Aktuální vydání

celé číslo

06

2020

Automatizace v potravinářství a farmacii

celé číslo

Bezdrátová síť senzorů sleduje obsazení míst v parkovací garáži

Platforma NI WSN (Wireless Sensor Network), která byla popsána ve vydání Automa č. 3/2011 na str. 64, byla použita k vybudování nenákladného systému monitorování par­kovacích míst. Systém se snadno instaluje a poskytuje integrovanou on-line databázi infor­mací o parkovacím prostoru. Informace lze poskytovat lokálně i vzdáleně. Systém nevyža­duje propojení kabely a lze jej snadno zavést do již postavených parkovacích garáží. Snímá­ny jsou příjezdy a odjezdy vozidel a příslušné údaje jsou bezdrátově přenášeny do stanice NI CompactRIO ke zpracování a zaslání do databáze přístupné z webu.
 
K monitorování parkovišť se používá mno­ho různých systémů instalovaných během vý­stavby parkovacího zařízení. Systémy zavádě­né na parkoviště dodatečně obvykle vyžadují složitou instalaci a jimi zaznamenávané infor­mace lze využívat pouze lokálně. Systém za­ložený na NI WSN má schopnost archivovat zjištěná požadovaná data bez potřeby centrál­ního nebo jednotného protokolu určeného pro přístup k datům. Řidičům přijíždějících vozů je poskytována informace o možnosti parkovat a tyto informace jsou dostupné on-line pro­střednictvím počítačů a mobilních telefonů.
 

Technické řešení

 
Systém byl vytvářen s cílem pomoci řidi­čům zvolit efektivní strategii parkování a dát správcům parkovišť k dispozici takové údaje, aby se mohli efektivně starat o parkovací pro­story. Poprvé byl systém použit v jednom pa­tře parkovací garáže lékařského domu UCLA (University of California, Los Angeles). Zde bylo použití systému zvláště vhodné, proto­že parkoviště je rozděleno na dvě zóny, jedna pro pacienty a druhá pro personál a pacienty.
 
Aby bylo možné poskytovat zájemcům o parkování užitečné informace, eviduje sys­tém celkový počet míst i počty míst v jednot­livých zónách. Proto byly umístěny senzory u všech vjezdů, výjezdů i na místa přejezdu mezi jednotlivými zónami. Senzory u vjezdu a výjezdu bezdrátově přenášejí data o přijíž­dějících a odjíždějících vozidlech do centrální stanice v kiosku na výjezdu. Senzory sledu­jící místa přejezdu mezi jednotlivými zóna­mi detekují provoz a jeho směr, aby byl mo­nitorován přesun vozidel mezi zónami. Tak­to získané údaje jsou přenášeny do centrální stanice, která veškerá příchozí data analyzu­je a v reálném čase informuje, kolik je v jed­notlivých zónách volných parkovacích míst.
 

Návrh hardwaru

 

Senzory

Pro primární detekci vozidel byly použi­ty pasivní infračervené (PIR) senzory firmy Parallax Technologies. Senzory detekují změ­ny v infračerveném záření černého tělesa vy­dávaném objekty. Pro svůj provoz potřebu­jí jen málo energie, protože detekce probíhá bez jakéhokoliv buzení. Poskytují také digi­tální výstup, který může být konfigurován buď na výstupní pulzy během souvislé detekce po­hybu, nebo nabývat hodnot logické jedničky při detekci souvislého pohybu a logické nuly, není-li pohyb detekován.
 

Bezdrátové měřicí uzly

Při vývoji systému byly použity tři analogo­vé vstupní uzly NI WSN-3202, z nichž každý je vybaven čtyřmi analogovými vstupy a čtyřmi digitálními vstupy a výstupy. Výstupy ze senzoru PIR byly připojeny k digitálnímu vstupu a akumulátor senzoru k analogovému vstupu, aby bylo možné sledovat stav baterie. K napá­jení uzlů WSN byly použity baterie typu AA. Měřicí uzel dokáže sám zpracovat události pří­jezdů a odjezdů vozidel. Díky tomu nejsou veš­kerá data přenášena přímo do centrální stanice, a tím se omezí četnost rádiového přenosu. Uzel tedy nepřenáší data neustále, ale pouze při zjiš­tění přítomnosti projíždějícího automobilu, díky čemuž se životnost baterií maxi­málně prodlouží.
 
Centrální stanici v jednom ze dvou kiosků parkovacího zaříze­ní tvoří vestavná řídicí jednotka NI cRIO-9014, jež je napájena ze sítě. Tato stanice je prostřednic­tvím Ethernetu připojena k do­pravní síti UCLA. Z důvodu bez­pečnostní strategie UCLA nejsou data přístupná mimo tuto síť; pro ukládání dat lze přistupovat k zá­ložnímu databázovému serveru.
 

