基于無線網(wǎng)的小區(qū)智能停車場系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

楊立會(huì)

摘要：近年來私家車數(shù)量與日俱增，停車難的現(xiàn)象越來越嚴(yán)重。針對(duì)這一問題提出了基于ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的小區(qū)智能停車場系統(tǒng)的管理控制策略，研究了ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)用于地下智能停車場控制管理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和組網(wǎng)方法;基于通訊芯片設(shè)計(jì)開發(fā)了無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)與紅外探測器結(jié)合能夠探測車輛有無情況，與溫濕度、煙霧傳感器配合能夠采集車庫的環(huán)境信息，并對(duì)潛在的的安全隱患提出報(bào)警;上位機(jī)與顯示模塊能夠?qū)④噹靸?nèi)的整體信息實(shí)時(shí)傳送至LED顯示器，實(shí)時(shí)提供地下停車場內(nèi)的車輛及環(huán)境信息給駕駛員引導(dǎo)其進(jìn)行停車，從而解決了停車難的問題。

關(guān)鍵詞：ZigBee;無線傳感器網(wǎng)絡(luò);小區(qū)智能停車場系統(tǒng)

前言

隨著現(xiàn)在我國的私家車越來越多，因此在新建的小區(qū)中建設(shè)具有智能化管理能力的停車場系統(tǒng)已成為了一種必然趨勢。

本文探討的基于ZigBee技術(shù)的小區(qū)智能停車場系統(tǒng)，它通過紅外探測器來監(jiān)測停車位是否有車，然后利用管理中心系統(tǒng)的軟件自動(dòng)計(jì)算出停車場內(nèi)車位的剩余數(shù)，并顯示在停車場人口的LED顯示屏幕上，從而方便停車用戶選擇是否進(jìn)入該停車場停車。

1ZigBee協(xié)議簡介

ZigBee的體系結(jié)構(gòu)主要由物理層、MAC層、網(wǎng)絡(luò)層、和應(yīng)用層4層組成。層與層之間由服務(wù)接入口（ SAP）來連接。不同的層則有不同的接口，根據(jù)類型的不同，可以把接口分為：數(shù)據(jù)和管理兩種服務(wù)接口。數(shù)據(jù)服務(wù)接口的功能是為它所在的上一層提供數(shù)據(jù)服務(wù)，管理服務(wù)接口的功能是為它所在的上一層提供管理數(shù)據(jù)的服務(wù)。PHY層處于協(xié)議中的最底層，它具有和外界設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的能力，還能夠?qū)F收發(fā)器的工作進(jìn)行控制;MAC層負(fù)責(zé)無線信道的訪問，是整個(gè)底層協(xié)議的基礎(chǔ)。NWK層是ZigBee協(xié)議棧的主要部分，它采用IEEE802.15.4協(xié)議，來確保MAC層能夠正常工作，同時(shí)為應(yīng)用層提供服務(wù)接口。APL層主要包括下面3層：應(yīng)用支持層（APS）、ZigBee設(shè)備對(duì)象（ZDO）、廠商定義的應(yīng)用對(duì)象。ZigBee協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及軟硬件設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

小區(qū)智能化停車場系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)包括以下3個(gè)部分：計(jì)算機(jī)、ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、ZigBee監(jiān)測與采集節(jié)點(diǎn)部。該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)停車場車位信息的監(jiān)測及停車誘導(dǎo)功能。

計(jì)算機(jī)的功能是為用戶提供操作界面，把各種有用的命令通過串口發(fā)送給ZigBee協(xié)調(diào)器，并保存由ZigBee協(xié)調(diào)器發(fā)送回來的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息，同時(shí)顯示各種報(bào)警信息。

ZigBee協(xié)調(diào)器是整個(gè)停車場系統(tǒng)的信息交換中心。采集與監(jiān)測節(jié)點(diǎn)是整個(gè)停車場系統(tǒng)的執(zhí)行部分。它們的功能是接受由協(xié)調(diào)器通過無線方式發(fā)送過來的命令并執(zhí)行它們。

2.2系統(tǒng)的硬件特點(diǎn)

2.2.1硬件電路功能描述

智能停車場終端設(shè)備分監(jiān)測和控制兩大類。協(xié)調(diào)器和終端節(jié)點(diǎn)是在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的邏輯設(shè)備，即一個(gè)實(shí)際的硬件設(shè)備將會(huì)處于什么樣的功能由軟件去配置。因此在設(shè)計(jì)本電路時(shí)，所有的邏輯設(shè)備共用一種電路。根據(jù)以上分析，該電路具有核心板單元、串口通信單元，各類傳感器接口單元，控制接口單元，電源模塊單元，存儲(chǔ)器模塊單元等。ZigBee節(jié)點(diǎn)功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.2.2硬件模塊功能，主要具有核心板單元、傳感器單元、紅外傳感器、供電單元、串口通信單元、Debug接口單元、FLASH存儲(chǔ)單元等。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件功能主要包括終端節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器功能功能兩種。終端節(jié)點(diǎn)功能：加入網(wǎng)絡(luò)并通信、設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)停車場內(nèi)溫濕度的檢測和停車場內(nèi)車位的檢測。協(xié)調(diào)器的功能：建立網(wǎng)絡(luò)并維護(hù)網(wǎng)絡(luò)、能夠獲取終端節(jié)點(diǎn)的基本信息包括傳感器數(shù)值、具有串口通信功能，能夠與上位機(jī)共享數(shù)據(jù)。

