基于OneNET物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的車位鎖控制系統(tǒng)

楊靜　彭榮華　趙世民　鐘陽萬

摘要：針對當(dāng)前由停車位引發(fā)的車位難尋、車輛難取、費(fèi)用難繳等系列問題，設(shè)計(jì)了一套基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的車位鎖控制系統(tǒng)，其中包含硬件端、前端及服務(wù)器端。該系統(tǒng)配備了一款升降式車位鎖，還提供了一套一個(gè)車位鎖可同時(shí)控制多個(gè)停車位的新型機(jī)械結(jié)構(gòu);車位鎖通過EDP協(xié)議與OneNET平臺(tái)交互，該平臺(tái)可對用戶信息、車位狀態(tài)、車位鎖狀態(tài)等信息進(jìn)行記錄，從而實(shí)現(xiàn)前端對硬件的操控。該系統(tǒng)具備成本低、效率高、操作簡便等優(yōu)勢，真正為有車一族解決了停車難的問題。

關(guān)鍵詞：OneNET;物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);車位鎖;智能停車

中圖分類號：TP391.44

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.08.039

“停車難”早已成為一種社會(huì)現(xiàn)象，車位難尋、車輛難取、費(fèi)用難繳等問題對有車一族而言司空見慣，車主因此引發(fā)的糾紛也屢見不鮮。圍繞停車位的痛點(diǎn)過多，原因在于市民的停車需求日益增長而車位供應(yīng)缺乏，加上地下停車場繞行路程長、查找車位難度大等諸多困擾，使車輛亂停亂放現(xiàn)象普遍，造成交通嚴(yán)重受阻。同時(shí)，許多車輛在搜索空閑車位，往回反復(fù)、長時(shí)間等待等，帶來城市噪聲、排放增加、耗油增加問題，嚴(yán)重時(shí)甚至引發(fā)交通事故，增加生活成本，令市民苦不堪言[1]。因此，設(shè)計(jì)了一套基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的車位鎖控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)停車位的智能化操作與管理。

1 車位鎖控制方案設(shè)計(jì)

該平臺(tái)分為硬件端、前端和后臺(tái)服務(wù)器端，整體架構(gòu)如圖1所示。

1.1 硬件部分組成

硬件端設(shè)計(jì)了一個(gè)完整的系統(tǒng)，包括電源及管理、ARM微控制器、GSM通訊外設(shè)、電機(jī)及驅(qū)動(dòng)外設(shè)、紅外檢測裝置、新型外觀設(shè)計(jì)。各個(gè)模塊的功能介紹如下：①ARM微控制器模塊是整個(gè)設(shè)備的核心，作為設(shè)備的主控模塊，主要負(fù)責(zé)控制各模塊之間的協(xié)調(diào)合作。主控模塊協(xié)調(diào)通訊模塊工作時(shí)，它的PA2引腳與SIM800A的RX引腳電性連接，主控負(fù)責(zé)傳輸數(shù)據(jù)，SIM負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù);主控的PA3引腳與SIM800A的TX引腳相連，主控負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)，SIM負(fù)責(zé)傳輸數(shù)據(jù)。主控模塊協(xié)調(diào)驅(qū)動(dòng)模塊和電機(jī)模塊工作時(shí)，主控的GPIO引腳輸出高低電平信號給驅(qū)動(dòng)模塊L298N，L298N將該信號放大后再傳輸給電機(jī)模塊，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向。②電源模塊為所有模塊提供電源，使設(shè)備正常工作，同時(shí)通過ADC采樣設(shè)計(jì)了電源的電量檢測裝置，便于對電源的更換或充電，提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，③SIM800A是設(shè)備的通訊模塊，與主控之間通過串口通訊。該模塊具有便捷的AT指令系統(tǒng)，負(fù)責(zé)與服務(wù)器建立TCP透傳，在TCP透傳的基礎(chǔ)上建立EDP的傳輸模式，實(shí)現(xiàn)了服務(wù)器指令的下發(fā)與接收，數(shù)據(jù)傳輸以報(bào)文形式。通訊時(shí)采用了間歇式工作方式，降低了系統(tǒng)的功率損耗。④L298N是驅(qū)動(dòng)模塊，為電機(jī)工作提供大電流。主控的GPIO引腳輸出高低電平信號給驅(qū)動(dòng)模塊L298N.L298N將該信號放大后再傳輸給電機(jī)模塊，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向。并且L298N的雙路驅(qū)動(dòng)特性，可對我們自主設(shè)計(jì)的單機(jī)雙門車位鎖兼容。⑤電機(jī)模塊是車鎖升降（或開關(guān)閉合）的執(zhí)行模塊，執(zhí)行主控的控制命令，使前端下發(fā)指令的行為實(shí)現(xiàn)，同時(shí)輔助APP對車位狀態(tài)進(jìn)行標(biāo)記。⑥紅外檢測模塊。利用成熟的紅外檢測技術(shù)作為車位鎖狀態(tài)信息記錄的輔助，安裝于車位鎖機(jī)械結(jié)構(gòu)上。選擇適當(dāng)?shù)陌惭b位置和安裝方式可以對車位狀態(tài)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的判別，該模塊的數(shù)據(jù)記錄結(jié)果將作為停車位狀態(tài)分析的重要指標(biāo)。⑦機(jī)械模塊。包含一種車位鎖的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要實(shí)現(xiàn)了一個(gè)車位鎖控制多個(gè)停車位的功能，原理如圖2所示。

