基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的停車場管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

◆翟志華

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基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的停車場管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

◆翟志華

（黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程學(xué)院 河南 475003）

采用傳統(tǒng)技術(shù)管理停車場不僅耗費(fèi)大量人力、物力、財(cái)力，而且實(shí)際管理效率較低，一些特殊時(shí)段仍需要人工對車輛進(jìn)行識別，導(dǎo)致車輛管理安全性存在一定缺陷。文章在無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上提出了新的停車場管理系統(tǒng)，該車牌識別技術(shù)輔助停車場管理，解放了停車場管理中的人力，提高城市中停車場管理效率。

無線傳感；網(wǎng)絡(luò)；停車場；管理系統(tǒng)；車牌識別

0 引言

國民經(jīng)濟(jì)的不斷提高推進(jìn)城市化的不斷發(fā)展，當(dāng)下人們對代步工具的要求以及國家對汽車行業(yè)的扶植使居民的機(jī)動車持有量迅猛增長。車輛的增多給城市停車場管理帶來一定挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)停車場管理自動化程度不高，相應(yīng)安全性能低，不能滿足居民停車需求。以無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為支持的停車場管理系統(tǒng)在停車場出入口設(shè)置管理設(shè)備，封閉停車場，抓拍并識別出入車輛的車牌號，對進(jìn)出車輛監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)有效監(jiān)控和管理作用。

1 無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

無線傳感（WSN）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是以傳感器節(jié)點(diǎn)自感應(yīng)形式形成的無線網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有協(xié)作感知、信息采集、信息處理、信息反饋的能力。無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在硬件上由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、無線收發(fā)通訊、電池電力供應(yīng)組成[1]。硬件整體上體型小巧、成本低廉、能耗小、多功能等特點(diǎn)。無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)軟件上由節(jié)點(diǎn)傳感器感應(yīng)區(qū)域溫度、濕度、光強(qiáng)、壓力等數(shù)據(jù)，檢測對象的電壓、電流，以此實(shí)現(xiàn)高效感知，以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將信息傳遞到處理中心，對信息處理分析后執(zhí)行操作。無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)屬于當(dāng)下成熟的新型技術(shù)，在許多領(lǐng)域應(yīng)用。

2 設(shè)計(jì)分析

傳統(tǒng)停車場自身管理模式單一，主要采用人工實(shí)現(xiàn)停車場管理，實(shí)際管理內(nèi)容具有隨意性，且管理成本高昂[2]。在采用無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)計(jì)停車場管理系統(tǒng)時(shí)，要確保管理系統(tǒng)的科學(xué)性、穩(wěn)定性和實(shí)用性。停車場管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)核心在于車輛出入，要根據(jù)不同停車場的實(shí)際情況，在出入口設(shè)置感應(yīng)式硬件設(shè)備，確保設(shè)備工作和車輛行駛之間互不影響。把兩卡感知的實(shí)際信息傳遞給管理系統(tǒng)處理，管理系統(tǒng)分析信息，做出合理判斷，形成方便、安全、高效的管理系統(tǒng)[3]。其對車輛要求在于，除臨時(shí)停車，其他車輛以車輛左側(cè)感應(yīng)區(qū)識別車牌。

當(dāng)下停車場中，只對車輛出入進(jìn)行感應(yīng)處理，而無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)計(jì)是將整個(gè)停車場納入安全管理范疇，避免不法分子對停車場內(nèi)財(cái)物造成威脅，在出入口設(shè)置監(jiān)控設(shè)備，捕捉圖像并儲存數(shù)據(jù)庫中，傳遞給管理系統(tǒng)，系統(tǒng)傳遞給停車場探頭，實(shí)現(xiàn)全面監(jiān)控，若發(fā)現(xiàn)車輛發(fā)出異常音頻信號，則啟動報(bào)警設(shè)備，提醒管理人員趕赴現(xiàn)場。

3 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用RS422雙工總線管理，網(wǎng)絡(luò)方面以對應(yīng)系統(tǒng)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)對設(shè)備管理控制，系統(tǒng)對停車場的車輛信息、狀況、用戶信息等進(jìn)行管理。軟件設(shè)計(jì)需設(shè)計(jì)人性化界面。系統(tǒng)工作中，停車場入口出卡，讀卡后擋車器抬起，車輛進(jìn)入（臨時(shí)停車需車主自行保管卡片，在車輛出口繳費(fèi)）。停車場內(nèi)車輛離開時(shí)，系統(tǒng)自動感知，對臨時(shí)停車車輛自動計(jì)算需繳費(fèi)額度，對長期停車的車主由卡片識別后感應(yīng)費(fèi)用管理系統(tǒng)，自動扣費(fèi)后傳遞給擋車器，其自動抬起，放行車輛。

為實(shí)現(xiàn)高效率管理，系統(tǒng)設(shè)計(jì)上要設(shè)置車牌識別系統(tǒng)，對小區(qū)停車場而言，業(yè)主將車輛行駛到感應(yīng)區(qū)后，系統(tǒng)自動識別車牌號，發(fā)現(xiàn)為登記的車牌后發(fā)出放行命令，車輛放行。

