甕嘉民， 蔣　威， 李小魁

(河南工程學(xué)院， 鄭州 451191)

?

停車場車位信息檢測和顯示系統(tǒng)的設(shè)計

甕嘉民， 蔣威， 李小魁

(河南工程學(xué)院， 鄭州 451191)

摘要：針對大型停車場車位多、用于車位檢測的傳感器多和布線不方便等問題，提出了基于ZigBee和RS-485總線相結(jié)合的混合通信方式。設(shè)計了停車場車位信息檢測和顯示系統(tǒng)，將停車場劃分為若干個區(qū)域，區(qū)域之間通過ZigBee進行無線通信，區(qū)域內(nèi)部通過RS-485進行數(shù)據(jù)通信。每個區(qū)域主控制器主要由MCU最小系統(tǒng)、按鍵、DC-DC變換電路、掉電存儲芯片、IC卡讀寫器、報警蜂鳴器、LED點陣顯示裝置、通信電路和車輛進出紅外檢測電路等組成。該系統(tǒng)可實現(xiàn)停車場車位狀態(tài)數(shù)據(jù)的實時檢測、傳輸和顯示，并且具有車輛進出IC卡管理等功能。

關(guān)鍵詞：停車場；ZigBee；RS-485總線；智能卡；STM32

目前,國內(nèi)停車場車位信息檢測和顯示系統(tǒng)的市場狀況遠遠落后于動態(tài)交通的智能化市場發(fā)展，停車場大都無檢測和實時顯示停車場信息的電子設(shè)備，即重動態(tài)交通而輕靜態(tài)交通。在靜態(tài)交通研究方面，國內(nèi)外均無確定的評價指標(biāo)，而動態(tài)交通則有道路擁堵指數(shù)、綠波帶等評價內(nèi)容。靜態(tài)交通發(fā)展的落后已經(jīng)成為城市動態(tài)交通的障礙。為此，國內(nèi)外學(xué)者提出了動態(tài)交通要“動靜結(jié)合、以靜制動”的理論，在實踐中已經(jīng)初見成效[1-7]。本文設(shè)計了一套停車場車位檢測和空車位個數(shù)及位置顯示系統(tǒng)。

1系統(tǒng)設(shè)計方案

停車場車位信息檢測和顯示系統(tǒng)能夠?qū)崟r顯示停車場內(nèi)剩余車位的個數(shù)和位置，提高停車場的智能化管理水平。該系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)總體框圖

本設(shè)計將停車場車位信息檢測和顯示系統(tǒng)分為A(主)、B(從)、C(從)和D(從)4個區(qū)域子系統(tǒng)，是為了適應(yīng)大型停車場及多層停車場需要。每個區(qū)域子系統(tǒng)有多塊LED顯示屏(安裝在出入口和關(guān)鍵位置)，可以顯示信息。A區(qū)與B、C、D區(qū)之間通過ZigBee無線通信，不方便布線之處可拆分為兩個區(qū)域，為綜合布線提供便利。多個子系統(tǒng)同時采集信息，匯總到區(qū)域主控制器，然后統(tǒng)一傳輸至停車場車位信息檢測和顯示系統(tǒng)的計算機控制器。停車場車位信息檢測和顯示系統(tǒng)可采集和顯示實時信息，使各區(qū)域子系統(tǒng)信息同步，主控制器負(fù)擔(dān)減輕，整個系統(tǒng)工作更加穩(wěn)定可靠。

區(qū)域子系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。它主要包括1個區(qū)域主控制器STM32、2個檢測節(jié)點AT89S52、若干個車位傳感器、多個LED點陣顯示屏、ZigBee無線通信模塊和車輛進出檢測IC卡讀卡器[8-10]等。

圖2　區(qū)域子系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

區(qū)域主控制器STM32與檢測節(jié)點之間通過RS-485總線進行數(shù)據(jù)通信，通信協(xié)議采用查詢方式。STM32與IC卡讀卡器之間通過SPI串行接口進行數(shù)據(jù)交換。檢測節(jié)點的每個單片機負(fù)責(zé)多個車位的信息檢測，向主控制器STM32上傳車位信息。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計

停車場信息顯示系統(tǒng)的區(qū)域主控制器主要包括中央控制單元(MCU)最小系統(tǒng)、按鍵、DC-DC變換電路、掉電存儲芯片、報警蜂鳴器和車輛進出紅外檢測電路等(見圖3)。

