基于物聯(lián)網的智能停車場管理系統(tǒng)設計及實現(xiàn)

張素紅++李博++吳飛++楊廣達

摘 要：隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，我國汽車擁有量急劇增加，停車場作為交通設施的重要組成部分，人們對其管理的要求也不斷提高，都希望管理能夠達到方便、快捷以及安全的效果，并且停車場的規(guī)模也在不斷擴大。停車場的規(guī)模各不相同，對其進行管理的模式也有不同之處，管理者需要根據(jù)自身的條件，選擇應用經濟、穩(wěn)定的管理程序，以免選擇高成本的管理系統(tǒng)。文章旨在設計一套包括高級管理員管理模塊、普通管理員管理模塊、用戶管理模塊的大規(guī)模停車場管理系統(tǒng)，并從系統(tǒng)整體框架設計、系統(tǒng)硬件設計、系統(tǒng)軟件設計以及軟件測試等幾個方面進行闡述，希望在實用性方面具有自己的特色并保持一定的可擴展性。

關鍵詞：汽車工業(yè)；停車場管理系統(tǒng)；實用性；可擴展性

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2015）11-00-04

0 引 言

目前隨著我國經濟的不斷發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，城市化和城鎮(zhèn)化被列為我國經濟發(fā)展的一個方向，急劇增長的城市人口和不斷擴大的城市規(guī)模在為城市交通帶來更大的發(fā)展機遇的同時，也將使城市交通面臨更大的挑戰(zhàn)。最近幾年汽車工業(yè)也在迅猛發(fā)展，私家車數(shù)量也在急劇增多，人們將面對日益突出的“停車難”現(xiàn)象[1]。我國的智能停車場管理系統(tǒng)市場興起在2001年，目前還處于初級發(fā)展階段，各種品牌不斷涌現(xiàn)，市場比較混亂，歸結起來其現(xiàn)狀主要表現(xiàn)為以下幾點：市場上品牌繁雜，沒有形成主流品牌；產品可靠性較低，技術含量不高；成套設備的系統(tǒng)多由集成商提供，能提供成套設備的生產廠家不多，系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性不易控制；部分商家售后服務不到位；系統(tǒng)智能化程度較低，如車位引導系統(tǒng)應用不多；從趨勢上看，智能停車場管理系統(tǒng)應向更高程度的智能化、合理化、人性化方向發(fā)展。

隨著互聯(lián)網的迅速發(fā)展，“物聯(lián)網概念”也逐漸進入人們的視線。“物聯(lián)網概念”是在“互聯(lián)網概念”的基礎上，將其用戶端延伸和擴展到任何物品與物品之間，進行信息交換和通信的一種網絡概念，它是現(xiàn)代信息技術與經濟社會發(fā)展到一定程度的必然階段[2]。與其說物聯(lián)網是網絡，不如說物聯(lián)網是業(yè)務和應用。因此，應用創(chuàng)新是物聯(lián)網發(fā)展的核心，以用戶體驗為核心的創(chuàng)新2.0是物聯(lián)網發(fā)展的靈魂。隨著生產社會化以及智能化的發(fā)展，物聯(lián)網技術應運而生，它是傳統(tǒng)商品與信息網絡深層次結合的產物?；谖锫?lián)網的智能停車場管理系統(tǒng)可方便管理員更好的對停車場進行管理，同時滿足和方便用戶使用?；谖锫?lián)網的智能停車場管理系統(tǒng)利用軟件技術、自動化技術、網絡技術、數(shù)據(jù)庫技術等手段，實現(xiàn)了車位檢測、高級管理員對普通管理員的管理、普通管理員對用戶的管理、用戶的注冊與登錄、用戶停車位的選擇、用戶查看停車位、用戶網上付費等功能。

1 系統(tǒng)整體框架設計

物聯(lián)網是將各種信息傳感設備與互聯(lián)網結合起來而形成的一個巨大網絡，可使所有的物品與網絡連接，實現(xiàn)了物的智能化識別和管理操作[3，4]。智能停車場管理系統(tǒng)整體架構采用的分層設計方法，基于物聯(lián)網系統(tǒng)架構一般采用三層結構，從下到上依次包括感知層、網絡層和應用層。本系統(tǒng)在系統(tǒng)架構設計中，根據(jù)實際應用在網絡層和應用層之間添加一個用戶層，通過添加用戶層，用戶可以通過手機完成注冊、登陸、選擇停車位、查看停車位、網上付費等功能。

本文介紹的是基于物聯(lián)網的停車場管理系統(tǒng)根據(jù)感知層、網絡層、用戶層、應用層可實現(xiàn)的功能結構圖如圖1所示。

感知層的通信范圍與傳統(tǒng)的互聯(lián)網通信不同。停車場管理系統(tǒng)的感知層主要是對停車位信息的采集。在感知層利用紅外遙控傳感器對停車位的信息進行感知，紅外遙控傳感器是一對紅外遙控收發(fā)裝置，采用38 kHz的載波頻率發(fā)送無線波，接收到高電平，當停車位上有車時，會遮蔽無線波，此時會接收到低電平，紅外遙控傳感器就會把“有車”的信號發(fā)送給ZigBee模塊。

