基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能小區(qū)車輛管理系統(tǒng)研究

【摘要】本文針對(duì)智能化小區(qū)車輛停車管理難題，提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與嵌入式技術(shù)、無(wú)線傳感網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合的智能小區(qū)車輛管理系統(tǒng)方案，通過(guò)綜合運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)的思想、概念和方法，采用無(wú)線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備，以構(gòu)建一個(gè)信息化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、無(wú)線化的車輛管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能小區(qū)車輛動(dòng)態(tài)、合理、高效地管理。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng);ARM;無(wú)線;車輛管理

近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，機(jī)動(dòng)車輛越來(lái)越多地進(jìn)入百姓家庭，住宅小區(qū)“停車難、管理亂”的問(wèn)題日趨突出。智能小區(qū)車輛管理正在逐步趨于規(guī)范和科學(xué)，實(shí)現(xiàn)小區(qū)車輛智能化管理已經(jīng)成為必然的發(fā)展方向與研究熱點(diǎn)。

1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

利用物聯(lián)網(wǎng)、嵌入式、無(wú)線傳感網(wǎng)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能小區(qū)車輛管理系統(tǒng)，將智能無(wú)線傳感器安裝在車輛、智能小區(qū)信息采集點(diǎn)，通過(guò)無(wú)線感知周邊的溫度、濕度、光線、位置等信息。在無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)內(nèi)同時(shí)集成CPU、無(wú)線通信模塊、天線、電源等，使得該無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)具備與周邊傳感器節(jié)點(diǎn)協(xié)作、通信的功能，組成無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)即是信息的采集點(diǎn)又是路由中轉(zhuǎn)點(diǎn)，采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)路由算法在各個(gè)節(jié)點(diǎn)中傳送，最終到達(dá)嵌入式智能小區(qū)網(wǎng)關(guān)。小區(qū)網(wǎng)關(guān)基于S3C6410與嵌入式Linux操作系統(tǒng)平臺(tái)之下，能有效運(yùn)行協(xié)議轉(zhuǎn)化軟件，將無(wú)線傳感網(wǎng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)發(fā)送到智能小區(qū)控制服務(wù)器，服務(wù)器接收到數(shù)據(jù)后發(fā)出相應(yīng)的控制命令，經(jīng)由智能網(wǎng)關(guān)發(fā)送到每個(gè)無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)。通過(guò)智能小區(qū)車輛管理無(wú)線傳感網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能小區(qū)內(nèi)車輛的管理和控制，提高智能小區(qū)內(nèi)車輛的管理效率。整個(gè)系統(tǒng)由出入口管理系統(tǒng)、停車場(chǎng)管理、小車輛區(qū)管理，無(wú)線節(jié)點(diǎn)管理四部分構(gòu)成，其系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

2.關(guān)鍵技術(shù)介紹

2.1 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1.1 物聯(lián)網(wǎng)的概念

物聯(lián)網(wǎng)（IOT）是指將所有物體通過(guò)射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，與互聯(lián)網(wǎng)相連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。從技術(shù)架構(gòu)上來(lái)看，物聯(lián)網(wǎng)可分為三層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。和傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)相比，其特征和優(yōu)勢(shì)一它是各種感知技術(shù)的廣泛應(yīng)用，二它是一種建立在互聯(lián)網(wǎng)上的泛在網(wǎng)絡(luò)。

2.1.2 射頻識(shí)別技術(shù)

RFID是射頻識(shí)別技術(shù)的英文縮寫，又稱電子標(biāo)簽、無(wú)線射頻識(shí)別，是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。一個(gè)完整的RFID系統(tǒng)硬件通常由標(biāo)簽（Tag）、閱讀器（Reader）天線（Antenna）組成。其中，標(biāo)簽由耦合元件及芯片組成，每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象;閱讀器讀取（有時(shí)還可以寫入）標(biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計(jì)為手持式或固定式;天線在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號(hào)。目前，RFID技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于物流系統(tǒng)、電子收費(fèi)系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、供應(yīng)鏈系統(tǒng)、車輛識(shí)別系統(tǒng)等各個(gè)行業(yè)。

