是本發(fā)明超聲波車位信息采集器的一個(gè)實(shí)施例中的比較整形電路的原理示意圖。圖3是本發(fā)明超聲波車位信息采集器的一個(gè)實(shí)施例中的電壓跟隨電路的原理示意圖。圖4是本發(fā)明超聲波車位信息采集器的一個(gè)實(shí)施例中的電源輸入保護(hù)電路的原 理示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明超聲波車位信息采集器及超聲波車位信息采集方法作進(jìn)一步的說明。(一)本發(fā)明超聲波車位信息采集器圖I是本發(fā)明超聲波車位信息采集器的一個(gè)實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)組成示意框圖。如圖所示的本實(shí)施例超聲波車位信息采集器主要由單片機(jī)和與單片機(jī)相應(yīng)端口相連的超聲波信號發(fā)射電路、超聲波信號接收電路、電源輸入保護(hù)電路、CAN局域網(wǎng)通信模塊、車位狀態(tài)指示電路、功能設(shè)定模塊組成。所述超聲波信號發(fā)射電路和超聲波信號接收電路中分別采用有超聲波發(fā)射器件和接收器件，均設(shè)在停車場目標(biāo)車位的上方。本車位信息采集器，可以采用所述單片機(jī)的CAN通信接口或相應(yīng)I/O 口作為采集到的車位信息數(shù)據(jù)的輸出端。圖I中的超聲波信號發(fā)射電路可以采用如下方案實(shí)現(xiàn)通過控制單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器，經(jīng)由單片機(jī)I/o 口或單片機(jī)的其中一個(gè)定時(shí)器輸出引腳輸出40KHZ、占空比50%的振蕩信號，送經(jīng)超聲波信號驅(qū)動電路放大后驅(qū)動超聲波發(fā)射器件發(fā)射超聲波。當(dāng)然，也可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的其它超聲波信號發(fā)射電路，例如通過單片機(jī)控制一超聲波發(fā)生電路產(chǎn)生超聲波，經(jīng)信號放大后驅(qū)動超聲波發(fā)射器件發(fā)射超聲波?，F(xiàn)有的超聲波信號接收電路通常由順序相連的超聲波接收器件、信號放大電路、比較整形電路組成。如圖I所示，本發(fā)明在所述超聲波接收器件與信號放大電路之間，還包括設(shè)有電壓跟隨電路；所述電壓跟隨電路可采用如圖3所示的方案包括有運(yùn)放U3A ;該運(yùn)放U3A的同相輸入端與所述超聲波接收器件的信號輸出端的其中一極相連,該運(yùn)放U3A的信號輸出端OUT同時(shí)與該運(yùn)放的反相輸入端及后級的信號放大電路的信號輸入端相連；所述同相輸入端上還連接有上、下偏置電阻R4和R8 ;所述超聲波接收器件的信號輸出端另一極接地。本發(fā)明中，所述比較整形電路的信號輸出端可設(shè)計(jì)為與單片機(jī)的相應(yīng)I/O端或中斷口相連。對超聲波接收器件接收得到超聲波反射信號進(jìn)行放大之前，由于該信號非常微弱，并可能含用其它高頻干擾信號，可以先通過有源帶通濾波器過濾掉高頻干擾信號，再采用兩級反比例放大電路對有源帶通濾波器輸出的信號進(jìn)行放大。由于超聲波接收器件的輸出阻抗較高，上述電壓跟隨電路的采用還有助于提高有源帶通濾波器的輸入阻抗，降低電路能耗及信號損失，從而有助于提高超聲波接收器件的靈敏度。