基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能停車(chē)場(chǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張楠楠 張曉

摘 ?要： 為解決公共場(chǎng)所停車(chē)擁堵、堵塞等問(wèn)題，設(shè)計(jì)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能停車(chē)場(chǎng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)運(yùn)用道閘來(lái)管理車(chē)輛的進(jìn)出，在停車(chē)位安裝紅外傳感器來(lái)判斷車(chē)輛的有無(wú)，用ZigBee組網(wǎng)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的上傳和下發(fā)，通過(guò)管理界面對(duì)車(chē)位信息進(jìn)行顯示和管理，車(chē)主可通過(guò)顯示屏來(lái)查看停車(chē)位的狀態(tài)，引導(dǎo)泊車(chē)。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能停車(chē)場(chǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，經(jīng)測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，可為停車(chē)提供一種智能的手段。

關(guān)鍵詞： 智能停車(chē)場(chǎng); 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù); 系統(tǒng)設(shè)計(jì); 紅外感應(yīng); 數(shù)據(jù)傳輸; 系統(tǒng)測(cè)試

中圖分類(lèi)號(hào)： TN926?34; TP212 ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)： 1004?373X（2020）12?0038?04

Abstract： An intelligent parking Internet of Things （IoT） system based on IoT technology is designed to improve the parking congestion and traffic jam in the public places. In this system， the barrier gate is used to manage the entry and exit of vehicles， the infrared sensor is installed in the parking space to judge whether there is vehicle or not， the network built by ZigBee is used to upload and download data， the management interface is adopted to display and manage the information of the parking space， and the owner can check the status of the parking space on display screen to guide parking. The design of the intelligent parking lot system is realized by means of the IoT technology. The tested system ran stably and can provide an intelligent means for parking.

Keywords： intelligent parking lot; IoT technology; system design; infrared induction; data transmission; system testing

0 ?引 ?言

傳統(tǒng)的停車(chē)場(chǎng)缺失人性化的管理運(yùn)行機(jī)制，大多數(shù)的停車(chē)場(chǎng)因面對(duì)日益增長(zhǎng)的停車(chē)需求而變得手足無(wú)措，車(chē)輛進(jìn)出管理、收費(fèi)過(guò)程、車(chē)位查詢(xún)等變得越來(lái)越困難，費(fèi)時(shí)費(fèi)力同時(shí)也極其的不便利[1]。智能停車(chē)場(chǎng)的實(shí)施為司機(jī)朋友提供了舒適、便利、快捷的停車(chē)需求[2]。該系統(tǒng)運(yùn)用智能道閘[3]和RFID技術(shù)[4]來(lái)管理車(chē)輛，在停車(chē)位安裝傳感器來(lái)判斷車(chē)輛的有無(wú)，用ZigBee組網(wǎng)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的上傳和下發(fā)，通過(guò)管理界面對(duì)車(chē)位信息進(jìn)行顯示和管理，車(chē)主可通過(guò)顯示屏來(lái)查看停車(chē)位的狀態(tài)，引導(dǎo)泊車(chē)。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能停車(chē)場(chǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，經(jīng)測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，可為停車(chē)提供一種智能化的手段。

1 ?智能停車(chē)場(chǎng)總體設(shè)計(jì)架構(gòu)

選用ZigBee無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)作為智能停車(chē)場(chǎng)內(nèi)實(shí)時(shí)通信解決方案[5?7]。利用紅外檢測(cè)技術(shù)對(duì)車(chē)位信息進(jìn)行采集分析[8]，在車(chē)輛駛?cè)胲?chē)位時(shí)得到相應(yīng)的車(chē)位信號(hào)。車(chē)位信號(hào)通過(guò)ZigBee路由器傳輸至協(xié)調(diào)器，將其與上位機(jī)通過(guò)串口連接，通過(guò)智能停車(chē)場(chǎng)管理界面對(duì)車(chē)位信息進(jìn)行顯示與管理，其總體設(shè)計(jì)如圖1所示。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了智能道閘系統(tǒng)，CC2530外圍電路設(shè)計(jì)，協(xié)調(diào)器與上位機(jī)通信的串口電路設(shè)計(jì)，以及IAR開(kāi)發(fā)環(huán)境下對(duì)協(xié)調(diào)器和路由器的軟件設(shè)計(jì)，為網(wǎng)絡(luò)配置網(wǎng)絡(luò)信道、節(jié)點(diǎn)地址，并使用VS2010設(shè)計(jì)智能停車(chē)場(chǎng)管理程序，實(shí)現(xiàn)車(chē)位狀態(tài)顯示的功能。