網絡層的主要功能是把感知層感知到的數(shù)據(jù)利用處理器單元對數(shù)據(jù)進行分析處理，把相應數(shù)據(jù)通過WiFi射頻收發(fā)模塊快速、可靠地傳輸?shù)椒掌鞫耍箶?shù)據(jù)通過停車場和停車場辦公網絡進入上位機系統(tǒng)。

應用層的主要功能是對網絡層發(fā)送過來的數(shù)據(jù)進行分析與處理，并通過Web客戶端操作頁面，實現(xiàn)對停車場的遠程監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析功能。同時，也可通過Web終端獲取停車場內的情況，例如，停車位感應器是否正常、停車場共有多少輛車等。

圖1 基于物聯(lián)網的智能停車場管理系統(tǒng)架構

2 系統(tǒng)硬件設計

智能停車場管理系統(tǒng)硬件設計主要包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計、數(shù)據(jù)傳輸設計與顯示系統(tǒng)設計。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由紅外遙控傳感器、Stm32單片機、ZigBee協(xié)議采集器、集中器模塊等組成，能快速、準確獲取智能停車場停車位的數(shù)據(jù)，達到數(shù)據(jù)與設備匹配，集中器對于上位機發(fā)來的數(shù)據(jù)會判斷其格式是否符合376.2應用協(xié)議，如果發(fā)現(xiàn)上位機發(fā)來的數(shù)據(jù)不符合應用協(xié)議，集中器會把它忽略，這樣就成功解決了數(shù)據(jù)錯亂等問題。數(shù)據(jù)傳輸主要由集中器、WiFi無線網絡和上位機組成，不僅保證了數(shù)據(jù)的傳輸速率，同時也保證了數(shù)據(jù)的傳輸距離，這樣就避免因網絡中斷造成數(shù)據(jù)丟失等問題。此外，顯示系統(tǒng)主要由停車場管理平臺計算機組成。

2.1 感知層設計

停車場管理系統(tǒng)底層通過紅外遙控傳感器感應停車位狀態(tài)（是否有車），紅外遙控傳感器將停車位狀態(tài)信號經過Stm32單片機，Stm32單片機控制ZigBee自組網發(fā)送給ZigBee協(xié)議采集器，采集器將采集上來的數(shù)據(jù)進行處理和存儲。采集器與集中器通信采用ZigBee無線通信模塊，采集器平時處于接受狀態(tài)，如果采集器收到集中器指令，采集器就會按照集中器指令內容操作，將相應采集器的有關數(shù)據(jù)通過無線通信模塊送至集中器。集中器可以定時或實時對下轄的采集器進行數(shù)據(jù)抄收，并進行存儲。當上級設備——停車場管理平臺計算機調用數(shù)據(jù)時，集中器上的WiFi通信模塊通過無線網絡將存儲的數(shù)據(jù)打包上送。停車場管理平臺計算機可以對集中器，并通過集中器對采集終端進行各種操作。

2.2 網絡層設計

數(shù)據(jù)通信是停車場數(shù)據(jù)采集與停車場數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析進行數(shù)據(jù)通信的中間環(huán)節(jié)，本系統(tǒng)主要采用WiFi網絡技術與ZigBee技術進行開發(fā)。WiFi是一種可以將個人電腦、手持設備（如pad、手機）等終端以無線方式互相連接的技術，事實上它是一個高頻無線電信號。

ZigBee自組網可采用星狀、片狀和網狀網絡結構，由一個主節(jié)點管理若干子節(jié)點，最大一個主節(jié)點可管理254個子節(jié)點，同時主節(jié)點還可以由上一層網絡節(jié)點管理，最多可組成多達65 000個節(jié)點的大網。同時，ZigBee的響應速度較快，一般從睡眠狀態(tài)轉入工作狀態(tài)只需要15 ms，節(jié)點連接進入網絡只需要30 ms，進一步節(jié)省了電能。由于ZigBee自組網傳輸是動態(tài)路由，所以可以隨時進行調整，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃訹5]。通過ZigBee自組網的方式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊衅?，然后再通過 WiFi的方式發(fā)送回停車場管理平臺計算機的停車場管理系統(tǒng)。

2.3 應用層設計

停車場管理系統(tǒng)采用Web技術，任何一臺訪問相應的網址都可以通過瀏覽器對停車場管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行查看、刪除、修改、更新（必須為停車場內的管理員），例如，對停車場參數(shù)的設置、用戶的管理、管理員檔案管理、車輛管理等。

3 系統(tǒng)軟件設計

3.1 停車位信息采集設計

本文設計的基于物聯(lián)網的智能停車場管理系統(tǒng)軟件主要利用keil軟件采用C語言開發(fā)?；诋斍爸悄芡＼噲鲋写嬖诘膯栴}，所設計的系統(tǒng)停車位信息采集流程如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)停車位信息采集流程圖

