基于4G通信技術(shù)的城市智能化停車引導(dǎo)系統(tǒng)的研究

孫慧婷，楊會(huì)玲，王磊，王軍

（蘇州科技學(xué)院電子與信息工程學(xué)院，江蘇蘇州215009）

基于4G通信技術(shù)的城市智能化停車引導(dǎo)系統(tǒng)的研究

孫慧婷，楊會(huì)玲，王磊，王軍

（蘇州科技學(xué)院電子與信息工程學(xué)院，江蘇蘇州215009）

為了解決城市停車難問題，提出一種基于4G通信的城市智能化停車引導(dǎo)系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用車輛探測傳感器和4G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)城市各車場實(shí)時(shí)車位信息的采集和上傳，手機(jī)應(yīng)用通過網(wǎng)絡(luò)訪問車輛管理服務(wù)器獲取目的車場實(shí)時(shí)車位信息，實(shí)現(xiàn)了城市車場車位的統(tǒng)籌安排。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，功耗較低，可以廣泛應(yīng)用于城市各個(gè)車場。

4G通信；手機(jī)客戶端；服務(wù)器；引導(dǎo)

隨著汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展和人們生活水平的提高，城市車輛逐年增加，車位供不應(yīng)求，造成城市停車難的問題。增加車位的規(guī)劃與建設(shè)雖然是一種有效途徑，但是針對(duì)土地資源的需求也非常緊張，于是在現(xiàn)有車位的基礎(chǔ)上，提出了一種智能化停車引導(dǎo)系統(tǒng)?，F(xiàn)有的停車引導(dǎo)系統(tǒng)還只限于自身車場的信息采集和顯示，而基于2G網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)服務(wù)明顯在傳輸速率上有些許不足。文中提出的智能化引導(dǎo)系統(tǒng)是基于整個(gè)城市各個(gè)車場的信息采集和顯示，并且基于4G網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)服務(wù)更加符合目前對(duì)采集速率的要求。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了城市各個(gè)車場信息交互為車主提供實(shí)時(shí)而準(zhǔn)確的車場車位信息，避免車主漫無目的地尋找停車位，從而實(shí)現(xiàn)了車場車位的合理有序安排以及減少了通道擁堵情況。

文章以此提出的基于4G通信的城市智能化停車引導(dǎo)系統(tǒng)，利用4G通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)城市各個(gè)車場車輛信息的采集和數(shù)據(jù)上傳，城市車輛管理系統(tǒng)服務(wù)器對(duì)各個(gè)車場的車輛信息進(jìn)行匯總和處理，車主亦可以通過4G網(wǎng)絡(luò)訪問服務(wù)器獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)尋找空閑停車位。

1 停車引導(dǎo)系統(tǒng)方案

該系統(tǒng)主要分為兩個(gè)部分，第一部分是對(duì)于各個(gè)停車場來說，實(shí)現(xiàn)基于4G數(shù)據(jù)通信的智能化車場信息采集和上傳，第二部分是對(duì)于整個(gè)城市來說，實(shí)現(xiàn)整個(gè)城市的車輛信息管理，通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)各個(gè)車場的車位信息實(shí)時(shí)發(fā)布。

1.1 基于4G數(shù)據(jù)通信的智能化車場

對(duì)于各個(gè)車場以及尋找停車位的車主來說，車場實(shí)時(shí)車位信息是非常重要的。各個(gè)車場內(nèi)部主要完成車輛出入信息采集，車位信息自動(dòng)上傳至車輛管理服務(wù)器，同時(shí)為車場室內(nèi)室外誘導(dǎo)屏提供誘導(dǎo)信息接口。智能化車場除了提供上述功能以外，還提供了無線遙控設(shè)置、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、設(shè)備信息顯示等功能。手機(jī)客戶端通過訪問服務(wù)器獲取車場車位數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)車場車輛的合理安排。智能化停車場的布局圖如圖1所示。

圖1 基于4G數(shù)據(jù)通信的智能化車場布局圖

由圖1可知，地感線圈檢測到車輛出入信息進(jìn)行車輛信息采集，系統(tǒng)主控器通過4G數(shù)據(jù)通信技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至服務(wù)器，系統(tǒng)服務(wù)器對(duì)各個(gè)車場上傳的車位信息進(jìn)行匯總更新，手機(jī)客戶端亦可以通過4G網(wǎng)絡(luò)訪問數(shù)據(jù)服務(wù)器獲取實(shí)時(shí)車場車位信息。

1.2 城市智能化車輛信息管理及引導(dǎo)系統(tǒng)

由圖2可知，各個(gè)車場將采集到的車輛出入信息上傳至系統(tǒng)服務(wù)器，系統(tǒng)服務(wù)器對(duì)各個(gè)車場的車位信息進(jìn)行匯總處理，獲取各個(gè)停車場的總體和剩余車位數(shù)，實(shí)現(xiàn)城市各個(gè)車輛誘導(dǎo)屏的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新，而手機(jī)客戶端用戶通過網(wǎng)絡(luò)訪問服務(wù)器獲得所需車場車位信息。

