基于物聯(lián)網(wǎng)的智能停車系統(tǒng)的設計與研究

蘇世雄，馬新華

（西安航空學院 計算機學院，陜西 西安 710077）

隨著我國城市現(xiàn)代化、國際化的快速發(fā)展，居民生活水平不斷提高，城市機動車保有量急劇增加，公共場所停車[1]問題已成為城市發(fā)展亟須解決的重要問題之一。為了解決停車難的問題，政府投入了大量的資源，例如新建停車場、規(guī)劃更多的道路泊車位等，但是這種簡單的投入并不能有效解決停車難問題[2]。隨著現(xiàn)代信息技術的發(fā)展，將計算機技術、通信技術、物聯(lián)網(wǎng)技術和停車場管理相結合，建立智能化的停車管理系統(tǒng)是解決用戶停車難，提高城市停車位使用率的有效方式之一。因此，智能化停車管理系統(tǒng)[3]是停車場未來發(fā)展的方向，它將實現(xiàn)停車設施資源利用率最大化，在一定程度上緩解城市停車難和“城市交通病”的困擾，同時將大大促進智慧城市的建設，進一步提升城市品質和管理服務水平[4-6]。

為了解決停車難和車位信息不共享等問題，本文基于物聯(lián)網(wǎng)模式，綜合運用ZigBee 技術、地磁傳感器、移動支付技術等，設計并實現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)的智能停車管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過在車位上安裝地磁傳感器實時采集停車位狀態(tài)，采用ZigBee 組網(wǎng)技術組建無線傳感網(wǎng)，將停車位狀態(tài)信息發(fā)送給云服務器，匯聚城市中各停車場車位信息。用戶和停車場管理員可以通過終端隨時上網(wǎng)查詢目標停車場車位的狀態(tài)信息[7]，選擇合適的停車場及停車位，從而實現(xiàn)現(xiàn)有停車位信息共享及最大利用率，并且減少司機開車繞行距離，浪費停車時間，緩解交通壓力。

1 系統(tǒng)整體框架

本系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)模式架構采用分層結構設計，主要由停車場車位信息采集傳輸層、信息處理層及信息發(fā)布層組成，具備車位狀態(tài)實時監(jiān)測和遠程查詢功能，系統(tǒng)整體框架如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)整體框架圖

1.1 車位采集傳輸層

該層的功能是實時檢測每個停車位的狀況。根據(jù)停車位狀態(tài)采用地磁傳感器檢測車位上是否有車輛停靠。采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過初步處理以后，通過ZigBee 無線傳輸網(wǎng)絡發(fā)送到信息處理層的ZigBee 協(xié)調器。

1.2 信息處理層

該層的功能是對車位狀態(tài)信息進行匯聚、分析與處理。ZigBee 協(xié)調器通過串口與各停車場PC 機相連，并將匯聚的信息發(fā)送給各停車場服務器，之后各服務器將數(shù)據(jù)通過 CAN 總線發(fā)布在與之相連的附近的OLED 顯示屏，與此同時，該信息會通過Internet 網(wǎng)絡將信息發(fā)送給云服務平臺，云服務平臺對各數(shù)據(jù)進行匯聚、分析與處理。傳統(tǒng)的信息更新采用時間間隔刷新的方式，這種方式會導致信息不及時，為了提高系統(tǒng)的及時性和準確性，系統(tǒng)采用的信息傳送方式為事件觸發(fā)方式，即當車位狀態(tài)發(fā)生變化時才上傳信息。