本發(fā)明的另一特色，是圖I中所示的比較整形電路采用的是圖2所示的兩路比較整形電路實(shí)現(xiàn)兩路比較整形電路中各包括有一比較器U4A或U4B ;兩個(gè)比較器的同相輸入端均與前級的信號放大電路的信號輸出端(圖中標(biāo)有“IN”處)相連，兩個(gè)比較器的反相輸入端各自通過連接上偏置電阻R14或R21、下偏置電阻R17或R24設(shè)置有不同的反相輸入端比較電平，兩個(gè)比較器的輸出端分別 連接至所述單片機(jī)的中斷口 K圖2中標(biāo)記為INT10)和中斷口 II (圖2中標(biāo)記為INT11);其中，所述中斷口 I的優(yōu)先級高于中斷口 II，同時(shí)，所述各比較器反相輸入端上、下偏置電阻的參數(shù)選擇，應(yīng)使得與所述中斷口 I (即圖2中的INT10)相連的那一路比較整形電路的比較器反相輸入端比較電平高于與中斷口 II (即圖2中的INT11)相連的那一路比較整形電路的比較器反相輸入端比較電平。本實(shí)施例中，所述比較器的輸出端與所述單片機(jī)的中斷口之間，如圖2所示，還連接有RC低通濾波電路。本實(shí)施例的超聲波車位信息采集器中，如圖I中所示還設(shè)有電源輸入保護(hù)電路。該電源輸入保護(hù)電路可以借鑒采用現(xiàn)有技術(shù)中的電源輸入保護(hù)電路，也可以具體采用圖4所示的電路實(shí)現(xiàn)供電直流電源的正極VCC_IN串接保險(xiǎn)絲Fl (推薦使用自恢復(fù)保險(xiǎn)絲)后，直接或經(jīng)降壓后間接地連接到所述單片機(jī)的電源輸入端正極VCC;供電直流電源的負(fù)極，連接到一 N溝道增強(qiáng)型場效應(yīng)管Ql的漏極；該場效應(yīng)管Ql的源極接所述單片機(jī)的接地端，其柵極串接一電阻R30后也直接或經(jīng)降壓后間接地連接到所述單片機(jī)的電源輸入端正極VCC。該電源輸入保護(hù)電路，可直接接在單片機(jī)與其直接供電電源之間，也可以接在為單片機(jī)提供電源的各級直流供電電源之間。該電源輸入保護(hù)電路的工作原理當(dāng)電源正向輸入時(shí)，N溝道增強(qiáng)型場效應(yīng)管導(dǎo)通，由于其管壓降極小，因而可為后級負(fù)載提供正常供電；而電源反向輸入(即反接)時(shí)，場效應(yīng)管不導(dǎo)通，后級負(fù)載不會被損壞；當(dāng)電源正向輸入電流過大時(shí)，保險(xiǎn)管燒斷，從而發(fā)揮電路保護(hù)作用。根據(jù)需要，還可在本電源輸入保護(hù)電路中增設(shè)發(fā)光二極管，以提供電源反接告警。為便于對眾多車位進(jìn)行統(tǒng)一管理，本實(shí)施例的車位信息采集器可以通過單片機(jī)的CAN通信接口連接有CAN局域網(wǎng)通信模塊，以用于通過CAN局域網(wǎng)與上位機(jī)相連。所述CAN局域網(wǎng)通信模塊中優(yōu)選地還包括采用有CAN總線保護(hù)電路。所述CAN局域網(wǎng)通信模塊及CAN總線保護(hù)電路的具體實(shí)現(xiàn)方案，可借鑒現(xiàn)有技術(shù)。根據(jù)需要，所述單片機(jī)的相應(yīng)I/O 口還連接有功能設(shè)定模塊，用于設(shè)定超聲波反射時(shí)間閾值(或超聲波反射距離閾值)、CAN局域網(wǎng)通信波特率及本采集器在連到CAN局域網(wǎng)時(shí)的通信地址等。所述功能設(shè)定，可以采用在所述單片機(jī)相應(yīng)I/O 口設(shè)置撥碼開關(guān)并配以相關(guān)內(nèi)置軟件的方式實(shí)現(xiàn)；所述通信地址設(shè)定，還可以通過在所述單片機(jī)的串口連接PC機(jī)，由PC機(jī)通過上位機(jī)軟件對超聲波車位信息采集器的通信地址進(jìn)行逐個(gè)設(shè)定，甚至，由PC機(jī)通過上位機(jī)軟件通過CAN局域網(wǎng)通信模塊進(jìn)行分配；或者，還可以由工程設(shè)計(jì)人員根據(jù)個(gè)人喜好及習(xí)慣采用其它方法實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明超聲波車位信息采集器中所述單片機(jī)的具體選型，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際功能需要自行選用，例如在需要用到CAN通信接口時(shí)，可選用STM32單片機(jī)。