基于城市私有車位共享理念下物聯(lián)網(wǎng)智能車位鎖的研究與設(shè)計*

曹陽明，崔丹丹，李苗，陸奇志，潘飛

基于城市私有車位共享理念下物聯(lián)網(wǎng)智能車位鎖的研究與設(shè)計*

曹陽明，崔丹丹，李苗，陸奇志，潘飛

（新疆交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 831401）

為了解決城市停車難問題，在傳統(tǒng)D型車位鎖的基礎(chǔ)上采用ATmega 328p芯片作為微控制器，SIM900A作為通訊模塊實現(xiàn)與云平臺之間數(shù)據(jù)傳輸，設(shè)計基于城市私有車位共享理念下的物聯(lián)網(wǎng)智能車位鎖，在私有車位擁有者設(shè)置的開放時間段內(nèi)社會車輛可以付費使用，不僅有助于解決城市停車難的問題，同時可為私有車位擁有者增加額外收益，實現(xiàn)雙贏。

私有車位；智能車位鎖；物聯(lián)網(wǎng)

引言

隨著城市化進(jìn)程的發(fā)展和人民生活水平的提高，城市汽車保有量急劇增長，據(jù)公安部統(tǒng)計，截至2020年6月我國汽車保有量達(dá)到2.7億輛，城市公共停車車位少，購買車位貴，停車費用高的問題已經(jīng)成為城市市民的一塊“心病”，針對我國現(xiàn)有城市私有車位的利用效率不高的問題，充分利用現(xiàn)有城市私有停車位資源成為了緩解“城市停車難問題”的有效措施。相關(guān)學(xué)者針對此問題也進(jìn)行了研究，謝靜、李維學(xué)等學(xué)者通過STM32芯片作為微控制器，利用無線通信技術(shù)實現(xiàn)車位的信息化管理[1-2]。鄭東平等學(xué)者利用藍(lán)牙模塊實現(xiàn)對車位鎖的智能近距離無線控制[3-4]，張匯鋒利在車位鎖上加裝NBIoT通訊組網(wǎng)模塊實現(xiàn)在開放云平臺上構(gòu)建車位管理應(yīng)用系統(tǒng)[5]。新型物聯(lián)網(wǎng)智能車位鎖的推廣與應(yīng)用已經(jīng)成為人們關(guān)注的熱點話題。

1 系統(tǒng)功能與工作流程分析

產(chǎn)品功能包括實現(xiàn)對車位鎖的遠(yuǎn)程開啟或關(guān)閉控制、車位使用狀態(tài)的實時監(jiān)控以及與云平臺服務(wù)器之間數(shù)據(jù)傳輸，保存車位擁有者對車位開放或私有狀態(tài)的設(shè)置及共享時間段信息。

智能車位鎖安裝完成后，首先進(jìn)行系統(tǒng)自檢，車位鎖擺臂上升車位關(guān)閉，GSM模塊聯(lián)網(wǎng)獲取云平臺上車位私者設(shè)置的車位開放時間段，等待接收云平臺發(fā)送車位鎖關(guān)閉或開啟的控制信號，車位鎖根據(jù)控制信號控制擺臂上升或關(guān)閉實現(xiàn)車位的開啟或關(guān)閉，并將車位狀態(tài)信息上傳云平臺。

圖1 系統(tǒng)工作流程分析圖

2 物聯(lián)網(wǎng)智能車位鎖的總體設(shè)計方案

物聯(lián)網(wǎng)智能車位鎖設(shè)計方案包括物聯(lián)網(wǎng)智能車位鎖，云平臺服務(wù)器以及配套APP。物聯(lián)網(wǎng)智能車位鎖獲取云平臺控制信號實現(xiàn)對車位鎖的控制，監(jiān)測車位使用狀態(tài)信息上傳云平臺；云平臺服務(wù)器存儲車位狀態(tài)、位置、開放時間段、用戶使用停車位時間信息以及停車費用的計算等；APP可用于設(shè)置車位共享時間段、查詢車位、預(yù)定車位、遙控開鎖以及停車費用支付。

（1）硬件設(shè)計與仿真

物聯(lián)網(wǎng)智能車位鎖在傳統(tǒng)D型車位鎖模型基礎(chǔ)上，加裝物聯(lián)網(wǎng)智能車位鎖控制系統(tǒng)，以便推廣應(yīng)用于城市私有車位共享。車位鎖控制系統(tǒng)模塊組成包括Arduino Uno開發(fā)板、SIM900A無線通訊模塊、直流減速電機、超聲波測距模塊、光電限位開關(guān)、報警裝置、供電模塊等組成。

