肖 燕

（寶雞文理學(xué)院 計(jì)算機(jī)學(xué)院，陜西 寶雞　721016）

基于ZigBee的大城市停車場管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

肖 燕

（寶雞文理學(xué)院 計(jì)算機(jī)學(xué)院，陜西 寶雞721016）

為了解決大城市停車難問題，提出了一種基于ZigBee技術(shù)的大城市停車場管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)利用磁傳感器采集停車位的狀態(tài)信息，通過ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)到上位機(jī)，最后將各點(diǎn)上位機(jī)的信息傳送到城市控制中心進(jìn)行處理。經(jīng)測試，本系統(tǒng)可以完成對停車場的停車位狀態(tài)的檢測，可以將有限的停車位資源進(jìn)行合理的使用，對用緩解交通擁堵有一定的實(shí)用價(jià)值。

ZigBee；停車場管理系統(tǒng)；無線傳感網(wǎng)；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

隨著我國大城市的私家車數(shù)量的急劇增加，城市交通擁堵問題日益突出，而停車位難找也成為造成城市擁堵的原因之一。在寸土寸金的城市里，如何將有限的停車位資源最大化的利用是解決停車難問題的關(guān)鍵。此外，由于停車位收費(fèi)沒有統(tǒng)一管理，部分收費(fèi)人員中飽私囊，車主們也怨聲載道。基于以上原因，文中提出了建立一個(gè)城市化的停車場管理系統(tǒng)的方案的解決方案，通過使用ZigBee技術(shù)設(shè)置監(jiān)測節(jié)點(diǎn)，對城市內(nèi)各停車場的停車位資源進(jìn)行統(tǒng)一管理。

1　系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案

ZigBee技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要組成部分，它具有安全性好、網(wǎng)絡(luò)容量大、可靠性高、功耗低、時(shí)延短、成本低、有效范圍小、構(gòu)建的拓展性強(qiáng)、布線容易等特點(diǎn)，目前在城市交通、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、工業(yè)控制等行業(yè)應(yīng)用廣泛。在本次設(shè)計(jì)中，通過布置ZigBee節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對城市各停車場的停車位的狀態(tài)監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)對城市停車場的的統(tǒng)籌與管理。

系統(tǒng)首先布置ZigBee終端節(jié)點(diǎn)到各停車位，從而獲取到停車位上是否有車輛的狀態(tài)信息。通過ZigBee路由節(jié)點(diǎn)將狀態(tài)信息傳輸至ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，最終通過串口傳輸?shù)酵＼噲龅纳衔粰C(jī)。同時(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)城市管理中心模塊，各停車場的上位機(jī)通過Web網(wǎng)絡(luò)將各停車位狀態(tài)信息傳輸?shù)皆撃K。由該模塊完成對停車位的管理，主要功能包括停車位狀態(tài)查詢、收費(fèi)信息查詢和預(yù)定停車位等。本設(shè)計(jì)的總體框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框架圖

2　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)主要完成對停車位狀態(tài)信息的采集與傳送。信號的采集節(jié)點(diǎn)，也即是ZigBee終端節(jié)點(diǎn)，它是通過磁阻傳感器外圍電路、放大電路、比較電路和ZigBee外圍電路來完成的。ZigBee模塊選用的是TI公司的CC2530芯片。該芯片以非常低的總的材料成本建成強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，并結(jié)合了領(lǐng)先的2.4 G的RF收發(fā)器的優(yōu)良性能，而且具有業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型8051單片機(jī)，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存，8 kB RAM等特點(diǎn)［1］。ZigBee終端節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2　硬件結(jié)構(gòu)圖

ZigBee節(jié)點(diǎn)通常分為終端節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。終端節(jié)點(diǎn)即為系統(tǒng)中的感知采集節(jié)點(diǎn)，在采集到停車位狀態(tài)信息后轉(zhuǎn)發(fā)給路由節(jié)點(diǎn)，路由節(jié)點(diǎn)既可以采集信息又可以轉(zhuǎn)發(fā)信息到協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)將信息匯總后通過串口傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中。針對現(xiàn)有的停車場布局，本系統(tǒng)采用了3種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：線性結(jié)構(gòu)、平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和多層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。停車場信息采集網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖3所示。