(二)以下對本發(fā)明超聲波車位信息采集方法作進(jìn)一步說明本發(fā)明超聲波車位信息采集方法適用于如下超聲波車位信息采集系統(tǒng)該超聲波車位信息采集系統(tǒng)包括有設(shè)置在停車場各車位的超聲波車位信息采集器，各所述超聲波車位信息采集器通過其CAN通信接口經(jīng)由CAN局域網(wǎng)與上位機(jī)相連；所述超聲波車位信息采集器可采用本申請發(fā)明內(nèi)容部分提及的超聲波車位信息采集器的技術(shù)方案；(I)采用上述超聲波車位信息采集系統(tǒng)進(jìn)行車位信息采集時(shí)，具體包括有如下步驟步驟I、到了系統(tǒng)設(shè)定的車位信息采集時(shí)間或收到上位機(jī)發(fā)來的車位信息采集指令后，所述超聲波車位信息采集器中的單片機(jī)屏蔽所述中斷口 I，同時(shí)啟動定時(shí)器I和定時(shí)器II;所述定時(shí)器I用于控制所述超聲波信號發(fā)射電路發(fā)射指定時(shí)長的超聲波信號，所述定時(shí)器II用于計(jì)時(shí)；單片機(jī)控制通過所述超聲波信號發(fā)射電路發(fā)射超聲波信號，可以是通過控制單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器經(jīng)由單片機(jī)I/o 口或單片機(jī)的其中一個(gè)定時(shí)器輸出引腳直接生成、也可以是通過控制超聲波信號發(fā)生電路，向超聲波信號驅(qū)動電路輸出頻率為40KHZ、占空比為50%的 方波信號，該方波信號經(jīng)放大后通過設(shè)置在車位上方的超聲波發(fā)射器件發(fā)射超聲波信號；本實(shí)施例采用定時(shí)器I對所述超聲波信號發(fā)射電路發(fā)射超聲波信號的時(shí)長進(jìn)行控制，例如只發(fā)射幾十μ s :當(dāng)定時(shí)器I定時(shí)時(shí)間到，所述超聲波信號發(fā)射電路即受控自動中止發(fā)射超聲波；顯然，此舉也有利于系統(tǒng)節(jié)能；步驟2、當(dāng)超聲波從反射面反射進(jìn)入同樣設(shè)置在目標(biāo)車位上方的超聲波接收器件，進(jìn)行信號放大及比較整形后，通過所述中斷口 II觸發(fā)單片機(jī)進(jìn)入中斷程序；所述定時(shí)器11中止計(jì)時(shí)；轉(zhuǎn)至步驟5 ；步驟3、如果所述定時(shí)器II到了某一設(shè)定時(shí)間時(shí)，所述中斷口 II仍未觸發(fā)單片機(jī)進(jìn)入中斷程序，則屏蔽所述中斷口 II，打開所述中斷口 I，并再次啟動定時(shí)器I，同時(shí)，定時(shí)器II清零并重新啟動；步驟4、反射回來的超聲波信號經(jīng)放大及比較整形后，通過中斷口 I觸發(fā)單片機(jī)進(jìn)入中斷程序，同時(shí)，所述定時(shí)器II中止計(jì)時(shí)；步驟5、單片機(jī)CPU根據(jù)定時(shí)器II中記錄的時(shí)間，計(jì)算出反射面與超聲波發(fā)射器件之間的距離；步驟6、單片機(jī)CPU將計(jì)算結(jié)果與系統(tǒng)預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，作出車位狀態(tài)判斷，并通過單片機(jī)的CAN通信接口向上位機(jī)報(bào)送該判斷結(jié)果；返回。