2.1.3 車牌識(shí)別技術(shù)

車輛管理工作智能化的發(fā)展趨勢(shì)也讓通信技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于車輛管理領(lǐng)域中，其精度強(qiáng)、自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)在車輛管理領(lǐng)域逐漸突顯。其中車牌識(shí)別技術(shù)就是在此過(guò)程中引起廣泛關(guān)注的重要技術(shù)之一， 車牌識(shí)別是通過(guò)計(jì)算機(jī)的視頻及模式識(shí)別功能，對(duì)車輛擁有的唯一車牌號(hào)進(jìn)行定位識(shí)別的系統(tǒng)技術(shù)。技術(shù)的主要環(huán)節(jié)包括對(duì)圖像開展預(yù)處理、對(duì)車牌進(jìn)行定位、對(duì)字符進(jìn)行分割以及對(duì)字符進(jìn)行識(shí)別。

2.2 嵌入式技術(shù)

嵌入式系統(tǒng)（Embedded system）是一種“完全嵌入受控器件內(nèi)部，為特定應(yīng)用而設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”，根據(jù)英國(guó)電氣工程師協(xié)會(huì)的定義，嵌入式系統(tǒng)為控制、監(jiān)視或輔助設(shè)備、機(jī)器或用于工廠運(yùn)作的設(shè)備。與個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不同，嵌入式系統(tǒng)通常執(zhí)行的是帶有特定要求的預(yù)先定義的任務(wù)。由于嵌入式系統(tǒng)只針對(duì)一項(xiàng)特殊的任務(wù)，因此能夠?qū)λM(jìn)行優(yōu)化，減小尺寸降低成本。嵌入式系統(tǒng)通常進(jìn)行大量生產(chǎn)，所以單個(gè)的成本節(jié)約，能夠隨著產(chǎn)量進(jìn)行成百上千的放大。近年來(lái)，隨著醫(yī)療電子、智能家居、物流管理和電力控制等方面的不斷風(fēng)靡，嵌入式系統(tǒng)利用自身積累的經(jīng)驗(yàn)，在已經(jīng)成熟的平臺(tái)和產(chǎn)品基礎(chǔ)上與應(yīng)用傳感單元的結(jié)合，擴(kuò)展物聯(lián)和感知的支持能力，發(fā)掘某一領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，成為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)的重要組成部分。

2.3 無(wú)線傳感技術(shù)

無(wú)線傳感網(wǎng)，簡(jiǎn)稱WSN，是指由一組隨機(jī)分布的集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊的傳感器以自組織方式構(gòu)成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域的各類監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息。WSN綜合了傳感器技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、分布式信息處理等技術(shù)，是一項(xiàng)集成了多學(xué)科的技術(shù)領(lǐng)域，已成為構(gòu)建無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)的重要技術(shù)。

3.關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法

3.1 車輛識(shí)別

RFID讀寫設(shè)備主要完成車上卡片與主機(jī)上的信息的交換，用于識(shí)別車輛信息以及完成收費(fèi)等一系列服務(wù)，此部分要求模塊穩(wěn)定度高，靈敏度高，可以實(shí)現(xiàn)2米以上讀卡，讀卡速度可以設(shè)定，至少是lOms，相同ID信息輸出時(shí)間間隔設(shè)定為2分鐘以上，與上位機(jī)通信采用232接口，系統(tǒng)可以在很短時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)收費(fèi)等系列服務(wù)。攝像頭作為RFID讀寫器的輔助設(shè)備，可以在繳費(fèi)、登記時(shí)對(duì)車輛進(jìn)行監(jiān)控、抓拍，防止在無(wú)人值守情況下發(fā)生車輛作弊行為。系統(tǒng)圖像采集模塊采用基于CMOS圖像傳感器的OV7620感光器件及OV511微處理芯片組成的USB接口攝像頭。