Bezdrátová brána

Užitím ethernetové brány NI WSN-9791 byla usnadněna ko­munikace mezi základnou Com­pactRIO a bezdrátovými měřicí­mi uzly. Tato brána byla insta­lována do kiosku společně s řídicí jednotkou CompactRIO, se kterou má společné napájení.
 

Úožiště dat on-line

Data ze stanice CompactRIO jsou posílá­na do úložiště dat sensorbase.org s uživatel­sky přívětivým webovým rozhraním ke sta­hování, prohlížení, sdílení a organizování. Toto úložiště navíc poskytuje aplikační vrst­vu s webovou službou, pomocí které lze vy­tvářet webové stránky určené k zobrazení in­formací o parkovacích místech pro uživatele počítačů a mobilních telefonů.
 

Architektura softwaru

 

Sběr dat

Nejprve jsou data ze snímacích modulů PIR předána do bezdrátového měřicího uzlu. Na uzlu běží zákaznické VI naprogramova­né pomocí NI LabVIEW Wireless Sensor Ne­twork (WSN) Module, který využívá funkci oznámení změny digitálních vstupů a výstu­pů uzlu WSN.
 
Jakmile modul PIR zjistí pohyb, je spuště­na tato událost a uzel WSN zpracovává data z digitálního vstupu, dokud signál neklesne zpět na nízkou úroveň.
 
Jakmile uzel detekuje událost, pošle do stanice CompactRIO zprávu oznamující, že nastala událost, a udává i délku jejího trvání. Užitím funkce oznámení změny digitál­ních vstupů a výstupů a analogového vzorko­vání s velmi nízkou rychlostí je minimalizo­ván provoz měřicích uzlů WSN a maximálně prodloužena životnost baterií. Údaje o délce pulzu z uzlů WSN jsou zasílány do stanice CompactRIO a podle délky trvání je určeno, zda objekt, který se pohyboval okolo senzo­ru, bylo jedno auto, více aut, nebo prošel-li chodec. Jednotka CompactRIO udržuje infor­mace o celkovém počtu automobilů v parko­vacím domě. Informace o vjezdech a výjez­dech a o celkovém počtu vozidel jsou interně zaznamenány do souboru v paměti typu flash a poté načteny do úložiště dat sensorbase.org.
 

Data přístupná na webu

V současnosti jsou data ze systému po­sílána do úložiště dat sensorbase.org k pro­hlížení, stahování a vynášení do grafů prostřednictvím vestavěného webového rozhra­ní. Data jsou také k dispozici pro zpracování pomocí zákaznických webových aplikací pro­střednictvím vrstvy webových služeb. S po­užitím těchto webových služeb vytvořili ná­vrháři systému jednoduché webové rozhraní pro záznam dat do grafu v určitých časových periodách. Graf udává aktuální počet vozi­del v garáži.
 

Měření spotřeby

Vedle detekce vozidel byl každý uzel na­staven tak, aby každých deset minut změ­řil jeden analogový kanál a tak bylo mož­né monitorovat stav baterie senzoru. Data o baterii a kvalitě spojení jsou přenášena do stanice, kde jsou zaprotokolována a načtena do databáze. Bylo rovněž vytvoře­no jednoduché webové rozhraní poskytují­cí uživatelům informace o provozním sta­vu systému.
 

Vylepšení systému v budoucnosti

 
Po první instalaci je záměrem firmy vy­lepšit systém tak, aby stanice mohly vysílat a přijímat data z jiných „propojených“ par­kovacích míst. To umožní uživatelům zvo­lit jiné parkoviště, když přijedou tam, kde je plno. Systém je možné rozšířit ve stej­ném patře parkoviště lékařského domu, ale i na sousedních parkovištích. Veškeré infor­mace o parkovacích místech budou dostupné on-line a značky přímo na místě mohou in­formovat řidiče o možnosti parkovat v neda­lekých lokalitách.
 
V plánu je také instalace značek v podo­bě displejů LED v parkovacích garážích. Dis­pleje budou automaticky aktualizovány, aby poskytovaly přijíždějícím řidičům informa­ce o volném parkovacím prostoru. Nahra­dí značky, které nyní ručně umísťuje obslu­ha parkoviště.
 
Yeung Iam, UCLA Center for Embedded Networked Sensing
 
Obr. 1. Měřicí uzel v parkovací garáži bez­drátově přenáší informace o pohybu vozidel
Obr. 2. Centrální stanice v kiosku na výjezdu shromažduje a analyzuje veškerá data o pohybu automobilů v parkovací garáži a informuje v reálném čas, kolik je v jednotlivých zónách volných míst