基于Z ig B ee的智能車位引導(dǎo)系統(tǒng)

梅瑞麟，賈興強，汪 青，張 夢，晏 濤

（湖北文理學(xué)院機械工程學(xué)院，湖北 襄陽441100）

0 引言

現(xiàn)代社會，伴隨著人均汽車占有量的日益增長，居民日常停放車輛所面臨的問題也越發(fā)突出。當前國內(nèi)停車場管理系統(tǒng)有著普及率低、種類多樣但部署成本高、可靠性低[1]的缺點?，F(xiàn)有的車位檢測技術(shù)主要有：人工觀察車位狀態(tài)；超聲波車位探測器；地感線圈車位檢測和紅外車位檢測等。其中人工觀察車位狀態(tài)被廣泛采用，但人工成本高，效率低。超聲波車位探測器有著方向性強，安裝方便的優(yōu)點但易受溫度影響，測距精度不足[2]。地感線圈車位檢測優(yōu)點在于靈敏度高但破壞地面，安裝成本高。紅外車位檢測雖然能夠自動檢測車位，但布線復(fù)雜，維護成本高[2]。

ZigBee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術(shù)。主要用于短距離、低功耗且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進行數(shù)據(jù)傳輸。在工業(yè)控制、智能農(nóng)業(yè)、醫(yī)療護理、家庭自動化和遠程控制等領(lǐng)域有著充分的應(yīng)用和廣闊的前景[3]。ZigBee技術(shù)采用CC2530射頻收發(fā)器，執(zhí)行2.4GHz IEEE 802.15.4標準，基于Smart RF 03技術(shù)，有著性能穩(wěn)定且功耗極低的特點，可有效、可靠的實現(xiàn)短距離通信。其無線通信數(shù)據(jù)傳輸率可達到250 kbps，能夠快速的實現(xiàn)多點對多點的組網(wǎng)[3]。

為了解決居民停車難的問題，彌補現(xiàn)有車位檢測系統(tǒng)的技術(shù)不足，本文在ZigBee技術(shù)的基礎(chǔ)上，集成了光敏電阻傳感器，設(shè)計了一種無線通信的車位檢測與引導(dǎo)系統(tǒng)，可以有效地提高停車效率，緩解停車壓力。

1 工作原理及組成

1.1 工作原理

使用光敏電阻傳感器判斷車位車輛停放狀態(tài)，其原理是在每個車位的正下方安裝一個光敏傳感器，當光敏傳感器無遮擋時輸出高電平判定無車，有遮擋時輸出低電平判定有車。

通過光敏電阻傳感器對車位情況進行采實時集，并由ZigBee協(xié)調(diào)器設(shè)備將各個傳感器收集到的車位信息通過無線方式傳輸給中央控制器進行處理，后發(fā)送給顯示模塊，顯示模塊給出空閑的車位位置，同時引導(dǎo)車輛進入空閑車位。

1.2 系統(tǒng)組成

智能車位引導(dǎo)系統(tǒng)主要包括中央控制系統(tǒng)、車位檢測系統(tǒng)、ZigBee協(xié)調(diào)器系統(tǒng)，各系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如下所示：

（1）中央控制系統(tǒng)：中央控制器AT89C52單片機在接收到串口傳來的數(shù)據(jù)后對數(shù)據(jù)進行處理、統(tǒng)計，并將車位占用的實時信息發(fā)送到停車場內(nèi)的顯示模塊上從而指引駕駛員選擇行車路線。

（2）車位檢測系統(tǒng)：光敏電阻檢測到停車位的信息變化，并將信號傳給ZigBee終端設(shè)備，ZigBee終端設(shè)備將車位已泊車的信息通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到中央控制系統(tǒng)。中央控制系統(tǒng)經(jīng)過比對選出最優(yōu)停車位，同時發(fā)出指令，修改停車場入口處的車位顯示器。

（3）ZigBee協(xié)調(diào)器系統(tǒng)：ZigBee協(xié)調(diào)器設(shè)備通過無線方式收集到的車位狀態(tài)信息進行匯總、打包，進而通過一條RS232串口線連接到單片機AT89C52.ZigBee協(xié)調(diào)器還可以在收集到的車位信息的基礎(chǔ)上，通過中央控制器對車位照明燈與狀態(tài)燈進行控制。

智能車位引導(dǎo)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 傳感器模塊

傳感器模塊與采用靈敏型光敏電阻傳感器，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號輸出，內(nèi)部原理如圖2所示，圖中VCC表示外接3.3 V～5 V電壓，GND表示外接地線，AO表示數(shù)字量輸出接口，DO表示模擬量輸出接口。

