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
Transportation, Research

產品
NI WSN-3202 (programmable), LabVIEW, NI 9791, cRIO-9014

挑戰
采用NI公司的無線傳感器網絡來監測停車場的使用率

解決方案
部署基于NI無線傳感器網絡(WSN)平臺的停車場使用使用率監測系統，監測進出停車場的事件，將數據以無線方式傳輸到NI CompactRIO基站，對信息進行處理并發送到網絡可以訪問到的數據庫。

"許多停車場使用率監控系統需要在建造過程中安裝。而在現有的停車場中實現這類系統通常安裝過程非常復雜。同時，這類系統采集到的信息通常受到停車場本身結構的限制。我們能夠采集數據，但是卻沒有統一而集中數據訪問協議。"

許多停車場使用率監控系統需要在建造過程中安裝。而在現有的停車場中實現這類系統通常安裝過程非常復雜。同時，這類系統采集到的信息通常受到停車場本身結構的限制。我們能夠采集數據，但是卻沒有統一而集中數據訪問協議。

我們實現了一個低成本、易于安裝的停車場使用率監測系統，該系統集成了在線數據庫提供了本地和遠程的停車空間信息。并可利用計算機和手機在線訪問的方式，為進入的車輛提供了可用的停車信息。

技術方案

我們創建的這個系統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據，輔助他們有效管理停車場的資源。較初的部署場所是UCLA醫學樓停車場中的某一層，該停車場分為兩個區域，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，該系統提供了停車場中的總車位占用數，以及更為具體的區域信息。我們在每個入口、出口和區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據傳輸到出口崗亭的中心基站。監測區域過渡點的傳感器檢測車流和方向，并確定車輛是否在區域間移動。傳感器將數據發送到中心基站，基站將對所有的輸入數據進行分析，實時提供停車場總共可用的停車位數量和每個區域的停車位數量。

硬件系統設計

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字輸出，可以配置用于在連續運動檢測過程中輸出脈沖或是維持高電平，在達到平衡后下降到低電平。

無線傳感器節點

我們使用了三個NI WSN-3202 模擬輸入節點開發我們的系統，每個節點擁有四個模擬電壓輸入和四個數字輸出。我們將PIR傳感器模塊的輸出連接到一個數字輸入上，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節點供電。盡管我們可以持續向基站傳遞原始傳感器數據，但我們還是使用節點的處理能力在本地計算進出事件，以減少對基站的無線傳輸。本地節點可以確定汽車是否通過，而不是將原始數據發送到服務器進行處理。利用這項功能，節點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實時嵌入式控制器，構成了停車場出口崗亭中的基站。我們將基站通過以太網連接到UCLA的交通網中。由于ULCA的交通安全隱私政策，這些數據在網絡外是無法訪問到的，但是可以連接到后端的數據庫服務器用于數據存儲。

無線網關

利用NI WSN-9791 以太網關，我們簡化了CompactRIO基站和無線傳感器節點間的通信。我們在出口崗亭中安裝了該網關，而在靠近崗亭的方位安裝了CompactRIO控制器。交流電網為基站供能，同時連接到與CompactRIO相同的網絡上。

在線數據存儲

我們將從CompactRIO獲得的數據實時傳輸到sensorbase.org數據庫，它提供了用戶友好的網絡界面用于下載、瀏覽、共享和組織數據。同時，這個數據庫可以提供網絡服務應用層，用于開發個性化的網頁，為計算機和手機用戶顯示停車場信息。

軟件構架

數據采集

首先，無線傳感器節點從PIR模塊采集數據。在節點上運行由NI LabVIEW Wireless Sensor Network (WSN) Module Pioneer編寫的個性化VI程序，以利用WSN節點的數字I/O通知特性。當PIR模塊檢測到運動時，該事件將被觸發，WSN節點持續對數字輸入進行采樣直到該輸入回到低電平狀態。在檢測到事件后，WSN節點將向CompactRIO基站發送射頻信號，顯示事件已發生以及持續的時間。利用數字I/O的通知系統，并以較低得速率進行采樣，我們可以較小化WSN節點開啟和發送數據的時間。

WSN節點的脈沖長度數據被發送到CompactRIO基站，并根據物體通過傳感器的時間進行分類，以確定是否有一輛或是幾輛車還是行人經過。CompactRIO將在內部記錄停車場內總的車輛數。在進出事件發生時，時間數據和總的車輛數被記錄到CompactRIO內部的flash存儲器中，并上傳到sensorbase.org的數據庫中。

在線內容

現在，我們將系統數據發送到sensorbase.org數據庫中，利用內建的網絡接口進行瀏覽、下載和圖形化顯示。個性化的網絡應用程序還可以利用網絡服務層，對數據進行訪問。我們利用這些網絡服務創建了簡單的網絡接口，圖形化地顯示一段時間內的數據，并提供停車場中當前總的車輛數。

能量測量

除了車輛監測數據，我們還設定每個WSN節點每隔10分鐘對模擬通道進行采樣，以測量傳感器電池的使用情況。然后，我們將電池和鏈接質量數據發送到基站進行記錄，并將其上傳到數據庫中。我們還創建了簡單的網絡接口，為用戶提供系統的健康信息。

未來的系統擴展

在較初的安裝后，我們希望對系統進行擴展，這樣基站不僅可以上傳信息，而且還可以從其它‘連接’的停車場下載數據，在用戶所處的停車場滿載時，幫助他們選擇其它的停車場。擴展部署的主要目標是醫學樓中的停車場和臨近的停車地點。所有的停車場信息都可以在線訪問，而且現場的標識可以通知顧客附近停車場可用的停車信息。

我們還計劃在停車場中安裝LED顯示設備。這些LED可以自動更新，向進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識。

同時，我們利用NI WSN平臺對停車場的使用率進行監測，經濟上是可行的，而且不需要使用有線系統。