圖3　停車場信息顯示系統(tǒng)的區(qū)域主控制器設(shè)計原理

(1)MCU最小系統(tǒng)：RS-485總線和ZigBee通信要求MCU至少有2個串口，所采用的STM32F103系列具有3個串口，完全能夠滿足要求。

(2)按鍵：主要用于設(shè)置和操作控制。

(3)DC-DC變換電路：5 V直流電源通過AMS1117-3.3芯片變?yōu)?.3 V，供系統(tǒng)使用。

(4)掉電存儲：為了在發(fā)生掉電時保存重要數(shù)據(jù)信息，選擇了AT24C02存儲器芯片，該芯片與STM32F103之間通過I2C總線進行數(shù)據(jù)通信。

(5)IC卡讀寫器：在出入口處裝設(shè)IC卡讀卡器，可對車輛進出信息進行檢測，統(tǒng)計出剩余車位個數(shù)。該IC卡讀卡器采用RC522，與STM32之間通過SPI串行接口進行數(shù)據(jù)交換。

(6)報警蜂鳴器：當(dāng)PC6輸出低電平時，蜂鳴器響；輸出高電平時，蜂鳴器不響。

(7)LED點陣顯示：主要包括行控制74HS154和行驅(qū)動，以及列控制74HC595移位寄存器和列驅(qū)動場效應(yīng)管。該系統(tǒng)選用16×64的LED點陣屏，可以根據(jù)實際需要進行擴展。

(8)通信電路：包括ZigBee無線通信模塊和RS-485總線。該系統(tǒng)選用CC2530組建ZigBee無線通信網(wǎng)絡(luò)，理想的數(shù)據(jù)傳輸距離可達1.6 km，足夠停車場使用，并且可以作為路由節(jié)點之用。A區(qū)域子系統(tǒng)主控制器與停車場車位信息檢測和顯示系統(tǒng)計算機之間的數(shù)據(jù)通信，需要由RS-485轉(zhuǎn)至RS-232接口[9]，其他區(qū)域主控制器僅有RS-485接口即可。

(9)車輛進出紅外檢測電路：當(dāng)有車輛進出時，輸出高電平信號；否則，輸出低電平信號。

3車位檢測節(jié)點設(shè)計

車位檢測節(jié)點原理如圖4所示。

圖4　車位檢測節(jié)點原理圖

每個車位檢測節(jié)點最多可以外接24個車位檢測紅外傳感器[1-2,11]。車位檢測節(jié)點定時將檢測到的車位信息通過RS-485總線傳送至對應(yīng)的區(qū)域主控制器。RS-485接口選用SN65HVD3082芯片。

在實際應(yīng)用時，可根據(jù)車位數(shù)對車位檢測節(jié)點進行擴展，每段RS-485總線可以掛31個車位檢測節(jié)點。若按一個車位檢測節(jié)點檢測24個車位計算，則4個區(qū)域可以檢測的車位數(shù)為：4×31×24=2 976，能夠滿足大多數(shù)停車場車位檢測的需要。

紅外車位檢測傳感器采用NE555震蕩電路來產(chǎn)生頻率為38 kHz、占空比為50%的方波信號，通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外線；選用一體化接收頭的紅外接收管來直接識別方波信號；采用反射式安裝模式，通過LED顯示屏對應(yīng)位置的亮滅來指示車位狀態(tài)。

4軟件系統(tǒng)設(shè)計

4.1主機程序設(shè)計

主機程序流程如圖5所示。主機的主要功能是向其他區(qū)域控制器發(fā)送命令，使從機檢測對應(yīng)區(qū)域的車位，獲取從機數(shù)據(jù)，依次讀取各區(qū)域的車位狀態(tài)信息。停車場各區(qū)域數(shù)據(jù)獲取完畢后，主機將全部車位的最新數(shù)據(jù)發(fā)送給每個區(qū)域從機。

4.2從機程序設(shè)計

從機程序流程如圖6所示。從機既需要配合主機通信，又主動與檢測節(jié)點進行通信。為了避免通信沖突，從機在沒有收到主機命令時，不會主動和檢測節(jié)點

通信；當(dāng)收到主機命令后，一定延時后再與檢測節(jié)點通信，提高了通信的可靠性。

4.3車位信息檢測程序設(shè)計

車位信息檢測節(jié)點(見圖7)處理器的任務(wù)比較少，在通信空閑時負(fù)責(zé)檢測車位傳感器的數(shù)據(jù)，收到通信請求后，將采集到的數(shù)據(jù)返回從機。