4 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

以JN5148芯片實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)無線傳輸。JN5148芯片自身能耗較低，可通過無線芯片SOC嵌入32位CPU，融入128KB ROM、RAM。外設(shè)通信接口設(shè)置4路12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器、2路12位數(shù)模轉(zhuǎn)換器、2比較器、3定時(shí)器、21IO口、2UART串口等等。JN5148芯片以JN5148為核心，其外圍電路元件價(jià)格低廉，利于推廣無線通信。

4.1 終端節(jié)點(diǎn)

CPU、無線通信、磁芯片、傳感器、激活單元、電源構(gòu)成終端節(jié)點(diǎn)電路（如圖1所示）。終端節(jié)點(diǎn)電路引入單片機(jī)以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理，降低JN5148電路能源消耗。

圖1 終端節(jié)點(diǎn)電路示意

磁信號收集磁場數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換，磁傳感器感可知停車場磁場變化（一芯片可連接三個(gè)傳感器），完成磁場數(shù)據(jù)采集后對信號放大并濾波處理，傳入處理系統(tǒng)。處理器以SPI通信，不僅對接收信號處理，還完成對UART串口控制。JN5148完成磁場數(shù)據(jù)、芯片狀態(tài)發(fā)送。

通過鋰電池供應(yīng)設(shè)備工作，電路中磁芯片電源供電以JN5148IO口控制，需采集后才供電，采集結(jié)束，IO口關(guān)閉電源，避免芯片處于長久運(yùn)作，降低能耗。

4.2 路由節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

路由節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)采集、信息控制。JN5148系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)數(shù)據(jù)處理，其外圍電路由復(fù)位電路、JATG電路及編程復(fù)位電路組成，電路圖如下。

圖2 JN5148系統(tǒng)電路圖

JN5148系統(tǒng)程序燒寫具有多樣化特點(diǎn)，可借助Flash選擇燒寫工具，以UART燒寫程序。確保SPIMISO引腳低電平，JN5148重置。程序燒寫后，對芯片重置。電路以兩按鍵形式為操作提供便利。程序燒寫要確保SPISSM和SPISSZ相連接。

4.3 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

采集磁場數(shù)據(jù)將傳遞給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器處理不同車位磁場數(shù)據(jù)，獲取停車場實(shí)際剩余車位信息。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)具有相似性，其電路為JN5148最小系統(tǒng)，協(xié)調(diào)器將JN5148輸出R/D信號控制N1芯片進(jìn)行發(fā)送接收。R/D信號為“1”，N1發(fā)送有效，禁止接收，JN5148發(fā)送數(shù)據(jù)。R/D信號為“0”，N1芯片接收有效，禁止接收，JN5148接收數(shù)據(jù)。電路中以多個(gè)（3個(gè)）穩(wěn)壓管實(shí)現(xiàn)對總線保護(hù)，避免總線受到高壓破壞。

5 軟件設(shè)計(jì)

5.1 終端節(jié)點(diǎn)軟件

JN5148支持多種協(xié)議棧，可采用JenNet協(xié)議棧，終端節(jié)點(diǎn)檢測信號并發(fā)送信息。通電后，設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)參數(shù)初始化，自身網(wǎng)絡(luò)開啟并加入相適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)，建立連接后實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。終端節(jié)點(diǎn)以斷電實(shí)現(xiàn)定時(shí)啟動、休眠，減少能耗。路由節(jié)點(diǎn)是協(xié)調(diào)器及終端節(jié)點(diǎn)信息交互的平臺，其不能實(shí)現(xiàn)休眠。

5.2 協(xié)調(diào)器軟件設(shè)計(jì)

協(xié)調(diào)器收集車位信息，以UART串口接受上位機(jī)信息。通電后配置參數(shù)、寄存器，初始化外圍電路，之后網(wǎng)絡(luò)開啟，協(xié)調(diào)器實(shí)現(xiàn)子節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)、停車場車位處理、串口命令處理，以結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)高效管理。

6 無線傳感網(wǎng)絡(luò)設(shè)置

停車場管理中通過設(shè)置無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其在停車場入口放置液晶顯示屏，顯示停車場內(nèi)部情況。停車場管理中無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)自動識別車位是否空閑，紅外線測定空閑住位，攝像系統(tǒng)采集車位圖像。通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、路由器、終端裝置構(gòu)成整個(gè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)，以Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為支持，車位處安裝終端設(shè)備采集車位信息后，由路由器確保網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定，協(xié)調(diào)器匯總信息，給用戶提供停車場當(dāng)前車位變化。

7 結(jié)束語

綜上所述，無線傳感網(wǎng)絡(luò)相比于有線通信其管理設(shè)備安裝簡便，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理，可以和智能化交通對接后有較廣泛應(yīng)用前景，可切實(shí)提高停車效率和停車場管理水平。此無線傳感網(wǎng)絡(luò)下的停車場管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)能耗低、成本低，具有廣泛推廣價(jià)值。

[1]余攀, 鄒承俊, 張玲.基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)田遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào), 2016.

[2]肖燕.基于ZigBee的大城市停車場管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 電子設(shè)計(jì)工程, 2016.

[3]傅康.基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的泊車位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].技術(shù)與市場, 2017.