基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能停車(chē)場(chǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

錢(qián)承山 蔣奇峰 茅韻怡 馬闖 李雪晴

摘 要：針對(duì)傳統(tǒng)停車(chē)場(chǎng)帶來(lái)的停車(chē)效率低，停車(chē)場(chǎng)管理不便等問(wèn)題，利用物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)，將軟件、硬件相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)將用以CC2530芯片為核心的ZigBee模塊實(shí)現(xiàn)定位功能，采用RFID-RC522模塊實(shí)現(xiàn)車(chē)輛進(jìn)入停車(chē)場(chǎng)的初始計(jì)時(shí)，而采用US-100超聲波測(cè)距模塊、單片機(jī)STC89C54RD+芯片和終端檢測(cè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成空車(chē)位檢測(cè)系統(tǒng)。在手持終端和上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)上，選取Visual Studio 2013和Qt作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，并使用C#作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，系統(tǒng)上位機(jī)和下位機(jī)通過(guò)串口進(jìn)行數(shù)據(jù)交流。實(shí)際應(yīng)用證明，該系統(tǒng)使用方便，軟硬件系統(tǒng)穩(wěn)定，效果良好。

關(guān)鍵詞：ZigBee；RFID；超聲波；停車(chē)場(chǎng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TN409 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2016）07-00-02

0 引 言

由于居民生活水平的提高以及汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，城市車(chē)輛的數(shù)量大幅度增長(zhǎng)，因而產(chǎn)生了停車(chē)難，交通擁堵等問(wèn)題。其中，停車(chē)位不足以及不能高效利用更是加重了停車(chē)難、違章亂停等現(xiàn)象。傳統(tǒng)的停車(chē)場(chǎng)已經(jīng)不能適應(yīng)城市的現(xiàn)狀[1]。在國(guó)內(nèi)，為解決傳統(tǒng)停車(chē)場(chǎng)帶來(lái)的諸多問(wèn)題，部分停車(chē)場(chǎng)已采用新型停車(chē)場(chǎng)設(shè)備，在一定程度上緩解了傳統(tǒng)停車(chē)場(chǎng)帶來(lái)的停車(chē)壓力，但仍未從根本上解決停車(chē)問(wèn)題[2]。與此同時(shí)，國(guó)外的智能停車(chē)場(chǎng)設(shè)備也開(kāi)始在較多的停車(chē)場(chǎng)中投入使用[3]。功能完善的智能化停車(chē)場(chǎng)設(shè)備能夠緩解城市現(xiàn)有的交通壓力，改善停車(chē)環(huán)境，給車(chē)主提供便捷快速的停車(chē)服務(wù)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)概述

本文提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能停車(chē)場(chǎng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用的技術(shù)方案包括ZigBee組網(wǎng)技術(shù)及定位技術(shù)，單片機(jī)技術(shù)，超聲波傳感器技術(shù)，RFID技術(shù)，Linux系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)，VS平臺(tái)軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)，Qt平臺(tái)軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)。該智能停車(chē)場(chǎng)系統(tǒng)具有上位機(jī)綜合管理，空車(chē)位檢測(cè)，車(chē)輛定位等功能?？傮w結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)

2.1 協(xié)調(diào)器和節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)在協(xié)調(diào)器和節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)上均采用TI公司生產(chǎn)的以CC2530為核心芯片的ZigBee模塊，CC2530芯片的片上系統(tǒng)集成度高。它的高性能處理能力足以滿(mǎn)足以ZigBee為基礎(chǔ)的相關(guān)應(yīng)用。CC2530 是用于2.4 GHz、ZigBee 和RF4CE 應(yīng)用的一個(gè)真正的片上系統(tǒng)（SoC）解決方案[4]。它的材料成本低，能建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)。CC2530結(jié)合了RF 收發(fā)器的優(yōu)良性能，具有業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型8051 CPU，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存，8 KB RAM和許多其它強(qiáng)大的功能。CC2530 具有不同的運(yùn)行模式，使得它尤其適應(yīng)超低功耗要求的系統(tǒng)，運(yùn)行模式之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間短，進(jìn)一步確保了低能源消耗[5]。

2.2 協(xié)調(diào)器的程序設(shè)計(jì)

協(xié)調(diào)器是ZigBee網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，硬件上采用CC2530模塊，軟件上，在ZStack-1.4.2-1.1.0協(xié)議棧的基礎(chǔ)上，在IAR7.30B開(kāi)發(fā)環(huán)境下進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)。協(xié)調(diào)器在整個(gè)系統(tǒng)中起到數(shù)據(jù)傳輸中介的作用，是上位機(jī)、各個(gè)硬件模塊、下位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)連接的橋梁[6]。在協(xié)調(diào)器的設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先對(duì)其硬件、時(shí)鐘、協(xié)議棧、串口等進(jìn)行初始化，然后開(kāi)始組建網(wǎng)絡(luò)。在網(wǎng)絡(luò)組建成功后，協(xié)調(diào)器和PC機(jī)控制端通過(guò)RS 232進(jìn)行串口連接[7]。在整個(gè)系統(tǒng)中，協(xié)調(diào)器將上位機(jī)發(fā)送的信息指令送達(dá)各終端節(jié)點(diǎn)，接收各終端的信息并發(fā)送到上位機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和各終端的實(shí)時(shí)通信。協(xié)調(diào)器程序設(shè)計(jì)流程圖如圖2所示。

2.3 節(jié)點(diǎn)的程序設(shè)計(jì)