圖5　主機程序流程圖　　　　　　圖6　從機程序流程圖　　　　圖7　車位信息檢測程序流程圖

4.4ZigBee通信協(xié)議與格式

ZigBee通信遵從通信格式：傳輸對象、傳輸目的地址、命令類型、傳輸數(shù)據(jù)長度、N個字節(jié)數(shù)據(jù)、CRC校驗。

ZigBee通信格式包含通信數(shù)據(jù)長度、N個字節(jié)數(shù)據(jù)及1個字節(jié)的CRC校驗碼。各通信節(jié)點通過收到的數(shù)據(jù)長度來判斷是否接收完畢。為了保證數(shù)據(jù)傳輸正確，需要進行CRC校驗。

5結(jié)語

系統(tǒng)通過紅外傳感器實現(xiàn)了車位狀態(tài)信息實時檢測，并通過ZigBee和RS-485總線進行了車位狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸，為保證數(shù)據(jù)傳輸正確可進行累加和CRC校驗。在每個區(qū)域的出入口，通過IC卡讀卡器對車輛進出進行識別和閘道開放。系統(tǒng)軟硬件設(shè)計中采用模塊化思想，所有區(qū)域的硬件基本上一樣，從機區(qū)域軟件相同。經(jīng)試用，整個系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，具有推廣應(yīng)用價值。

參考文獻：

[1]耿寸召.基于ZigBee技術(shù)的停車場車位檢測系統(tǒng)設(shè)計[D]. 呼和浩特:內(nèi)蒙古大學(xué),2013.

[2]于波.基于ZigBee的WSN定位技術(shù)的研究[D]. 長春:長春理工大學(xué),2014.

[3]劉軍.基于ZigBee的智能停車場管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué),2012.

[4]劉維波.基于ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)的超聲波車位檢測系統(tǒng)[D].西安:長安大學(xué),2011.

[5]許靜.停車場智能管理系統(tǒng)設(shè)計[D].南昌:南昌大學(xué),2013.

[6]陳耀.城市停車誘導(dǎo)信息系統(tǒng)[D].杭州:浙江大學(xué),2013.

[7]李林林.智能停車場系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].大連:大連理工大學(xué),2009.

[8]汪付川.智能停車場管理系統(tǒng)研究[D]. 鎮(zhèn)江:江蘇大學(xué),2014.

[9]金春嫣. 基于ZigBee和紅外檢測的停車位監(jiān)控系統(tǒng)的研究[D].長沙:中南大學(xué),2010.

[10]劉姣.智能停車場管理系統(tǒng)的研究[D].長沙:湖南大學(xué),2011.

[11]孫亮，黨力明，戴寧.大型室內(nèi)停車場車位的超聲波檢測[J].儀表技術(shù)與傳感器,1996(10):39-42.

(責(zé)任編輯：王長通)

Design of Parking Space Detect and Display System Information

WENG Jia-min, JIANG Wei, LI Xiao-kui

(Henan Institute of Engineering, Zhengzhou 451191, China)

Abstract：On a large parking it is not convenient to use more sensors and wiring problems. Based on ZigBee, a mixed communication mode of combining RS-485 bus is put forward. Car park could be divided into several regions, through the ZigBee wireless communication between area, regional internal data communication through the RS-485, and each area is mainly composed of MCU controller circuit minimum system, buttons, DC-DC transform, power storage, IC card read and write, buzzer alarm, LED dot matrix display, communication circuit and vehicles in and out of the infrared detection circuit. The system can realize the parking lot parking state data real-time detection, transmission and display, and a vehicle in and out of the IC card management, and other functions.It has been verified by practice, the effect is good.

Key words:parking; ZigBee; RS-485 bus; smart card; STM32

中圖分類號：TP274

文獻標(biāo)志碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1671-6906.2016.01.005

文章編號：1671-6906(2016)01-0020-05

作者簡介：甕嘉民(1972-)，男，河南息縣人，副教授，碩士，主要研究方向為嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用和電力系統(tǒng)繼電保護。

收稿日期：2015-11-04