韋傾,陳嬌英,陳延明

(1.廣西大學(xué) 電氣工程學(xué)院，廣西 南寧 530004；2.廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530001)

0 引言

隨著信息技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、無限傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)、數(shù)據(jù)鏈等技術(shù)的飛速發(fā)展，發(fā)達(dá)國家對城市交通泊位智能化管理技術(shù)應(yīng)用已遠(yuǎn)遠(yuǎn)走在世界前列[1]；據(jù)資料查詢，我國機(jī)動車與泊車位比例為4.84∶1，部分發(fā)達(dá)城市比例達(dá)31∶1[2-4]。面對目前城市交通停車場管理效率低、實(shí)時(shí)性差、車位信息更新慢等泊車難題，智能化泊車管理效率提高迫在眉睫。特別是大型立體結(jié)構(gòu)停車場泊位多，分布復(fù)雜。在停車高峰空余泊位不多情況下，司機(jī)為了尋找泊位可能要來回尋找多次，跑很多冤枉路。如何更好解決司機(jī)停車難題？本文設(shè)計(jì)的基于Zigbee 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的大型停車場智能管理系統(tǒng),利用Zigbee 無線節(jié)點(diǎn)的自組織網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間的無線通信,有效地完成信息傳遞,誘導(dǎo)信息實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。同時(shí)方便擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，將多個(gè)停車場互聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)籌管理，對停車場的空閑停車位數(shù)據(jù)進(jìn)行精確統(tǒng)計(jì)，及時(shí)顯示空閑車位數(shù)量及位置，確保為司機(jī)所分配的泊位最佳，并能提供最優(yōu)泊車路徑。使停車場管理更智能化、人性化。本方案在實(shí)際應(yīng)用中具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

Zigbee是IEEE802154協(xié)議的代名詞,是一種近距離 、低復(fù)雜度 、低功耗 、低速率 、低成本的雙向無線通信技術(shù),工作頻段為2.4 GHz,傳輸速率達(dá)250 kbit/s，并且自組網(wǎng)功能，在近距離、分布式物聯(lián)網(wǎng)中獲得成功應(yīng)用[5-7]。本文利用Zigbee技術(shù)和超聲波雷達(dá)測距技術(shù)，設(shè)計(jì)了一套停車場管理系統(tǒng)，其組成如圖1所示。

圖1 大型停車場智能管理系統(tǒng)

1.1 Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器

Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器硬件組成見圖2。協(xié)調(diào)器是Zigbee 無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的控制核心。一個(gè)Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)必須有一個(gè)協(xié)調(diào)器[8-9],作用是控制整個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)的命令和數(shù)據(jù)的傳播。

圖2 Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器硬件組成

1.2 駐車探測器模塊

駐車探測器模塊硬件組成如圖3所示。

圖3 駐車探測器模塊硬件組成

將駐車探測器安裝在停車位旁。超聲波測距模塊可提供6 m范圍的非接觸式距離測量功能。當(dāng)車位有車停駐時(shí)，超聲波測距傳感器檢測到的距離小于1 m；根據(jù)回測距信息可以判斷停車位是否空閑。信息由路由器傳給Zigbee 無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。每個(gè)路由器都可以通過用戶編程擁有16位的地址編號。理論上，一個(gè)Zigbee 網(wǎng)絡(luò)最多可容納65 535個(gè)路由器，這對于一個(gè)大型的停車庫使用是綽綽有余的。

1.3 駐車信息顯示模塊

駐車信息顯示模塊結(jié)構(gòu)如圖4所示。駐車信息顯示模塊接收Zigbee 無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器發(fā)來的駐車信息[10]。可顯示空車位數(shù)量，并以圖形方式顯示所有空車位編號及位置。駐車信息顯示模塊可安裝在車庫入口或道路分支處，供司機(jī)觀看參考。

圖4 駐車信息顯示模塊結(jié)構(gòu)

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的控制軟件設(shè)計(jì)

Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的核心控制部件是STC8A單片機(jī)，它是增強(qiáng)型51單片機(jī)，用標(biāo)準(zhǔn)的51單片機(jī)軟件完成應(yīng)用軟件開發(fā)，編程語言用C51，程序代碼由PC機(jī)的USB接口(轉(zhuǎn)換為UART)直接由單片機(jī)的串口燒寫到Flash存儲器中。協(xié)調(diào)器的控制程序流程如圖5所示。

Zigbee模塊DRF1609的初始化命令：指令頭(0XFC)+指令字節(jié)數(shù)(0X21)+07+全部參數(shù)(共32字節(jié))+校驗(yàn)和(1個(gè)字節(jié))。