設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1） 智能道閘系統(tǒng)主要由單片機(jī)模塊和RFID刷卡模塊組成，實(shí)現(xiàn)本小區(qū)車(chē)輛管理，同時(shí)可對(duì)車(chē)輛進(jìn)行計(jì)時(shí)和計(jì)費(fèi)。

2） 車(chē)輛檢測(cè)是本設(shè)計(jì)比較重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，通過(guò)E18?D80NK紅外檢測(cè)模塊檢測(cè)停車(chē)位上是否有車(chē)，將信息傳遞給與其連接的路由器，進(jìn)而將信息傳遞到上位機(jī)界面。

3） 在短距離無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域，ZigBee技術(shù)是一種低功耗、低成本的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，利用ZigBee的自組網(wǎng)來(lái)組建網(wǎng)絡(luò)，方便數(shù)據(jù)的傳輸[9?10]。ZigBee網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)路由器與一個(gè)協(xié)調(diào)器組成，如果一個(gè)或幾個(gè)路由器節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，可利用其他路由器來(lái)

傳送數(shù)據(jù)，保障系統(tǒng)的可靠性。

4） 上位機(jī)軟件接收協(xié)調(diào)器傳來(lái)的數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行解析，以圖形界面的形式展示出來(lái)，令使用者更加方便和快捷地了解停車(chē)場(chǎng)的情況。

2 ?智能停車(chē)場(chǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 ?系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1.1 ?智能道閘

智能道閘系統(tǒng)主要模塊由STC89C52單片機(jī)、電源電路、復(fù)位電路、晶振電路、E18?D80NK紅外檢測(cè)電路、RC522刷卡檢測(cè)電路、穩(wěn)壓電路、步進(jìn)電機(jī)電路和LCD顯示電路等模塊組成，其框圖如圖2所示。

2.1.2 ?車(chē)位檢測(cè)和ZigBee模塊

車(chē)位檢測(cè)由E18?D80NK紅外檢測(cè)模塊和路由器模塊兩部分組成，其功能是將檢測(cè)到的車(chē)位信息交給ZigBee路由器。ZigBee模塊由RF電路、CC2530核心電路、LED電路、晶振電路、電源電路、按鍵電路和串口電路組成。電源電路用作穩(wěn)壓器，為CC2530芯片和背板電路提供所需的電壓;按鍵電路用來(lái)測(cè)試組網(wǎng)和復(fù)位;2個(gè)LED燈分別用來(lái)指示電源是否接通和組網(wǎng)是否成功;串口電路用來(lái)接收紅外傳感器的報(bào)文。CC2530、晶振電路、RF模塊在背板上、底板上有電源電路、串口電路、按鍵電路。核心電路圖如圖3所示。

2.2 ?系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.2.1 ?智能道閘軟件設(shè)計(jì)

圖4是智能道閘總體程序流程圖。首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，如果成功，等待是否有與本系統(tǒng)相配套的RFID卡到來(lái)，若有，步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)，道閘打開(kāi)，車(chē)輛準(zhǔn)許進(jìn)入，系統(tǒng)內(nèi)開(kāi)始對(duì)其進(jìn)行計(jì)時(shí)。若小車(chē)出來(lái)時(shí)，需先刷卡，步進(jìn)電機(jī)開(kāi)啟，道閘打開(kāi)，同時(shí)記錄時(shí)間，計(jì)算停車(chē)時(shí)長(zhǎng)和所需的費(fèi)用。

2.2.2 ?ZigBee組網(wǎng)軟件設(shè)計(jì)

ZigBee網(wǎng)絡(luò)的軟件設(shè)計(jì)主要包括協(xié)調(diào)器和路由器程序設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)的目的是利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的特性，進(jìn)行紅外數(shù)據(jù)的傳輸，分別從協(xié)調(diào)器、路由器兩個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1） 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)

協(xié)調(diào)器的主要作用是接收路由器傳過(guò)來(lái)的具有紅外數(shù)據(jù)的ZigBee報(bào)文，并通過(guò)程序解析出來(lái)紅外數(shù)據(jù)，送到上位機(jī)界面，其軟件流程如圖5所示。