圖2 光敏電阻傳感器模塊原理圖

光敏電阻傳感器模塊在無光條件或者光強低于設(shè)定閾值時，無光源觸發(fā)，DO端口輸出高電平，串口不向ZigBee終端設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)；當外界環(huán)境光強超過設(shè)定閾值時，DO端口輸出低電平，串口不斷向ZigBee終端設(shè)備發(fā)送脈沖。光敏電阻傳感器與Zig－Bee終端設(shè)備實物圖如圖3所示。

圖3 光敏傳感器與Z ig B ee終端設(shè)備圖

2.2 無線通信模塊

無線通信技術(shù)的應(yīng)用相當普遍，無線通信具有免去鋪設(shè)線路、布線便利的優(yōu)點。無線通信采用多節(jié)點形成網(wǎng)絡(luò)，從而使監(jiān)控點擴充便利、路由自動形成[4，5]。這種通過數(shù)千個小的節(jié)點之間互相通信，采用相互傳遞的方法有效地提高了工作效率，實現(xiàn)了大范圍的監(jiān)控?？梢詫崿F(xiàn)無線通信功能的技術(shù)有多種，基于IEEE 802.15.4標準的ZigBee技術(shù)最具有代表性，它將數(shù)千個小的監(jiān)控點作為節(jié)點進行通信并基于ZigBee協(xié)議完成，協(xié)調(diào)器與主控板的通信由串口通信完成[4，5]。Zig－Bee協(xié)議是基于IEEE 802.15.4標準，并擴展了應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層，兩者分別為軟件與硬件的標準。ZigBee協(xié)調(diào)器設(shè)備實物圖如圖4所示。

圖4 Z ig B ee協(xié)調(diào)器實物圖

無線傳感網(wǎng)絡(luò)的基本平臺由多個傳感器節(jié)點構(gòu)成，無線傳感器節(jié)點既要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和處理，也要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和路由，集成有路由和端節(jié)點的功能[6]，其基本組成如圖5所示。

圖5 無線傳感器節(jié)點基本組成

2.3 單片機最小系統(tǒng)

單片機的最小系統(tǒng)通常指最小應(yīng)用系統(tǒng)。對于51系列單片機，最小系統(tǒng)包括時鐘電路、供電電路、復(fù)位電路等。時鐘電路是計算機的心臟，控制著計算機的工作節(jié)奏AT89C52單片機允許的時鐘頻率的典型值是12 MHz，本設(shè)計采用12 MHz[7]。單片機最小系統(tǒng)如圖6所示。

圖6 單片機最小系統(tǒng)電路圖

采用圖7所示的串口轉(zhuǎn)換電路，通過MAX232將輸入的+5 V電壓轉(zhuǎn)化成RS232輸出規(guī)定的+10 V電壓。在工業(yè)應(yīng)用中，芯片受電源噪聲影響較大，通常會為VCC電源增加去耦電容C10.電容C6，C7，C8，C9可實現(xiàn)電源的電路變換。MAX232的11腳T1IN與單片機的TXD端P3.1連接，12腳R1OUT與單片機的RXD端P3.0連接，13腳R1IN和14腳T1OUT分別與DB9的2、3口相連接。數(shù)據(jù)通過DB9向單片機AT89C52發(fā)送數(shù)據(jù)[8]。

圖7 串口轉(zhuǎn)換電路圖

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計

采用C語言對AT89C52單片機ZigBee協(xié)調(diào)器設(shè)備進行了嵌入式開發(fā)，并采用模塊化的編程思想，對各個子程序進行了單獨的設(shè)計并最后在主程序中調(diào)用。程序流程圖如圖8所示。

圖8 程序流程圖

4 實驗內(nèi)容

使用光敏傳感器、ZigBee終端設(shè)備、ZigBee協(xié)調(diào)器等模塊，模擬了停車場內(nèi)車位部署情況并對本系統(tǒng)進行了安裝調(diào)試，模擬車位部署圖如圖9所示。當車輛未完全駛?cè)胲囄粫r，光敏傳感器LED燈全亮，表示車位無車；當車輛完全駛?cè)胲囄粫r，光敏傳感器LED燈熄滅，表示車位有車。車位狀態(tài)對照圖如圖10所示。

圖9 模擬車位部署圖

圖10 車位狀態(tài)對照圖

5 結(jié)束語

本文設(shè)計的基于ZigBee的智能車位引導(dǎo)系統(tǒng)，以ZigBee無線模塊為基礎(chǔ)，選擇光敏傳感器采集車位信息，采用無線傳輸方式，該系統(tǒng)布線簡單、維護方便、安裝成本低、適用于各類停車場。且通過Zig－Bee節(jié)點與節(jié)點、節(jié)點與協(xié)調(diào)器組成的無線網(wǎng)絡(luò)具有數(shù)據(jù)傳輸可靠，數(shù)據(jù)處理能力強等優(yōu)點，能夠及時為車主顯示并提供空閑車位信息，提高停車效率，有效緩解現(xiàn)代都市停車難、尋位難的現(xiàn)狀。