基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的私有車位共享系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

謝 靜，蔣秀林

蚌埠醫(yī)學院公共基礎(chǔ)學院，安徽蚌埠，233030

伴隨著我國經(jīng)濟的快速增長，人民生活水平不斷提升，城市人口迅速增長，機動車的保有量也在迅速增多，尤其是私人小汽車保有量增速迅猛，然而城市停車位數(shù)量卻増長緩慢[1-2],且停車位資源分配不均衡、信息化水平較低[3-4],造成了城市停車難的問題[5]。

本文結(jié)合移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)背景和共享經(jīng)濟模式，設(shè)計一種“互聯(lián)網(wǎng)+”模式的車位共享系統(tǒng)，從而實現(xiàn)空閑車位和停車位需求的對接，以消除停車問題中的信息不對稱，進而緩解城市停車難問題[6-7]。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

車位共享系統(tǒng)由手機客戶端App、服務(wù)器端和智能地鎖組成，采用C/S架構(gòu)，它們之間的數(shù)據(jù)交換通過Internet實現(xiàn)，系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。其中手機移動客戶端App是系統(tǒng)功能實現(xiàn)的關(guān)鍵，用戶可在客戶端App發(fā)布分享空閑車位，同時車主直接通過App可查找、預訂他人分享的車位，此外通過App還可遙控車位鎖的升降。系統(tǒng)通過智能地鎖的升降來實現(xiàn)對車位的信息化管理和車位狀態(tài)的檢測。云服務(wù)器端主要功能是與智能地鎖、客戶端進行數(shù)據(jù)交互，確保數(shù)據(jù)在傳輸過程中的穩(wěn)定性、可靠性及可控性。其主要模塊包括：智能地鎖數(shù)據(jù)接口、數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)接口、Android端數(shù)據(jù)接口。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

系統(tǒng)開發(fā)包括硬件設(shè)計與軟件設(shè)計兩部分。硬件設(shè)計包括智能地鎖的通信模塊、微控制器模塊、地磁感應(yīng)模塊、電源模塊的設(shè)計；軟件設(shè)計分為車位鎖控制系統(tǒng)及客戶端和服務(wù)器端軟件設(shè)計。本文設(shè)計的車位共享系統(tǒng)運行流程如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)流程圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

智能車位鎖是整個車位共享系統(tǒng)的核心硬件，主要由微控制器MCU模塊、地磁感應(yīng)模塊、通信模塊和電源模塊四部分組成。當用戶預訂車位成功后，云服務(wù)器將信息傳輸至智能車位鎖，用戶可通過App遙控開鎖；此外，智能車位鎖周期性地通過地磁感應(yīng)模塊實時檢測車位狀態(tài)。

微控制器模塊：微控制器是實現(xiàn)智能車位鎖的核心硬件，微控制器主要負責地磁傳感器數(shù)據(jù)的分析和預處理，并結(jié)合地磁數(shù)學模型進行車位當前狀態(tài)的精確識別、控制通信模塊進行無線數(shù)據(jù)傳輸。因STM32F103芯片具有多組GPIO口，組網(wǎng)方便，故在該系統(tǒng)中，采用STM32F103芯片作為微控制器組建車位鎖網(wǎng)絡(luò)；利用STM32F103芯片的PA口與通信模塊中的SIM800C的TTL串口RXD/TXD相連實現(xiàn)串口通信以接受車位鎖控制信息。

通信模塊：因智能車位鎖多在室外使用，且其分布較分散，故采用無線通信方式。GPRS具有成本低、覆蓋面廣、兼容TCP/IP協(xié)議、不易掉線等特點，且能滿足中低速數(shù)據(jù)通信要求，故采用GPRS方式通信。因SIM800C能夠嵌入到用戶設(shè)備中，且支持GSM/GPRS模塊，故此處采用SIMCom公司的SIM800C通信模塊實現(xiàn)智能車位鎖與服務(wù)器的通信功能。采用插入一張開通GPRS流量的SIM卡的SIM800C模塊通過串口與STM32F103的USART2進行通信，就可以實現(xiàn)微控制器與服務(wù)器的連接，通信方式如圖3所示。

圖3 通信方式圖

地磁感應(yīng)模塊：地磁感應(yīng)模塊在微控制器的控制下負責周期性地檢測車位狀態(tài)。因地磁傳感器體積小，抵抗外界干擾能力高于地磁線圈，并且輸出為數(shù)字信號，無須外接模擬信號的處理電路，信號處理方便[8]；另外地磁傳感器安裝方便，無須封閉車道，對路面破壞較小，維修時只需檢查地磁傳感器即可[9]，故本系統(tǒng)采用地磁傳感器檢測車位狀態(tài)。

電源模塊：此處設(shè)計的智能車位鎖主要用于路邊停車位或者小區(qū)停車位，故使用蓄電池供電。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括智能車位鎖控制系統(tǒng)設(shè)計、云服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫設(shè)計以及Android客戶端設(shè)計組成。