編程參數(shù)：節(jié)點(diǎn)類型、PAN ID、頻道選擇、傳輸模式、自身地址編號、波特率選擇等。同一網(wǎng)絡(luò)中參數(shù)相同，節(jié)點(diǎn)類型為01，波特率選擇根據(jù)數(shù)據(jù)流量設(shè)置，地址編號為0X0000。采用查詢方式建立地址編號列表，即先默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)中的路由器和終端數(shù)量為65535，地址編號范圍為0X0001—0XFFFF，協(xié)調(diào)器逐一發(fā)出查詢指令，如果得到正確回復(fù)，則保留該地址編號；如果得不到正確回復(fù)，則刪除該地址編號。建立有效地址列表流程程序如圖6所示。在查詢駐車信息時(shí)，被查詢的駐車探測器模塊啟動超聲波測距，超聲波測距及等待時(shí)間設(shè)定為60 ms。網(wǎng)絡(luò)通信為點(diǎn)對點(diǎn)通信方式。

圖5 協(xié)調(diào)器控制程序流程

Fig.5 Flow chart of the control program of the coordinator

圖6 建立有效地址列表程序流程

Fig.6 Establishing the program flow chart of effective address list

2.2 駐車探測器模塊控制軟件設(shè)計(jì)

駐車探測器模塊在Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)中屬于從屬地位，其工作過程完全由Zigbee無線網(wǎng)協(xié)調(diào)器控制，所以Zigbee模塊配置為路由器模式[11-12]。SN—SR014超聲波測距模塊有3種工作模式，本方案設(shè)計(jì)采用串行工作模式，模塊上電識別后,進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，串口輸出格式為TTL電平，波特率為9600,n,8,1。當(dāng)RX口接收到0X55指令后，模塊開始進(jìn)行1次測距,并從引腳TX輸出1幀,含4個(gè)8位數(shù)據(jù).幀格式為0XFF+H_DATA+L_DATA+SUM。

① 0XFF：為一幀開始數(shù)據(jù), 用于判斷;

② H_DATA：距離數(shù)據(jù)的高8位;

③ L_DATA：距離數(shù)據(jù)的低8位;

④ SUM: 數(shù)據(jù)和,用于效驗(yàn)。

其0XFF+H_DATA+L_DATA=SUM(僅低8位)。駐車探測器模塊控制程序流程如圖7所示。

2.3 駐車信息顯示模塊控制軟件設(shè)計(jì)

駐車信息顯示模塊的功能是顯示停車場空位數(shù)量和位置信息。安裝在停車場關(guān)鍵位置或車內(nèi)，設(shè)置為終端設(shè)備，只接收和發(fā)送自身相關(guān)的數(shù)據(jù)。LCD顯示模塊采用320X240點(diǎn)陣的320240G—905—PL。該模塊采用SPI串口控制，和STC8A單片機(jī)的SPI口直接相連。JLX320240G—905—PC 型液晶顯示模塊作為普通的圖像型液晶顯示模塊使用，可以從字庫 IC 中讀出內(nèi)置的字庫的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)寫入到 LCD 驅(qū)動 IC 中，以達(dá)到顯示漢字的目的。駐車信息顯示模塊控制程序流程如圖8所示。

圖7 駐車探測器模塊控制程序流程

Fig.7 Controling program flow chart of parking detector module

圖8 駐車信息顯示模塊控制程序流程

Fig.8 Controling program flow chart of parking information display module

3 系統(tǒng)調(diào)試與實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)方案的正確性，制作了一套實(shí)驗(yàn)裝置，包括一個(gè)Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，一個(gè)駐車信息顯示模塊和22個(gè)駐車探測器模塊。駐車探測器隨機(jī)安裝在職工宿舍樓地下停車庫。當(dāng)車位上有車停駐時(shí)，駐車信息顯示模塊在相應(yīng)位置顯示實(shí)心的方塊圖；當(dāng)車位為空時(shí)，駐車信息顯示模塊在相應(yīng)位置顯示空心的方塊圖(圖9)。實(shí)驗(yàn)證明Zigbee網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)收發(fā)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)，超聲波檢測采集車位信息精準(zhǔn)。實(shí)踐證明本設(shè)計(jì)方案是正確可行的。

圖9 駐車信息顯示模塊顯示圖

4 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的基于Zigbee技術(shù)的停車場管理系統(tǒng)，通過試點(diǎn)實(shí)驗(yàn)測試，系統(tǒng)能精確、快速、實(shí)時(shí)、穩(wěn)定顯示停車場駐車信息(空位數(shù)量和空位編號位置)，采用超聲波測距和Zigbee技術(shù)自組網(wǎng)通訊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)智能化管理，安裝方便，價(jià)格低廉?？梢钥鐓^(qū)域聯(lián)網(wǎng)，不僅可以完成單個(gè)車庫的智能化管理，還可以將多個(gè)停車場聯(lián)網(wǎng)成大型的無線網(wǎng)絡(luò)智能管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)低成本、高效率的智能化統(tǒng)籌管理。