機(jī)械模塊工作時(shí)，前端將開鎖與關(guān)鎖信號發(fā)送給云平臺(tái)，平臺(tái)接收到信號后傳遞給主控制器，主控制器再通過控制轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)I（轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)II）轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)皮帶I（皮帶II）轉(zhuǎn)動(dòng)，皮帶I（皮帶II）再帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤I（轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤II）轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤I（轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤II）轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)帶動(dòng)連接桿I（連接桿II）前后伸縮，當(dāng)連接桿I（帶連接桿II）前后伸縮的同時(shí)伸縮桿靠近鎖內(nèi)部的一端的角度減少或擴(kuò)大;前端發(fā)出關(guān)鎖信號時(shí)使其角度減少，伸縮桿伸張，這時(shí)停車位被伸縮桿控制，開鎖時(shí)角度增大使伸縮桿收縮，此時(shí)車位開放可供停車。這種技術(shù)方案使得一個(gè)車位鎖可同時(shí)控制兩個(gè)停車位，大大降低了停車場車位鎖的使用成本。

1.2 前端及后臺(tái)功能

前端可實(shí)現(xiàn)查找車位、預(yù)約停車、導(dǎo)航、計(jì)時(shí)收費(fèi)、控制車位鎖升降以及車位共享等功能。在車位共享功能中，私家車主或者停車場管理者，可在前端界面上傳車主信息和車位信息，申請購買車位鎖，并設(shè)置車位可租用時(shí)段，在車位閑置時(shí)將車位租用出去，真正實(shí)現(xiàn)車位的共享。

服務(wù)器端負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)交互。數(shù)據(jù)處理主要處理用戶信息（賬號、密碼等）、車位狀態(tài)信息（經(jīng)緯度、租用時(shí)段、收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)等）、車位鎖狀態(tài)信息（開放或閉合）等，方便后臺(tái)根據(jù)信息的記錄對停車位進(jìn)行管理[2];在數(shù)據(jù)交互這塊，后臺(tái)主要采用Servlet方式[3]與前端交互，采用EDP透傳協(xié)議與硬件交互[4]。

當(dāng)前端執(zhí)行結(jié)束計(jì)費(fèi)功能時(shí)后臺(tái)停止計(jì)費(fèi)，或者車位鎖上的紅外傳感裝置檢測到車輛駛離停車位也會(huì)自動(dòng)結(jié)束計(jì)費(fèi)，兩種方式確保了付費(fèi)功能的正常使用，同時(shí)有助于后臺(tái)正確記錄車位狀態(tài)信息。

2 基于OneNET平臺(tái)的硬件實(shí)現(xiàn)

2.1 實(shí)現(xiàn)原理

基于ONENET移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，將硬件車位鎖與前端配合使用，通過后臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。利用前端界面可以控制車位鎖的升降，實(shí)現(xiàn)一鍵解鎖、關(guān)鎖以及付費(fèi)等功能，既有利于車主的使用，又方便了停車場管理部門對車位的管制。其實(shí)現(xiàn)原理如下：①SIM800A具有一套完整而簡單的指令系統(tǒng)，根據(jù)指令格式由主控制器通過usartl發(fā)送相應(yīng)的控制指令達(dá)到與服務(wù)器通訊的目的。②車位鎖自身的升起和降落兩個(gè)狀態(tài)被主控模塊記錄，觸發(fā)硬件對狀態(tài)信息標(biāo)記的改變，再通過GSM發(fā)送不同的狀態(tài)信息給后臺(tái)，后臺(tái)記錄信息后在前端中顯示出來。③前端控制車位鎖動(dòng)作時(shí)，http發(fā)送請求至OneNET平臺(tái)訪問服務(wù)器，該平臺(tái)再下發(fā)指令到在線的硬件鎖，車位鎖解讀指令執(zhí)行操作，并記錄當(dāng)前狀態(tài)。④結(jié)束使用。車主準(zhǔn)備駛離停車位時(shí)，結(jié)束服務(wù)，紅外檢測車位空閑，執(zhí)行開鎖，記錄當(dāng)前狀態(tài)并上傳。