(2)本發(fā)明超聲波車位信息采集方法的另一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)，在于采用如下方法及對各超聲波車位信息采集器在所處CAN局域網(wǎng)中的通信地址進(jìn)行設(shè)定，具體包括有如下步驟步驟I、需要設(shè)定某一超聲波車位信息采集器在所處CAN局域網(wǎng)中的通信地址時(shí)，先將該超聲波車位信息采集器重新上電或復(fù)位，然后向上位機(jī)提交通信地址設(shè)定請求；步驟II、收到上位機(jī)許可或經(jīng)過一定時(shí)間間隔后，超聲波車位信息采集器中的單片機(jī)讀取通信地址存儲區(qū)中的信息，結(jié)合單片機(jī)的唯一標(biāo)識符一起上報(bào)給上位機(jī)；步驟III、上位機(jī)搜索內(nèi)部數(shù)據(jù)庫，查詢所傳來的通信地址是否已被占用；如果未被占用，則記錄下該超聲波車位信息采集器傳來的單片機(jī)唯一標(biāo)識符，并將該通信地址與該單片機(jī)唯一標(biāo)識符相匹配，同時(shí)，通知該超聲波車位信息采集器擁有該通信地址的授權(quán)；如果該通信地址已被占用，則上位機(jī)核對數(shù)據(jù)庫中該通信地址對應(yīng)的單片機(jī)唯一標(biāo)識符是否與超聲波車位信息采集器此次傳來的單片機(jī)唯一標(biāo)識符匹配；如匹配，則通知該超聲波車位信息采集器擁有該通信地址的授權(quán)；如不匹配，則上位機(jī)查詢數(shù)據(jù)庫并獲取一個(gè)未被占用的通信地址，在數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)位置記錄下該超聲波車位信息采集器傳來的唯一標(biāo)識符，將該標(biāo)識符與新通信地址相匹配，并通知該超聲波車位信息采集器擁有該新通信地址的授權(quán)；步驟IV、超聲波車位信息采集器接收到新通信地址的授權(quán)后，將該通信地址保存到通信地址存儲區(qū)；步驟V、結(jié)束。為方便調(diào)試等需要，還可以在所述步驟I與步驟II之間，包括增加如下步驟，以方便技術(shù)人員通過內(nèi)置軟件為該超聲波車位信息采集器分配通信地址al.超聲波車位信息采集器的單片機(jī)啟動定時(shí)器倒計(jì)時(shí)；
a2.上位機(jī)通過內(nèi)置軟件為該超聲波車位信息采集器分配通信地址，并將該通信地址授權(quán)給超聲波車位信息采集器；轉(zhuǎn)到步驟IV ；同時(shí)，單片機(jī)判斷倒計(jì)時(shí)是否結(jié)束；如未結(jié)束，繼續(xù)等待；a3.若倒計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)，所述超聲波車位信息采集器仍未收到上位機(jī)的新通信地址的授權(quán)，轉(zhuǎn)到步驟II ;若倒計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)，所述超聲波車位信息采集器已收到上位機(jī)的新通信地址的授權(quán)，轉(zhuǎn)到步驟V。上述步驟a2中的所述上位機(jī)通過內(nèi)置軟件為超聲波車位信息采集器分配通信地址，可以是通過內(nèi)置軟件逐一或統(tǒng)一所有超聲波車位信息采集器分配通信地址，也可以是為某一超聲波車位信息采集器分配通信地址，還可以是通過在目標(biāo)超聲波車位信息采集器的單片機(jī)串口連接PC機(jī)，由PC機(jī)通過上位機(jī)軟件對其進(jìn)行通信地址設(shè)定。通過以上方案，可以實(shí)現(xiàn)超聲波車位信息采集器的通信地址與車位的綁定管理。為避免通信地址被分配出去，還可通過程序作如下設(shè)置在完成某一超聲波車位信息采集器的通信地址設(shè)定后，在進(jìn)行下一次設(shè)定前該通信地址將維持不變。