1.3 信息發(fā)布層

該層的功能是對匯聚處理之后的信息進行發(fā)布。本文提出2 種發(fā)布方式：主動發(fā)布和被動發(fā)布，該內容在后文中介紹，此處不再贅述。

2 硬件模塊設計

2.1 車位信息采集設計

本文地磁傳感器采用停車場專用DC-1 型地磁傳感器，該傳感器利用車輛通過時對地球磁場的影響來完成車輛檢測，與地埋式線圈、光電管、紅外探頭、超聲波傳感器相比，該傳感器具有耗電低、可靠性高、使用壽命長優(yōu)點[8]。與此同時，隨著創(chuàng)客空間的發(fā)展，特別是Arduino 系列[9]開發(fā)板的推廣，使得越來越多的創(chuàng)新不再關注開發(fā)，而更多地關注創(chuàng)意，因此，終端節(jié)點的MCU 采用Arduino，使系統(tǒng)開發(fā)更簡單、便捷、靈活并且成本較低。由于地磁傳感器輸出為數(shù)字信號，因此，可以直接與Arduino 擴展板XBee 的I/O 口相連，XBee 的數(shù)字引腳與地磁傳感器的輸出管腳相連，當車輛進入車位后，地磁傳感器輸出引腳由高電平變?yōu)榈碗娖?，離開之后重新恢復高電平，Arduino 通過電平的高低判斷停車位的狀態(tài)，然后將車位狀態(tài)信息通過ZigBee 網(wǎng)絡發(fā)送給服務器。結構如圖2 所示。

圖2 車位采集模塊結構

為了防止外部事件干擾，提高停車位狀態(tài)檢測的準確性，通過延時的方式多次檢測停車位狀態(tài)，從而判定車位狀態(tài)是否變化，若車位狀態(tài)有變化，則上報事件，從而更新OLED 顯示屏和后臺數(shù)據(jù)庫，提高整個系統(tǒng)的實時性和準確性。

2.2 信息發(fā)布

信息發(fā)布主要負責及時更新各個停車場車位狀態(tài)信息，例如停車場名稱、總車位數(shù)、當前剩余車位數(shù)等信息。本文提出2 種發(fā)布方式，主動發(fā)布和被動發(fā)布。主動發(fā)布方式是指用戶不需要登錄專門的App 軟件或微信小程序軟件，而是通過停車場周圍附近的電子屏實時顯示狀態(tài)信息，例如傳統(tǒng)發(fā)布信息的方式，用OLED 屏實時顯示當前的車位信息；被動發(fā)布方式是指用戶需要通過手機終端登錄專門的停車管理系統(tǒng)App 或微信小程序軟件查詢各停車場狀態(tài)，以此獲得相關車位信息，例如開發(fā)一款App 軟件或微信小程序，通過輸入目的地址信息查詢其附近停車場的車位狀況、收費情況以及顯示導航等功能。

3 軟件模塊設計

系統(tǒng)軟件設計包括2 部分：車位狀態(tài)采集傳輸層軟件設計和車位狀態(tài)信息查詢、收費及導航功能。

3.1 車位狀態(tài)采集傳輸層軟件設計

本文中ZigBee 網(wǎng)絡的創(chuàng)建和傳感器數(shù)據(jù)采集傳輸功能的開發(fā)采用TI 公司的Z-Stack 協(xié)議棧[10]，自組網(wǎng)絡由與計算機通過串口連接的ZigBee 協(xié)調器創(chuàng)建無線傳感網(wǎng)絡。為了確保采集數(shù)據(jù)的準確性，本文將采集分為2 次，當2 次采集都為低電平，才確認為車位被占用，以提高檢測的準確性。軟件檢測流程如圖3 所示。

圖3 車位信息采集軟件流程圖

3.2 車位狀態(tài)信息查詢App 設計

本文將車位查詢人群分為2 種角色，一種為移動用戶角色，即需要查找車位的人群；另一種為停車場管理人員，即每個小單元的管理者，以下針對這2 種角色進行不同信息查詢設計。

針對移動用戶，本文采用基于Android 平臺開發(fā)一款App，該App 具有用戶信息注冊、車牌綁定、目的地車位信息查詢、導航、移動支付等功能。其中，導航功能引用了百度的API 函數(shù)，移動支付功能引用了支付寶和微信的支付接口API 函數(shù)，進行實現(xiàn)了系統(tǒng)的快捷化、智能化。

針對停車場管理人員，本文基于C/S 結構開發(fā)一款上位機軟件，軟件界面可以采用不同的顏色表示車位的信息，直觀地看到車位的使用情況，并且還可以統(tǒng)計空余車位，通過Internet 網(wǎng)絡實時發(fā)送給云服務端和附近路邊的OLED 屏，以便于后臺信息的及時更新和管理，方便道路上的行車車主看見。

4 結語

為了有效解決停車難、停車慢、繳費慢、車位信息不共享等問題，本文設計了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能停車管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)模式，運用相關技術完成了對停車場車位信息的實時采集、發(fā)布與管理，不僅提高了停車場管理效率、車位利用率，而且方便用戶尋找空車位，幫助車主快速停車，減少停車時間，在一定程度上促進了智慧城市的建設。