挑戰(zhàn):
采用NI公司的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)來監(jiān)測停車場的使用率
解決方案:
部署基于NI無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)平臺的停車場使用使用率監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測進(jìn)出停車場的事件，將數(shù)據(jù)以無線方式傳輸?shù)絅I CompactRIO基站，對信息進(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)有的停車場中實(shí)現(xiàn)這類系統(tǒng)通常安裝過程非常復(fù)雜。同時，這類系統(tǒng)采集到的信息通常受到停車場本身結(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)有的停車場中實(shí)現(xiàn)這類系統(tǒng)通常安裝過程非常復(fù)雜。同時，這類系統(tǒng)采集到的信息通常受到停車場本身結(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)了一個低成本、易于安裝的停車場使用率監(jiān)測系統(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)建的這個系統(tǒng)能夠幫助停車場的顧客獲得信息，以有效地選擇停車的策略。同時，我們還需要為停車場管理員提供數(shù)據(jù)，輔助他們有效管理停車場的資源。最初的部署場所是UCLA醫(yī)學(xué)樓停車場中的某一層，該停車場分為兩個區(qū)域，一個供患者停車用，另一個供職工和患者用。
為了給停車場顧客提供有用的信息，該系統(tǒng)提供了停車場中的總車位占用數(shù)，以及更為具體的區(qū)域信息。我們在每個入口、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)さ闹行幕尽１O(jiān)測區(qū)域過渡點(diǎn)的傳感器檢測車流和方向，并確定車輛是否在區(qū)域間移動。傳感器將數(shù)據(jù)發(fā)送到中心基站，基站將對所有的輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)時提供停車場總共可用的停車位數(shù)量和每個區(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公司的被動式紅外傳感器（PIR）作為主要的車輛檢測器。這些傳感器可以檢測出物體發(fā)出的紅外黑體輻射的變化，由于檢測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)動檢測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NI WSN-3202 模擬輸入節(jié)點(diǎn)開發(fā)我們的系統(tǒng)，每個節(jié)點(diǎn)擁有四個模擬電壓輸入和四個數(shù)字輸出。我們將PIR傳感器模塊的輸出連接到一個數(shù)字輸入上，將傳感器電池連接到模擬輸入上來檢測電力的消耗。同時，我們使用4個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)只需要在檢測到車輛時傳遞信息，從而提高電池壽命。
基站
由交流電源供電的NI cRIO-9014實(shí)時嵌入式控制器，構(gòu)成了停車場出口崗?fù)ぶ械幕尽Ｎ覀儗⒒就ㄟ^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。
無線網(wǎng)關(guān)
利用NI WSN-9791 以太網(wǎng)關(guān)，我們簡化了CompactRIO基站和無線傳感器節(jié)點(diǎn)間的通信。我們在出口崗?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，同時連接到與CompactRIO相同的網(wǎng)絡(luò)上。
在線數(shù)據(jù)存儲
我們將從CompactRIO獲得的數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸?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，這個數(shù)據(jù)庫可以提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)應(yīng)用層，用于開發(fā)個性化的網(wǎng)頁，為計(jì)算機(jī)和手機(jī)用戶顯示停車場信息。
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模塊檢測到運(yùn)動時，該事件將被觸發(fā)，WSN節(jié)點(diǎn)持續(xù)對數(shù)字輸入進(jìn)行采樣直到該輸入回到低電平狀態(tài)。在檢測到事件后，WSN節(jié)點(diǎn)將向CompactRIO基站發(fā)送射頻信號，顯示事件已發(fā)生以及持續(xù)的時間。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，我們可以最小化WSN節(jié)點(diǎn)開啟和發(fā)送數(shù)據(jù)的時間。
WSN節(jié)點(diǎn)的脈沖長度數(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)部記錄停車場內(nèi)總的車輛數(shù)。在進(jìn)出事件發(fā)生時，時間數(shù)據(jù)和總的車輛數(shù)被記錄到CompactRIO內(nèi)部的flash存儲器中，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)建了簡單的網(wǎng)絡(luò)接口，圖形化地顯示一段時間內(nèi)的數(shù)據(jù)，并提供停車場中當(dāng)前總的車輛數(shù)。
能量測量
除了車輛監(jiān)測數(shù)據(jù)，我們還設(shè)定每個WSN節(jié)點(diǎn)每隔10分鐘對模擬通道進(jìn)行采樣，以測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
在最初的安裝后，我們希望對系統(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’的停車場下載數(shù)據(jù)，在用戶所處的停車場滿載時，幫助他們選擇其它的停車場。擴(kuò)展部署的主要目標(biāo)是醫(yī)學(xué)樓中的停車場和臨近的停車地點(diǎn)。所有的停車場信息都可以在線訪問，而且現(xiàn)場的標(biāo)識可以通知顧客附近停車場可用的停車信息。
我們還計(jì)劃在停車場中安裝LED顯示設(shè)備。這些LED可以自動更新，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。
同時，我們利用NI WSN平臺對停車場的使用率進(jìn)行監(jiān)測，經(jīng)濟(jì)上是可行的，而且不需要使用有線系統(tǒng)。