當(dāng)本發(fā)明中的超聲波車位信息采集器采用的單片機(jī)為STM32單片機(jī)，在為其分配通信地址時(shí)，可以通過STM32單片機(jī)的USART接口進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.超聲波車位信息采集器，包括有單片機(jī)、與所述單片機(jī)相連的超聲波信號發(fā)射電路和超聲波信號接收電路；所述超聲波信號發(fā)射電路中包括采用有超聲波發(fā)射器件；所述超聲波信號接收電路包括有順序相連的超聲波接收器件、信號放大電路、比較整形電路；其特征在于，所述比較整形電路的信號輸出端與單片機(jī)的相應(yīng)中斷口相連；所述超聲波發(fā)射器件和接收器件，設(shè)在停車場目標(biāo)車位的上方； 所述比較整形電路采用的是兩路比較整形電路每路比較整形電路中均包括有一比較器；兩個(gè)比較器的同相輸入端均與所述信號放大電路的信號輸出端相連，兩個(gè)比較器的反相輸入端各自通過連接上、下偏置電阻設(shè)置有不同的反相輸入端比較電平，兩個(gè)比較器的輸出端分別連接至所述單片機(jī)的中斷口 I和中斷口 II;其中，所述中斷口 I的優(yōu)先級高于中斷口 II，同時(shí)，所述各比較器反相輸入端上、下偏置電阻的參數(shù)選擇，應(yīng)使得與所述中斷口 I相連的那一路比較整形電路的比較器反相輸入端比較電平高于與中斷口 II相連的那一路比較整形電路的比較器反相輸入端比較電平； 本車位信息采集器，采用所述單片機(jī)的CAN通信接口或相應(yīng)I/O 口作為采集到的車位信息數(shù)據(jù)的輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超聲波車位信息采集器，其特征在于所述超聲波接收器件與信號放大電路之間，還包括設(shè)有電壓跟隨電路；所述電壓跟隨電路，包括有一運(yùn)放；該運(yùn)放的同相輸入端與所述超聲波接收器件的信號輸出端的其中一極相連，該運(yùn)放的信號輸出端同時(shí)與所述信號放大電路的信號輸入端及該運(yùn)放的反相輸入端相連；所述同相輸入端上還連接有上、下偏置電阻；所述超聲波接收器件的信號輸出端另一極接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的超聲波車位信息采集器，其特征在于，所述單片機(jī)的電源輸入端與所述單片機(jī)的供電直流電源之間，還包括串接有電源輸入保護(hù)電路所述供電直流電源的正極串接保險(xiǎn)絲后，直接或經(jīng)降壓后間接地連接到所述單片機(jī)的電源輸入端正極；所述供電直流電源的負(fù)極，連接到一 N溝道增強(qiáng)型場效應(yīng)管的漏極；該場效應(yīng)管的源極接所述單片機(jī)的接地端，其柵極串接一電阻后也直接或經(jīng)降壓后間接地連接到所述單片機(jī)的電源輸入端正極。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的超聲波車位信息采集器，其特征在于還包括有用于與CAN局域網(wǎng)相連的CAN局域網(wǎng)通信模塊；所述單片機(jī)，通過其CAN通信接口與所述CAN局域網(wǎng)通信模塊相連。
5.超聲波車位信息采集方法，其特征在于適用于如下超聲波車位信息采集系統(tǒng)并包括采用如下車位信息采集步驟 (1)所述超聲波車位信息采集系統(tǒng)，包括有設(shè)置在停車場各車位的超聲波車位信息采集器；所述超聲波車位信息采集器采用如權(quán)利要求I所述的超聲波車位信息采集器；各所述超聲波車位信息采集器通過其CAN通信接口經(jīng)由CAN局域網(wǎng)與上位機(jī)相連； (2)所述車位信息采集步驟包括有 步驟5. I、到了系統(tǒng)設(shè)定的車位信息采集時(shí)間或收到上位機(jī)發(fā)來的車位信息采集指令后，所述超聲波車位信息采集器中的單片機(jī)屏蔽所述中斷口 I，同時(shí)啟動定時(shí)器I和定時(shí)器II;所述定時(shí)器I用于控制所述超聲波信號發(fā)射電路發(fā)射指定時(shí)長的超聲波信號，所述定時(shí)器II用于計(jì)時(shí)； 步驟5. 