Arduino Uno控制器：基于ATmega328P的微控制器，是Arduino開源生態(tài)中一款主流開發(fā)板，具有14個數(shù)字IO引腳，6個模擬IO引腳以及USB接口、電源插口、復(fù)位按鍵等，操作使用便捷，可快速上手操作應(yīng)用于實踐?？刂破鹘邮赵贫朔?wù)器發(fā)送的控制信號及采集超聲波測距模塊檢測的車位使用狀態(tài)信息，根據(jù)共享控制策略實現(xiàn)對車位鎖開關(guān)的控制，并通過GPRS通訊模塊實現(xiàn)與云平臺服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)智能車位鎖系統(tǒng)組成

系統(tǒng)供電：采用4節(jié)18650鋰電池供電，兩兩串聯(lián)再并聯(lián)給系統(tǒng)提供約7.4V的直流電。

直流減速電機：電機的正反轉(zhuǎn)控制車位鎖擺臂在設(shè)定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動，達(dá)到車位開啟或關(guān)閉的作用。

L298N驅(qū)動模塊：控制器發(fā)送控制信號給驅(qū)動模塊，控制直流減速電機正反轉(zhuǎn)，并且可為控制器提供5V電源。

GSM900A通訊模塊：實現(xiàn)車位鎖控制器與云端服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸。

圖3 控制系統(tǒng)仿真電路圖

報警裝置：在車位鎖未開啟時，當(dāng)車輛靠近或強行駛?cè)霑r，有源蜂鳴器發(fā)出語音報警提示。

HC-SR04超聲波測距模塊：實時采集當(dāng)前車位使用情況，判斷車輛是否駛出當(dāng)前車位。

光電限位開關(guān)：檢測D型車位鎖擺臂是否運動到限定位置，若到達(dá)限定位置則發(fā)送信號給控制模塊，控制電機停止轉(zhuǎn)動，避免燒壞電機。

（2）基于可視化編程平臺的APP的開發(fā)

App Inventor是由谷歌開發(fā)的在線可視化Android編程平臺，編程人員無需掌握復(fù)雜的編程語言，采用堆積木的方式實現(xiàn)APP的開發(fā)與設(shè)計。

私有車位擁有者或管理者：根據(jù)對車位的使用或管理情況通過APP設(shè)置相應(yīng)的開放共享時段，并可實時查看車位使用及收益情況。

尋找車位者：可通過APP查看當(dāng)前位置附近或出行目的地車位情況，根據(jù)自身需求預(yù)定車位，到達(dá)目的地后可通過APP打開車位鎖，實現(xiàn)快速停車及使用后付費支付。

圖4 APP界面展示

3 結(jié)束語

本文提出了一種基于傳統(tǒng)D型車位鎖模型和物聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)用于實現(xiàn)城市私有車位共享的車位鎖，構(gòu)建了城市私有車位共享理念下控制共享策略模型，完成了物聯(lián)網(wǎng)智能車位鎖控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真，采用可視化編程的方法實現(xiàn)了APP的開發(fā)。實驗結(jié)果表明：充分利用城市私有車位現(xiàn)有資源，解決城市私有車位共享性差、停車難的問題，具有重要實踐意義。

[1] 謝靜,蔣秀林.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)[J].宿州學(xué)院學(xué)報,2019,34(01):68-71.

[2] 李維學(xué),潘炫樺,張萍.基于無線通信的共享智能車位鎖[J].電子世界,2018(13):110-112.

[3] 鄭東平.基于藍(lán)牙技術(shù)的智能車位鎖的設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算機產(chǎn)品與流通,2020(01):112.

[4] 熊英鵬,毛佳昌.基于藍(lán)牙的智能車位鎖設(shè)計[J].科技視界,2019 (25):33-35.

[5] 張匯鋒.基于NBIoT的車位管理系統(tǒng)研究與設(shè)計[D].濟南:山東大學(xué),2019.

Research and Design of IOT Intelligent Parking Lock Based on the Concept of Urban Private Parking Space Sharing*

Cao Yangming, Cui Dandan, Li Miao, Lu Qizhi, Pan Fei

（Xinjiang Vocational and Technical College of Communications, Xinjiang Urumqi 831401）

In order to solve the problem of urban parking difficulty, based on the traditional D-type parking lock, Atmega 328p chip is used as the microcontroller. sim900a is used as the communication module to realize data transmission with cloud platform. The intelligent parking lock of Internet of things is designed based on the concept of urban private parking space sharing. Social vehicles can pay to use during the opening time set by private parking space owners. It not only helps to solve the problem of urban parking difficulties, but also increases additional benefits for private parking space owners, so as to achieve a win-win situation.

Private parking spaces; Intelligent parking lock; Internet of things

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.07.014

U461.99

A

1671-7988(2021)07-39-03

U461.99

A

1671-7988(2021)07-39-03

曹陽明（1991-），男，漢族，湖南邵陽人，講師，碩士研究生學(xué)歷，就職于新疆交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，主要研究方向為電工電子技術(shù)、自動化控制技術(shù)、數(shù)字化建設(shè)。

新疆交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院教育教學(xué)科研項目 J-20-01（基于城市私有車位共享理念下智能車位鎖的研究與設(shè)計）。