3.2 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)

系統(tǒng)利用CC2431協(xié)議技術(shù)和NesC技術(shù)進(jìn)行無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)的軟硬件設(shè)計(jì)，為構(gòu)筑智能小區(qū)內(nèi)車輛在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)需要同時(shí)具備傳感器及計(jì)算功能。無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)硬件采用8051 MCU控制單元及CC2420 RF傳輸芯片相結(jié)合的SoC TI CC2431，以支持使用TI CC2431 ZDK的Zigbee協(xié)議，并通過(guò)TinyOS 2.x實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳感器網(wǎng)絡(luò)。在CC2431的控制下選擇不同的傳感器以實(shí)現(xiàn)不同的數(shù)據(jù)信息的采集。軟件采用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的專用操作系統(tǒng)TinyOS 及TinyOS下具有類形式組件（component）結(jié)構(gòu)的NesC語(yǔ)言來(lái)開發(fā)節(jié)點(diǎn)程序，完成不同傳感器的程序編寫以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和無(wú)線傳輸，達(dá)到數(shù)據(jù)采集功能，并通過(guò)對(duì)無(wú)線傳感網(wǎng)MAC協(xié)議的優(yōu)化和改進(jìn)，最大限度減少電池的能量消耗，延長(zhǎng)傳感器的使用時(shí)間。

3.3 嵌入式網(wǎng)關(guān)

要完成有線和無(wú)線的通信、融合，需將無(wú)線節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)通過(guò)智能小區(qū)嵌入式網(wǎng)關(guān)或智能家居嵌入式網(wǎng)關(guān)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，并通過(guò)以太網(wǎng)發(fā)送到小區(qū)控制主機(jī)，同時(shí)將主機(jī)的指令通過(guò)嵌入式網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換為無(wú)線指令發(fā)送到無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)。系統(tǒng)中采用基于S3C6410微處理器與嵌入式Linux相結(jié)合的智能小區(qū)網(wǎng)關(guān)，并完成Linux下的協(xié)議轉(zhuǎn)化軟件的編程。

4.結(jié)論

本系統(tǒng)提出了一種將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與嵌入式、無(wú)線傳感網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，利用先進(jìn)的控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能小區(qū)車輛管理系統(tǒng)方案，是一種高效、方便快捷、科學(xué)的車輛管理手段。能體現(xiàn)智能小區(qū)車輛管理要求高可靠性、高實(shí)時(shí)性、高安全性、低維護(hù)性，實(shí)現(xiàn)信息資源共享和任務(wù)綜合管理特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]黃仁航.智能小區(qū)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議研究[D].華東交通大學(xué)，2008.

[2]羅林.基于ARM處理器的網(wǎng)關(guān)通信模塊研制[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012，35（12）：10-12.

[3]王娟.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能小區(qū)的應(yīng)用[J].通訊與網(wǎng)絡(luò)，2011（10）：94-96.

[4]張思俊.基于無(wú)線傳感網(wǎng)的小區(qū)車位防占報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2012，8（10）：2363-2365.

[5]程龍.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)TinyOS的移植[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2011，38（10）：323-325.

[6]翁小輝.基于物聯(lián)網(wǎng)的車輛監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].吉林大學(xué)，2009.

[7]張林麗.基于物聯(lián)網(wǎng)的車輛管理系統(tǒng)的研究，大眾科技[J].2012，10：6-7

[8]林明蘊(yùn).淺議基于物聯(lián)網(wǎng)的智能車輛管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路[J].信息與電腦，2013，1：183-185.

作者簡(jiǎn)介：徐見煒（1980—），男，浙江嵊州人，碩士，浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院實(shí)驗(yàn)師，研究方向：智能控制、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、檢測(cè)裝置與儀表。