圖2 城市智能化車場信息管理及引導(dǎo)系統(tǒng)

2 基于4G通信的智能化車場硬件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的硬件部分主要包括4路輸入接口、系統(tǒng)主控器單元、鍵盤設(shè)置、無線智能遙控終端、無線數(shù)據(jù)上傳、數(shù)據(jù)顯示和誘導(dǎo)屏接口（見圖3）。

圖3 智能化車場系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

2.1 車輛出入信息采集

車輛信息采集關(guān)鍵技術(shù)是車輛探測方式，主要包括超聲波探測、紅外探測、地感線圈探測、視頻探測、射頻探測等。本系統(tǒng)采用地感線圈和超聲波探測相結(jié)合的車輛信息采集方式。當(dāng)有車輛通過出入口地感線圈時(shí)，地感線圈的磁場分布狀況發(fā)生變化，于是檢測到有車輛進(jìn)出。采用超聲波探測器的目的是為了根據(jù)接收到的超聲波的信號(hào)特征判斷進(jìn)出車場的是車輛還是行人，以便更加精確地確定出入車場的車輛數(shù)目。

本系統(tǒng)中采用地感線圈和超聲波檢測兩者結(jié)合來增加檢測靈敏度，彌補(bǔ)單一檢測的不足。其中對(duì)傳感器檢測到的車輛進(jìn)出信號(hào)采用光電隔離處理措施，避免了外部環(huán)境對(duì)內(nèi)部電路的干擾，它既能滿足TTL信號(hào)電平還能滿足其它類型信號(hào)接口，具體的電路結(jié)構(gòu)框圖見圖4。

圖4 車輛出入電路結(jié)構(gòu)框圖

2.2 基于4G的無線通信模塊

已有的2G數(shù)據(jù)通信服務(wù)雖然基本能夠滿足通信需要，但是對(duì)于大容量的數(shù)據(jù)通信，傳輸速率明顯很慢，造成傳輸延時(shí)，不能很好地進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)更新。隨著數(shù)據(jù)通信技術(shù)的發(fā)展，4G網(wǎng)絡(luò)登上時(shí)代的舞臺(tái)，它提供了更快更穩(wěn)定的數(shù)據(jù)通信服務(wù)，文中的無線通信模塊正是基于4G數(shù)據(jù)通信技術(shù)，它主要包括華為ME906E模塊和單片機(jī)ATMega128A，其中ME906E是一款采用SMT封裝的提供新一代接口標(biāo)準(zhǔn)的無線模塊，該模塊支持LTE即4G數(shù)據(jù)通信，功能相比原有的SIM900A通信模塊更加強(qiáng)大，數(shù)據(jù)傳輸速率更快，功耗較低，適應(yīng)更加靈活便捷的開發(fā)和應(yīng)用。

通信模塊ME906E通過串口與Mega128A相連，ME906E上電初始化后會(huì)向Mega128A發(fā)送連續(xù)的字符串，表示模塊正常，可正常進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。ME906E作為一個(gè)橋梁使得車輛管理服務(wù)器與單片機(jī)可以進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，基于ME906E通信硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。

圖5 基于ME906E通信硬件結(jié)構(gòu)框圖

單片機(jī)ATmega128A向ME906E發(fā)送指令指定模塊本地端口，成功后建立一個(gè)TCP連接，連接成功后返回OK。地感線圈探測器將采集到的車輛進(jìn)出信息通過I/O口發(fā)送給128A，而128A與ME906E進(jìn)行串行數(shù)據(jù)通信，ME906E通過4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器。

2.3 外接誘導(dǎo)屏接口

外接誘導(dǎo)屏接口即通過串口實(shí)現(xiàn)和外部誘導(dǎo)屏的數(shù)據(jù)通信。它的主要功能是對(duì)車場誘導(dǎo)屏或道路誘導(dǎo)屏提供車場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息接口，能夠支持RS232串口點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊，可以對(duì)誘導(dǎo)屏相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

車場信息顯示接口單元硬件采取RS232電氣標(biāo)準(zhǔn)，RS232電平轉(zhuǎn)換芯片采用SIPEX公司生產(chǎn)的SP3232芯片，該芯片具有抗靜電保護(hù)、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)。波特率最高滿足1 Mbps，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行通訊。

2.4 433M手持無線智能終端

433 MHz屬于ISM頻段，它是各個(gè)國家保留的一些供工業(yè)、科學(xué)研究和醫(yī)療等方面應(yīng)用的無線頻段。只要發(fā)射功率低于10 mW，并且不會(huì)對(duì)其它頻段造成影響，就可以不用向用戶所在地的無線電管理部門申請執(zhí)照。此外，433 MHz頻段屬于窄帶系統(tǒng)，它的穿透力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、抗衰減能力好，適用于城市建筑群多而密的環(huán)境。