3.2 網絡Web設計

智能停車場管理系統(tǒng)網絡Web設計采用Java語言，利用myeclipse軟件，同時采用Spring、Struts2、Hibernate三大框架進行開發(fā)。Struts是基于 MVC 模式的 Web 應用最經典框架，兩個項目Struts 和webwork已經集成，成為現(xiàn)在的Struts2；Spring是一個輕型的容器，利用它可以使用一個外部 XML 配置文件方便地將對象連接在一起，每個對象都可以通過顯示一個 JavaBean 屬性收到一個到依賴對象的引用，開發(fā)人員只需要在一個 XML 配置文件中把它們連接好；Hibernate 是一個純 Java 的對象關系映射和持久性框架，它可以讓開發(fā)人員用 XML 配置文件把普通 Java 對象映射到關系數(shù)據(jù)庫表，使用 Hibernate 能夠節(jié)約大量項目開發(fā)時間，因為整個 JDBC 層都由這個框架管理[6]。在此系統(tǒng)中，設置了最高管理員和普通管理員，最高管理員可以對普通管理員進行權限設置；最高管理員擁有最高權限，登陸成功后，可以查看所有的網頁；普通管理員登陸成功后，只能訪問相應的網頁。停車場管理系統(tǒng)網絡Web設計功能如圖3所示。

圖3 停車場管理系統(tǒng)網絡Web設計功能圖

3.3 Android手機App設計

智能停車場管理系統(tǒng)中Android手機App開發(fā)采用Java語言、利用eclipse軟件進行開發(fā)，此設計給用戶帶來了極大的方便。Android手機App設計功能圖如圖4所示。

圖4 手機App設計功能圖

智能停車場管理系統(tǒng)中Android手機App的開發(fā)設計，主要是為用戶設計。在此系統(tǒng)中，用戶可以下載停車場系統(tǒng)的Android手機App軟件，打開智能停車場Android手機App軟件，用戶可以進入主界面；單擊“登錄系統(tǒng)”按鈕，會進入身份驗證的界面；如果用戶還沒有注冊，則用戶需要先注冊；登陸成功后，用戶可以搜索想使用的停車場，選擇停車位；當用戶離開停車場時，可以查看自己所選擇的停車位，確定自己停車的位置；用戶可以刷卡或網上付費。

4 智能停車場管理系統(tǒng)軟件測試

4.1 智能停車場管理系統(tǒng)網絡Web測試

智能停車場管理系統(tǒng)網絡Web測試如圖5（a）、圖5 （b）、圖5 （c）所示，分別為智能停車場管理系統(tǒng)管理員的登陸界面、高級管理員成功登陸智能停車場管理系統(tǒng)網頁的部分軟件界面（管理員檔案管理）、普通管理員成功登陸智能停車場管理系統(tǒng)網頁的部分軟件界面（停車位管理）。

（a） 管理員登錄界面

（b） 高級管理員登錄系統(tǒng)網頁

（c） 部分軟件界面

圖5 停車場管理系統(tǒng)網絡Web軟件部分功能運行圖

4.2 智能停車場管理系統(tǒng)Android手機App測試

智能停車場管理系統(tǒng)Android手機App測試如圖6 （a）、圖6 （b）、圖6 （c）所示，分別為用戶注冊界面、用戶登陸界面、用戶選擇停車位界面。

（a） 用戶注冊界面 （b）用戶登錄界面 （c）用戶選擇停車位界面

圖6 停車場管理系統(tǒng)手機App軟件部分功能運行圖

5 結 語

本文設計的智能停車場管理系統(tǒng)采用spring、struts2、hibernate三大框架進行開發(fā)，實現(xiàn)了高級管理員和普通管理員的各項功能，同時為用戶開發(fā)了Android手機App軟件，實現(xiàn)了客戶端和服務器之間的傳輸。用戶可以下載智能停車場的Android手機App軟件，進行注冊、登陸、網上付費以及對停車位的操作，整個系統(tǒng)在實用性方面保持了自己的特色。

參考文獻

[1] 周靈芝.城市住宅小區(qū)停車難問題的解決對策[J].寧波工程學院學報，2009， 21（2）：37-40.

[2] 唐前進.物聯(lián)網產業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].中國安防， 2010（6）：16-20.

[3] Rolf H W. Internet of things： New security and privacy challenges[J]. Computer Law & Security Review， 2010， 26（1）： 23-30.

[4] Chrision P M..Security and privacy challenges in the internet of things[A]. Germany： Electronic Communications of the EASST， 2013： 1-12.

[5] 武永勝， 王偉， 沈昱明.基于ZigBee技術的無線傳感器網絡組網設計[J]. 電子測量技術， 2009， 32（11）：121-124.

[6] 陳亞輝. Struts 2 + Spring + Hibernate框架技術與項目實戰(zhàn)[M].北京：清華大學出版社， 2012.