3.1終端節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)

對(duì)于本系統(tǒng)中的終端節(jié)點(diǎn)的功能有：加入網(wǎng)絡(luò)并通信和設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)停車場內(nèi)溫濕度的檢測和停車場內(nèi)車位的檢測兩種。

3.1.1溫濕度節(jié)點(diǎn)

本文中對(duì)溫濕度的采集，采用的溫濕度傳感器時(shí)DHT11，DHT11是一個(gè)可以對(duì)溫濕度進(jìn)行采集的數(shù)字傳感器，DHT11與CC2530是按照單總線通信協(xié)議進(jìn)行通信的，一次通信時(shí)間4ms左右，一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit，高位先出。

3.1.2出入口車輛檢測節(jié)點(diǎn)

出入口的無線傳感器芯片CC2530將通過紅外對(duì)射探頭來檢測是否有車輛出入。出口、人口的CC2530芯片設(shè)定唯一節(jié)點(diǎn)編號(hào)。當(dāng)有車輛駛?cè)牖蝰偝鐾＼噲鰰r(shí)，出人口的傳感器通過紅外對(duì)射，得知有車輛出入，將信息傳給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器再把信息傳給PC機(jī)。PC機(jī)經(jīng)過處理，對(duì)出入車輛進(jìn)行放行。

3.1.3車位監(jiān)測節(jié)點(diǎn)

停車位的無線傳感器芯片CC2530將通過紅外對(duì)射探頭來檢測是否有車駛?cè)搿Ｃ總€(gè)停車位的CC2530芯片設(shè)定唯一節(jié)點(diǎn)編號(hào)。當(dāng)車輛駛?cè)胪＼囄粫r(shí)，車位的傳感器通過紅外對(duì)射，得知其已駛?cè)胲囕v，將信息傳給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器再把信息傳給PC機(jī)。PC機(jī)經(jīng)過處理，存入記錄。

3.2ZigBee協(xié)調(diào)器的設(shè)計(jì)

協(xié)調(diào)器作為整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的器件，它的在本次系統(tǒng)中的主要任務(wù)就是組建網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)中其他的終端節(jié)點(diǎn)只有在協(xié)調(diào)器成功建立網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，才能夠加入到ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，從而實(shí)現(xiàn)通信。

3.3.VB應(yīng)用程序流程設(shè)計(jì)

PC機(jī)與ZigBee協(xié)調(diào)器采用RS-232實(shí)現(xiàn)直接串口通信。ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的建立是負(fù)責(zé)傳輸數(shù)據(jù)信息，本文使用紅外線檢測原理檢測車位信息。由于ZigBee終端節(jié)點(diǎn)和紅外探測器還采用RS-232通信，因此，ZigBee終端節(jié)點(diǎn)經(jīng)過串口初始化、串口掃描、采集數(shù)據(jù)、串口關(guān)閉等操作來接收由紅外探測器發(fā)送來的數(shù)據(jù)。

4系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

在本文中，完成了上位機(jī)信息顯示窗口設(shè)計(jì)后，本文通過采集各種情況下車位的使用狀態(tài)信息，來驗(yàn)證它的功能是否實(shí)現(xiàn)，結(jié)果表明該上位機(jī)信息顯示窗口運(yùn)行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)信息顯示也準(zhǔn)確。

5結(jié)束語

本文利用CC2530芯片設(shè)計(jì)開發(fā)了基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的小區(qū)智能停車場系統(tǒng)，在深入分析小區(qū)停車場系統(tǒng)的特點(diǎn)和作用的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)開發(fā)了無線網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、傳感器終端節(jié)點(diǎn)、上位機(jī)軟件。在進(jìn)行上位機(jī)和節(jié)點(diǎn)軟件開發(fā)的過程中，對(duì)ZigBee的協(xié)議棧進(jìn)行了深入研究，使終端節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器完成組網(wǎng)的功能。上位機(jī)軟件通過RS-232接口與協(xié)調(diào)器進(jìn)行通訊，將停車場內(nèi)的車輛和環(huán)境信息實(shí)時(shí)的傳輸?shù)缴衔粰C(jī)軟件并通過VB開發(fā)的顯示界面顯示在LED顯示屏上。駕駛員根據(jù)屏幕上的車位、環(huán)境信息判斷有無停車位以及決定是否駛?cè)朐撏＼噲觯_(dá)到了停車方便的目的。而且解決了傳統(tǒng)停車場的管理落后、布線復(fù)雜、維護(hù)困難等問題。