3.1 智能車位鎖控制系統(tǒng)設(shè)計

智能車位鎖控制系統(tǒng)主要控制車位鎖的自檢、與云服務(wù)器通信、檢測車位狀態(tài)、車位鎖升降等功能。

系統(tǒng)開機后，車位鎖首先進行自檢，自檢內(nèi)容包括檢查GPRS模塊聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)、電池電量是否充足等。若自檢一切正常，且車位狀態(tài)空閑，則升起車位鎖，進入休眠狀態(tài)，等待接收服務(wù)器發(fā)來的指令；當接收到服務(wù)器發(fā)來開鎖指令后，降下車位鎖以便停車并檢測車位狀態(tài)，當檢測到車位空時結(jié)束計時并發(fā)送離開時間到服務(wù)器，同時升起車位鎖，進入下一次循環(huán)，等待新的停車任務(wù)[10]。具體的工作流程如圖4所示。

圖4 智能車位鎖工作流程圖

3.2 云服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫設(shè)計

該車位共享系統(tǒng)采用C/S模式。用戶在客戶端上進行操作，客戶端將用戶的請求發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器對客戶端的請求進行處理，從數(shù)據(jù)庫服務(wù)器得到相應(yīng)的結(jié)果并返回給客戶端。為節(jié)省資源，本系統(tǒng)采用阿里云服務(wù)器，購買后可在服務(wù)器上部署Server虛擬機，在虛擬機上安裝本系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)庫。本系統(tǒng)安裝的是MySQL數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫中主要存儲的信息表有：用戶信息表、小區(qū)信息表、小區(qū)停車場信息表、車位信息表等。用戶信息表主要用來存儲用戶的注冊信息，如用戶名、密碼、是否業(yè)主、綁定的支付方式等，如表1所示；小區(qū)信息表主要存儲小區(qū)名稱、小區(qū)所在區(qū)域、小區(qū)地址、小區(qū)地圖、小區(qū)停車價格等，如表2所示；小區(qū)停車場信息表主要存儲車場位置、車場名稱、車場內(nèi)部圖等，如表3所示；車位信息表主要存儲車位所在小區(qū)、車位所在停車場、車位位置、車位業(yè)主電話、車位是否出租、車位出租時段、車位是否預訂等信息，如表4所示。為方便服務(wù)器與Android客戶端通信，數(shù)據(jù)傳輸采用JSON數(shù)據(jù)格式，服務(wù)器周期性地自動讀取數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。

表1 用戶信息表

表2 小區(qū)信息表

表3 停車場信息表

表4 停車位信息表

3.3 Android客戶端設(shè)計

本車位共享系統(tǒng)的服務(wù)對象主要是需要停車的車主和有車位需要發(fā)布的業(yè)主。對于業(yè)主，可以通過Android客戶端進行車位認證，認證后可以發(fā)布車位；對于車主，可以通過Android客戶端實時查看目的地周邊可租用的車位、對空閑車位進行預訂，當用戶到達預訂車位后，點擊App中的開鎖按鈕，就可以通過服務(wù)器發(fā)送指令打開車位鎖，并且系統(tǒng)開始計時；車主結(jié)束停車離開車位后，點擊App的關(guān)閉車位鎖按鈕，服務(wù)器就會結(jié)束計時。

本設(shè)計中Android客戶端軟件的界面設(shè)計思路如下：首先在登錄界面登錄注冊，如圖5、6所示，輸入正確的用戶名和密碼后，就會跳轉(zhuǎn)到初始主界面。初始主界面提供車位發(fā)布和車位查找功能，如圖7所示。車位發(fā)布主要針對車位業(yè)主，提供車位認證，如圖8所示，認證成功后就可直接發(fā)布車位。車位查找針對需要找車位的車主，可以查找當前位置或是目的地周邊的車位，如圖9所示。找到空閑車位后可以對車位進行預訂，如圖10所示。預訂成功后可以通過App實現(xiàn)車位鎖的開鎖和關(guān)鎖。

打開App即進入登錄界面，用戶需要在界面中輸入用戶名和密碼，然后點擊登錄按鈕，手機將用戶名與密碼通過4G/WiFi 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到服務(wù)器，等待反饋，驗證成功后即進入到操作界面初始界面。第一次使用還需要進行注冊。

4 結(jié) 語

在當前城市機動車數(shù)量持續(xù)增加，“停車難”問題愈演愈烈的背景下，本文結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計出一套適合我國國情的車位共享系統(tǒng)。該系統(tǒng)一方面通過智能車位鎖智能高效地解決了車位的非法占用問題，另一方面為私有車位的業(yè)主提供了車位出租的接口，此外，該系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實時采集停車位資源信息，實現(xiàn)停車位資源的信息化管理和共享，為車主尋找停車位提供了方便。此系統(tǒng)可有效減輕市政交通管理壓力，具有較高的經(jīng)濟和社會效益。