2.3.1 參考節(jié)點(diǎn)的程序設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用CC2530模塊作為參考節(jié)點(diǎn)，主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)輛定位功能，由于系統(tǒng)在定位算法上使用RSSI算法，參考節(jié)點(diǎn)的主要作用是把待檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的RSSI值提取出來(lái)發(fā)送到終端[8]。參考節(jié)點(diǎn)是靜止的，由人工放置，參考節(jié)點(diǎn)的數(shù)量根據(jù)需求而定，本系統(tǒng)設(shè)置4個(gè)參考節(jié)點(diǎn)。在具體的應(yīng)用過(guò)程中，首先需要在上位機(jī)上設(shè)置參考節(jié)點(diǎn)的位置和相應(yīng)的ID，然后再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。參考節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)流程圖如圖3所示。

2.3.2 待測(cè)未知節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

待測(cè)未知節(jié)點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用中即指每一個(gè)進(jìn)入停車(chē)場(chǎng)的車(chē)輛，在本系統(tǒng)中供車(chē)主使用的手持終端由未知節(jié)點(diǎn)和基于Linux系統(tǒng)的軟件服務(wù)終端組成[9]，未知節(jié)點(diǎn)采用CC2530模塊，設(shè)計(jì)流程圖如圖4所示。未知節(jié)點(diǎn)可以主動(dòng)發(fā)出定位請(qǐng)求也可以通過(guò)上位機(jī)命令被動(dòng)定位，本系統(tǒng)采用的技術(shù)方案為上位機(jī)通過(guò)協(xié)調(diào)器下達(dá)的命令來(lái)發(fā)送接收RSSI信號(hào)，并經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理將未知節(jié)點(diǎn)的位置信息顯示在軟件服務(wù)終端上，從而車(chē)主可以獲取自己在停車(chē)場(chǎng)內(nèi)的位置信息[10]。

2.4 RFID射頻計(jì)時(shí)模塊設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用RFID-RC522模塊作為該部分核心模塊，該模塊具有觸發(fā)車(chē)輛停車(chē)計(jì)時(shí)開(kāi)始與結(jié)束的功能，車(chē)主在進(jìn)入或駛出停車(chē)場(chǎng)時(shí)，使用相應(yīng)的RFID標(biāo)簽在讀卡器上刷卡，讀卡器將相關(guān)信息實(shí)時(shí)傳送給上位機(jī)車(chē)輛管理軟件，快速統(tǒng)計(jì)出車(chē)輛的停車(chē)時(shí)間[11]。RFID射頻計(jì)時(shí)模塊通信流程圖如圖5所示。

2.5 超聲波車(chē)位檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的超聲波車(chē)位檢測(cè)模塊的最小系統(tǒng)由超聲波檢測(cè)模塊US-100，單片機(jī)STC89C54RD+芯片和終端檢測(cè)節(jié)點(diǎn)組成，US-100超聲波測(cè)距模塊可實(shí)現(xiàn)2 m～4.5 m的非接觸測(cè)距功能，滿(mǎn)足停車(chē)場(chǎng)空車(chē)位檢測(cè)的精度需求，同時(shí)該模塊具有多種通信方式，內(nèi)帶看門(mén)狗，工作穩(wěn)定可靠[12]。US-100超聲波測(cè)距模塊的測(cè)距信息經(jīng)STC89C54RD+芯片處理后通過(guò)終端檢測(cè)節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器將信息上傳至上位機(jī)，上位機(jī)接收信息后在軟件相應(yīng)部分顯示空車(chē)位信息。超聲波車(chē)位檢測(cè)模塊流程圖如圖6所示。

2.6 手持終端軟件和上位機(jī)管理軟件的設(shè)計(jì)

2.6.1 手持終端軟件的設(shè)計(jì)

手持終端軟件開(kāi)發(fā)是以L(fǎng)inux為系統(tǒng)環(huán)境，界面和功能開(kāi)發(fā)均在跨平臺(tái)開(kāi)發(fā)工具Qt上完成[13]。手持終端的主要功能是方便車(chē)主實(shí)時(shí)獲取自己在停車(chē)場(chǎng)內(nèi)的位置信息，從而能夠快速找到停車(chē)位，提高停車(chē)效率。

2.6.2 上位機(jī)管理軟件的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)上位機(jī)的主要功能是設(shè)置系統(tǒng)參考節(jié)點(diǎn)，監(jiān)視停車(chē)場(chǎng)車(chē)位信息及車(chē)輛位置并實(shí)現(xiàn)對(duì)停車(chē)場(chǎng)內(nèi)車(chē)輛的綜合管理。在開(kāi)發(fā)工具上選用Visual Studio 2013，基于.NET Framework 4.5.2 。上位機(jī)和協(xié)調(diào)器之間采用串口通信。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能停車(chē)場(chǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)結(jié)合了多種與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的技術(shù)，本文以該系統(tǒng)所處的社會(huì)背景為基礎(chǔ)，分別從整體設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)方面對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行介紹分析。該系統(tǒng)的主要功能模塊為協(xié)調(diào)器和節(jié)點(diǎn)、超聲波空車(chē)位檢測(cè)模塊、RFID射頻計(jì)時(shí)模塊、手持終端和上位機(jī)管理軟件，所實(shí)現(xiàn)的功能包括空車(chē)位檢測(cè)、車(chē)輛停車(chē)時(shí)間記錄、停車(chē)場(chǎng)綜合管理等。本系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中能夠?yàn)檐?chē)主在停車(chē)場(chǎng)內(nèi)停車(chē)提供便利，為停車(chē)場(chǎng)管理提供有效的管理措施，這在一定程度上緩解了城市的交通壓力。

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