文中手持無線終端采用433 M無線通訊模塊，它的傳輸距離可以達(dá)到空曠距離滿足300 m，室內(nèi)100 m，內(nèi)置采集控制器，便于車場工作人員非接觸設(shè)置系統(tǒng)。該終端支持對(duì)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行參數(shù)調(diào)整和車場信息初始化操作，能獲取并顯示智能系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并且支持遠(yuǎn)距離操作。手持智能終端的硬件結(jié)構(gòu)框圖見圖6。

圖6 433M手持無線智能終端結(jié)構(gòu)圖

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 基于4G數(shù)據(jù)通信的智能化車場

文中提出的智能化停車引導(dǎo)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)車輛信息的采集、數(shù)據(jù)上傳，手持終端對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)試以及支持用戶通過4G網(wǎng)絡(luò)訪問服務(wù)器獲取信息幾個(gè)功能。該系統(tǒng)提供4路TTL通斷信號(hào)，匯總車場各個(gè)出入口的車輛信息，利用C語言對(duì)ATMega128A進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)車輛出入信號(hào)檢測，通過發(fā)送AT指令實(shí)現(xiàn)ME906E與單片機(jī)的通訊，通訊模塊通過4G網(wǎng)絡(luò)上傳數(shù)據(jù)至管理服務(wù)器。具體流程圖如圖7所示。

圖7 基于4G數(shù)據(jù)通信的流程圖

3.2 城市智能化車輛信息管理及引導(dǎo)系統(tǒng)

城市各個(gè)車場通過4G網(wǎng)絡(luò)將各自實(shí)時(shí)車位信息上傳至車輛管理服務(wù)器，管理服務(wù)器將接收到的車場數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分類，實(shí)時(shí)更新各個(gè)車場的現(xiàn)有車位，將信息發(fā)布到室外或者室內(nèi)的誘導(dǎo)屏，另一方面，車主通過4G網(wǎng)絡(luò)或者WiFi訪問服務(wù)器獲取目的車場的車位信息。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

基于4G數(shù)據(jù)通信技術(shù)的城市智能化停車引導(dǎo)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了車輛出入信息統(tǒng)計(jì)，實(shí)時(shí)地將數(shù)據(jù)上傳服務(wù)器，以及顯示車輛車位的實(shí)時(shí)數(shù)目，從而車主可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問服務(wù)器獲取目的車場車輛信息，便利了人們的出行。

圖8 手機(jī)客戶端的應(yīng)用

如圖8所示，文中提出的基于4G通信的智能停車引導(dǎo)系統(tǒng)的條件下，車主通過手機(jī)應(yīng)用“幫停車”搜尋停車位，可以清楚的定位到目的停車場，并且可以獲得實(shí)時(shí)的車場車位信息。在4G數(shù)據(jù)通信的支持下，各個(gè)車場的車位信息快速準(zhǔn)確地更新至車輛管理服務(wù)器，而車主亦可以通過4G網(wǎng)絡(luò)快速地搜尋到目的停車場的實(shí)時(shí)車位信息。該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，車位信息實(shí)時(shí)準(zhǔn)確，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)車場車位合理有效安排。

5 結(jié)語

文中提出的基于4G通信的城市智能化停車引導(dǎo)系統(tǒng)，迎合了當(dāng)代信息快速發(fā)展的需求，基于4G網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通信更加穩(wěn)定快捷，滿足了人們對(duì)車場車位信息實(shí)時(shí)快速更新的要求。實(shí)踐證明，該系統(tǒng)可靠性高，功能完善，維護(hù)成本低，能夠合理有效地安排城市停車位，便利人們的出行，避免了車輛的擁堵。

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Intelligent city parking guidance system based on 4G communication technology

SUN Huiting,YANG Huiling,WANG Lei,WANG Jun
（Schllo of Electronic and Information Engineering,SUST,Suzhou 215009,China）

In order to solve the parking in the urban area,this paper proposes a city intelligent parking guidance system based on the 4G communication technology.This system uses vehicle detection sensors and the 4G communication technology to realize the real-time acquisition and data upload of vehicle information in each city’s yard,and the mobile phone client can acquire the real-time data of parking through the vehicle management server in the networks,which helps to realize the overall arrangement of city parking yard.Experimental results have proved that the system is steady and reliable with low power consumption,thus it can be widely used in every parking yard in the city.

4G communication technology;mobile phone client;server;guidance

TP39

A

1672-0679（2015）04-0072-04

（責(zé)任編輯：盧文君）

2015-04-02

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（61472267）；江蘇省普通高校研究生科研創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目（KYLX15-1311）

孫慧婷（1992-），女，江蘇東臺(tái)人，碩士研究生。