2、反射回來的超聲波信號經(jīng)放大及比較整形后，通過所述中斷口 II觸發(fā)單片機(jī)進(jìn)入中斷程序；所述定時(shí)器II中止計(jì)時(shí)；轉(zhuǎn)至步驟5. 5 ； 步驟5. 3、如果所述定時(shí)器II到了某一設(shè)定時(shí)間時(shí)，所述中斷口 II仍未觸發(fā)單片機(jī)進(jìn)入中斷程序，則屏蔽所述中斷口 II，打開所述中斷口 I，并再次啟動定時(shí)器I，同時(shí)，定時(shí)器II清零并重新啟動； 步驟5. 4、反射回來的超聲波信號經(jīng)放大及比較整形后，通過所述中斷口 I觸發(fā)單片機(jī)進(jìn)入中斷程序，同時(shí)，所述定時(shí)器II中止計(jì)時(shí)； 步驟5. 5、單片機(jī)CPU根據(jù)定時(shí)器II中記錄的時(shí)間，計(jì)算出反射面與超聲波發(fā)射器件之間的距離； 步驟5. 6、單片機(jī)CPU將計(jì)算結(jié)果與系統(tǒng)預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，作出車位狀態(tài)判斷，并通過單片機(jī)的CAN通信接口向上位機(jī)報(bào)送該判斷結(jié)果；返回。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超聲波車位信息采集方法，其特征在于，包括采用如下方法及步驟對各超聲波車位信息采集器在所處CAN局域網(wǎng)中的通信地址進(jìn)行設(shè)定 步驟6. I、需要設(shè)定某一超聲波車位信息采集器在所處CAN局域網(wǎng)中的通信地址時(shí)，先將該超聲波車位信息采集器重新上電或復(fù)位，然后向上位機(jī)提交通信地址設(shè)定請求； 步驟6. 2、收到上位機(jī)許可或經(jīng)過一定時(shí)間間隔后，該超聲波車位信息采集器中的單片機(jī)讀取通信地址存儲區(qū)中的信息，結(jié)合單片機(jī)的唯一標(biāo)識符一起上報(bào)給上位機(jī)； 步驟6. 3、上位機(jī)搜索內(nèi)部數(shù)據(jù)庫，查詢所傳來的通信地址是否已被占用； 如果未被占用，則記錄下該超聲波車位信息采集器傳來的單片機(jī)唯一標(biāo)識符，并將該通信地址與該單片機(jī)唯一標(biāo)識符相匹配，同時(shí)，通知該超聲波車位信息采集器擁有該通信地址的授權(quán)； 如果該通信地址已被占用，則上位機(jī)核對數(shù)據(jù)庫中該通信地址對應(yīng)的單片機(jī)唯一標(biāo)識符是否與超聲波車位信息采集器此次傳來的單片機(jī)唯一標(biāo)識符匹配；如匹配，則通知該超聲波車位信息采集器擁有該通信地址的授權(quán)；如不匹配，則上位機(jī)查詢數(shù)據(jù)庫并獲取一個(gè)未被占用的通信地址，在數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)位置記錄下該超聲波車位信息采集器傳來的唯一標(biāo)識符，將該標(biāo)識符與新通信地址相匹配，并通知該超聲波車位信息采集器擁有該新通信地址的授權(quán)； 步驟6. 4、超聲波車位信息采集器的單片機(jī)接收到新通信地址的授權(quán)后，將該通信地址保存到通信地址存儲區(qū)； 步驟6. 5、結(jié)束。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超聲波車位信息采集方法，其特征在于，所述步驟6.I與步驟6.2之間，還包括有如下步驟 al.