圖3　網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D

3　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1上位機(jī)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)中每個(gè)停車場通過ZigBee自組網(wǎng)來接收停車位的狀態(tài)信息，因此通過串口從ZigBee協(xié)調(diào)器讀取數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的功能顯得尤為重要。此功能模塊包括上位機(jī)和數(shù)據(jù)服務(wù)器兩個(gè)部分。上位機(jī)是從串口讀取數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，該功能使用微軟公司的MSCOMM控件進(jìn)行編程，數(shù)據(jù)服務(wù)器用于存儲(chǔ)有效數(shù)據(jù)。系統(tǒng)按照設(shè)定的時(shí)間通過串口接收來自ZigBee協(xié)調(diào)器的數(shù)據(jù)并與數(shù)據(jù)服務(wù)器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。如果數(shù)據(jù)不一致則表明停車位的狀態(tài)改變，因此更新數(shù)據(jù)服務(wù)器中相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并顯示出更新后的停車位狀態(tài)信息，同時(shí)將更新的數(shù)據(jù)傳送至城市控制中心。因此，上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖4所示。

圖4　上位機(jī)軟件流程圖

3.2城市控制中心設(shè)計(jì)

在本系統(tǒng)中，采用C/S模式進(jìn)行設(shè)計(jì)。城市控制中心作為服務(wù)器端，接收來自各個(gè)停車場上位機(jī)發(fā)送的信息，同時(shí)也完成各個(gè)停車場收費(fèi)管理等功能。該模塊采用的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議是具有可靠傳輸特性的TCP協(xié)議，使用Socket套接字完成與上位機(jī)的連接。作為服務(wù)器的控制中心在初始化套接字Socket后等待作為客戶端的上位機(jī)進(jìn)行連接，一旦連接成功接收來自客戶端的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的更新處理。接受模塊的軟件流程圖如圖5所示。

圖5　接收模塊軟件流程圖

4　系統(tǒng)測試

將終端節(jié)點(diǎn)、路由器節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)安裝完畢，并調(diào)試好串口、上位機(jī)和城市控制中心軟件后進(jìn)行測試。將終端節(jié)點(diǎn)放置在私家車車輪下方，并通過移動(dòng)終端節(jié)點(diǎn)來模擬車輛的駛?cè)牒婉偝?，從而顯示停車位的占位和空置狀態(tài)。經(jīng)測試，當(dāng)車輛在終端節(jié)點(diǎn)的上方時(shí)，控制中心軟件顯示數(shù)據(jù)“0121”表示第1號停車場的第2停車位占用，同時(shí)當(dāng)終端節(jié)點(diǎn)移至空地時(shí)，控制中心軟件顯示“0120”表示此車位空置。測試結(jié)果表明系統(tǒng)可正常運(yùn)行。城市管理中心的人機(jī)交互界面如圖6所示。

圖6　人機(jī)交互界面

5　結(jié)　論

本系統(tǒng)將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的ZigBee技術(shù)應(yīng)用到對于停車場的停車位的管理中，并構(gòu)建了一個(gè)城市管理中心來監(jiān)控城市停車位的使用情況。經(jīng)過測試，可以確認(rèn)本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對每個(gè)停車位的監(jiān)控，并完成了城市管理中心數(shù)據(jù)的同步更新與管理。因此，本系統(tǒng)使得有限的停車位資源可以充分利用和有效管理，同時(shí)也方便了泊車用戶，具有很大的市場前景，也為解決交通擁堵問題提供了一定參考價(jià)值。

［1］姜仲，劉但.ZigBee技術(shù)與實(shí)訓(xùn)教程——基于CC2530的無線傳感網(wǎng)技術(shù)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2014.

［2］孫紅，許濤，王穎慧，等.ZigBee網(wǎng)絡(luò)的RFID技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的研究［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2011，27（7）：92-93.

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Design of big city parking lots management system based on ZigBee

XIAO Yan
（School of Computer，Baoji University of Arts and Sciences，Baoji 721016，China）

In order to solve the problem of big cities parking difficulty，this paper proposes a design of big city parking lots management system based on ZigBee technology。The system use magnetic sensor to collect parking space，and then transmit data to the PC through the ZigBee wireless sensor network.At last，the information is sent to the city control center for processing.After the test，this system can detect parking state completely.It makes use of limited parking space resources reasonably，and it also has some practical value for easing traffic congestion.

ZigBee；parking lots management system；WSN；IOT

TN99

A

1674－6236（2016）09-0051-03

2015-10-07稿件編號：201510015

寶雞文理學(xué)院院級項(xiàng)目（ZK15092）

肖 燕（1982—），女，湖北咸寧人，碩士，助教。研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用。