首先，要對(duì)協(xié)調(diào)器設(shè)置PanID，便于有相同PanID的路由器申請(qǐng)加入這個(gè)網(wǎng)絡(luò)。對(duì)設(shè)備進(jìn)行初始化，掃描周?chē)木W(wǎng)絡(luò)，看是否有相同的PanID網(wǎng)絡(luò)存在，如果沒(méi)有，則以此PanID號(hào)建立一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)。一旦有路由器申請(qǐng)加入這個(gè)網(wǎng)絡(luò)，則檢驗(yàn)PanID是否相同，相同則發(fā)送命令允許其加入，并分配16位的短地址號(hào)，記錄加入設(shè)備的短地址信息。如果記錄表中的設(shè)備有信息傳來(lái)，則進(jìn)行接收和處理，若沒(méi)有就直接丟棄。同時(shí)，協(xié)調(diào)器可以發(fā)送廣播命令給網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備，也可以發(fā)送信息給指定地址的設(shè)備。

2） 路由器程序設(shè)計(jì)

路由器主要是由ZigBee模塊和紅外模塊組成，接收紅外模塊發(fā)來(lái)的信號(hào)。ZigBee路由器模塊是用來(lái)組成ZigBee網(wǎng)絡(luò)，圖6所示是其軟件流程圖。

首先，進(jìn)行設(shè)備初始化，查看周?chē)欠裼信c自己相同PanID的協(xié)調(diào)器組成的網(wǎng)絡(luò)，若有，則加入網(wǎng)絡(luò)。協(xié)調(diào)器發(fā)送16位短地址給路由器，路由器將其寫(xiě)入FLASH中，一般情況下短地址不會(huì)改變。路由器接收與其相連的紅外模塊或者其他路由器傳來(lái)的信號(hào)，按照目的地址進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

2.2.3 ?上位機(jī)客戶(hù)端

本次設(shè)計(jì)使用的軟件平臺(tái)是Visual Studio 2010，基于.NET Framework 4.0平臺(tái)使用C++語(yǔ)言編寫(xiě)。通過(guò)USB串口直接和協(xié)調(diào)器相連讀取數(shù)據(jù)，然后上位機(jī)軟件可以對(duì)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)解析和可視化處理，可在上位機(jī)上顯示停車(chē)場(chǎng)內(nèi)的停車(chē)位占用信息和總停車(chē)位數(shù)以及占用數(shù)，還有停車(chē)場(chǎng)內(nèi)的溫度和濕度等信息。上位機(jī)界面如圖7所示。

3 ?系統(tǒng)測(cè)試

3.1 ?系統(tǒng)穩(wěn)定性測(cè)試與分析

本系統(tǒng)是通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)采集數(shù)據(jù)，并將其上傳到上位機(jī)客戶(hù)端，需要測(cè)量ZigBee網(wǎng)絡(luò)的可靠性。測(cè)試結(jié)果如表1所示，說(shuō)明ZigBee網(wǎng)絡(luò)具有較好的可靠性。

3.2 ?系統(tǒng)實(shí)時(shí)性測(cè)試與分析

表2是系統(tǒng)實(shí)時(shí)性測(cè)試與分析結(jié)果。選擇不同的距離進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)時(shí)性測(cè)試，結(jié)果表明，系統(tǒng)實(shí)時(shí)性較高，滿(mǎn)足預(yù)期的目標(biāo)。

4 ?結(jié) ?語(yǔ)

本設(shè)計(jì)針對(duì)現(xiàn)在社會(huì)上普遍存在的停車(chē)難問(wèn)題，提出一個(gè)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的設(shè)計(jì)解決方案。建設(shè)現(xiàn)代化智能停車(chē)場(chǎng)，目的在于能夠快速地整合停車(chē)場(chǎng)的信息，幫助需要停車(chē)的司機(jī)朋友能夠高效地停車(chē)節(jié)約時(shí)間。本設(shè)計(jì)采用ZigBee網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，將采集到的停車(chē)位信息上傳到客戶(hù)端，客戶(hù)端可對(duì)停車(chē)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)智能化管理。最后對(duì)整體系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和試用，經(jīng)過(guò)多次調(diào)試和驗(yàn)證后可以得出所提系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性滿(mǎn)足需求。

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