超聲波車位信息采集器的單片機(jī)啟動定時(shí)器倒計(jì)時(shí)； a2.上位機(jī)通過內(nèi)置軟件為該超聲波車位信息采集器分配通信地址，并將該通信地址授權(quán)給超聲波車位信息采集器；轉(zhuǎn)到步驟6. 4 ； 同時(shí)，超聲波車位信息采集器的單片機(jī)判斷倒計(jì)時(shí)是否結(jié)束；如未結(jié)束，繼續(xù)等待；a3.若倒計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)，所述超聲波車位信息采集器仍未收到上位機(jī)的新通信地址的授權(quán)，轉(zhuǎn)到步驟6. 2 ;若倒計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)，所述超聲波車位信息采集器已收到上位機(jī)的新通信地址的授權(quán)，轉(zhuǎn)到步驟6. 5。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的超聲波車位信息采集方法，其特征在于在完成某一超聲波車位信息采集器的通信地址設(shè)定后，在進(jìn)行下一次設(shè)定前該通信地址將維持不變。
9.根據(jù)權(quán)利要求5至7之一所述的超聲波車位信息采集方法，其特征在于所述超聲波車位信息采集器的超聲波接收器件與信號放大電路之間，還包括設(shè)有電壓跟隨電路；所述電壓跟隨電路，包括有一運(yùn)放；該運(yùn)放的同相輸入端與所述超聲波接收器件的信號輸出端的其中一極相連，該運(yùn)放的信號輸出端同時(shí)與所述信號放大電路的信號輸入端及該運(yùn)放的反相輸入端相連；所述同相輸入端上還連接有上、下偏置電阻；所述超聲波接收器件的信號輸出端另一極接地。
10.根據(jù)權(quán)利要求5至I之一所述的超聲波車位信息采集方法，其特征在于，所述超聲波車位信息采集器的單片機(jī)的電源輸入端與所述單片機(jī)的供電直流電源之間，還包括串接有電源輸入保護(hù)電路供電直流電源的正極串接保險(xiǎn)絲后，直接或經(jīng)降壓后間接地連接到所述單片機(jī)的電源輸入端正極；供電直流電源的負(fù)極，連接到一 N溝道增強(qiáng)型場效應(yīng)管的漏極；該場效應(yīng)管的源極接所述單片機(jī)的接地端，其柵極串接一電阻后也直接或經(jīng)降壓后間接地連接到所述單片機(jī)的電源輸入端正極?！?br> 全文摘要
本發(fā)明公開了一種超聲波車位信息采集器，包括有單片機(jī)及與之相連的超聲波信號發(fā)射和接收電路；所述接收電路包括順序相連的超聲波接收器件、電壓跟隨、信號放大及雙路比較整形電路；每路比較整形電路的信號輸出端分別與單片機(jī)的一個(gè)中斷口相連。配合以相應(yīng)的超聲波車位信息采集方法，只使用一套超聲波發(fā)射/接收器件即可針對存在超聲波測量干擾因素或超聲波量程不同的車位設(shè)計(jì)由軟件根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際需要實(shí)現(xiàn)進(jìn)行量程自主選擇或自動切換或智能設(shè)定以完成車位信息采集任務(wù)，尤其適宜于車位高度不統(tǒng)一或各車位超聲波測量環(huán)境不一致的停車場；輔以特定的通信地址設(shè)定方法時(shí)，還可準(zhǔn)確、方便、快捷、高效地實(shí)現(xiàn)各車位信息采集器通信地址的自動設(shè)定。
文檔編號G01S15/88GK102779429SQ20121028822
公開日2012年11月14日 申請日期2012年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月14日
發(fā)明者孫曉明 申請人:廣西南寧泰森電子科技有限公司