紀(jì)云烽，劉麗華，司鈞文，房明琦，胡 毓

(遼寧科技學(xué)院 電氣與信息工程學(xué)院 ，遼寧 本溪 117004)

隨著我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷加快,私家車的數(shù)量急劇增加,各類停車場(chǎng)的車流量不斷增多,對(duì)機(jī)動(dòng)車的停車管理成為社會(huì)備受關(guān)注的問(wèn)題。針對(duì)我國(guó)城市停車場(chǎng)車位緊張、人工收費(fèi)用時(shí)長(zhǎng)、效率低、無(wú)法快速尋找預(yù)定車位等問(wèn)題，文章介紹了最新設(shè)計(jì)的智慧停車場(chǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。此停車場(chǎng)利用ZigBee組網(wǎng)技術(shù)、WIFI技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)車主進(jìn)行預(yù)約占位及引導(dǎo)服務(wù)、自助收費(fèi)、建立可視化報(bào)表進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析停車資源利用情況。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本文所設(shè)計(jì)的基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧停車場(chǎng)是遵循物聯(lián)網(wǎng)的三層設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)而建立的。感知層利用傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)外停車預(yù)定占位功能；傳輸層的設(shè)計(jì)考慮到傳感器之間的通信，利用了WIFI與ZigBee通訊協(xié)議建立各硬件的聯(lián)系；應(yīng)用層設(shè)計(jì)網(wǎng)頁(yè)與配套的APP來(lái)顯示具體信息〔1〕。具體方案如下：

1.1 系統(tǒng)的模塊設(shè)計(jì)

1.1.1硬件模塊

(1)處理器：停車場(chǎng)處理模組分為車位處理模組和中控模組。兩種模組均選用型號(hào)為stm32f103的單片機(jī)作為處理器，車位模組負(fù)責(zé)采集所在車位所有信息，并將信息發(fā)送至中控模組，中控模組負(fù)責(zé)將停車場(chǎng)信息發(fā)送至服務(wù)器和負(fù)責(zé)處理與用戶的其他交互〔2〕。

(2)供電：考慮系統(tǒng)的實(shí)際部署，系統(tǒng)采用220V市電作為電源總輸入，配合一個(gè)反激式開(kāi)關(guān)電源實(shí)現(xiàn)AC220V-DC5V的電壓變化。

(3)傳感器：選用附帶HX711的稱重傳感器作為模擬車位重量的傳感器，具有集成度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，HX711是一款專為高精度電子秤而設(shè)計(jì)的24位A/D轉(zhuǎn)換器芯片，模擬量輸入，串行輸出；選用型號(hào)為SG90的小型舵機(jī)作為模擬停車場(chǎng)閘機(jī)處功能；選用RFID-RC522模塊來(lái)模擬停車場(chǎng)用戶交互和實(shí)現(xiàn)電子錢(qián)包功能，與單片機(jī)串口通信。

(4)網(wǎng)絡(luò)搭建:下位機(jī)之間的通信方式為ZigBee無(wú)線通信，上位機(jī)與下位機(jī)通訊選擇無(wú)線局域網(wǎng)通信方式。選用DL-LN33類的自組網(wǎng)ZigBee模塊，該類模塊無(wú)需手動(dòng)配網(wǎng)，會(huì)自動(dòng)尋找范圍內(nèi)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，再進(jìn)行無(wú)差別或一對(duì)一通信；WIFI模塊選用型號(hào)為ESP8266模塊，該模塊內(nèi)置了樂(lè)鑫AT固件，可以直接使用單片機(jī)串口向模塊發(fā)送AT指令，使停車場(chǎng)中控節(jié)點(diǎn)連接到WIFI，再與服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，服務(wù)器收取下位機(jī)傳來(lái)的內(nèi)容并通過(guò)后臺(tái)處理將數(shù)據(jù)保存至服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)。

圖1 系統(tǒng)總體功能設(shè)計(jì)圖

1.1.2 軟件模塊

采用Android語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)基于SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)搭建。包括預(yù)定車位、引導(dǎo)車位及反向?qū)ぼ?、?shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示〔3〕、大數(shù)據(jù)分析、智能交互等5部分。

(1)預(yù)定車位：用戶通過(guò)手機(jī)客戶端APP進(jìn)行車位的預(yù)訂，每個(gè)車位分配一個(gè)編碼并內(nèi)置一個(gè)壓力傳感器和一個(gè)ZigBee模塊，若有車停在此車位，壓力傳感器由單片機(jī)將信息傳輸?shù)絑igBee，所有的ZigBee模塊通過(guò)WIFI傳輸?shù)绞謾C(jī)端反饋給用戶，用戶可選擇剩余停車位。手機(jī)設(shè)計(jì)界面如圖2所示。

圖2 手機(jī)APP界面設(shè)計(jì)圖

圖3 軟件流程圖

(2)引導(dǎo)車位及反向?qū)ぼ嚒?〕：制作網(wǎng)頁(yè)時(shí)設(shè)定車位的具體編碼，通過(guò)地圖API功能實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)車位路線規(guī)劃。在反向?qū)ぼ嚂r(shí)，只需輸入車位編碼即可找到車位并根據(jù)相同的方式規(guī)劃路線進(jìn)行導(dǎo)航。

(3)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示：運(yùn)營(yíng)商通過(guò)網(wǎng)頁(yè)實(shí)時(shí)展示停車場(chǎng)車位使用量、導(dǎo)流情況等相關(guān)信息。

(4)大數(shù)據(jù)分析：運(yùn)營(yíng)商根據(jù)對(duì)車輛進(jìn)出時(shí)間、車主基本信息及車位使用率情況等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)停車場(chǎng)自動(dòng)化綜合管理。大數(shù)據(jù)一體化平臺(tái)〔5〕設(shè)計(jì)圖如圖4所示。

圖4 大數(shù)據(jù)一體化平臺(tái)設(shè)計(jì)圖

(5)智能交互：通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的支持實(shí)現(xiàn)智能推送。

1.1.3 軟硬件通信設(shè)計(jì)

文章所設(shè)計(jì)的基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧停車場(chǎng)具有WIFI通訊和ZigBee通訊兩種方式，為了滿足WIFI通訊，選用ESP8266模塊，并在內(nèi)部設(shè)置TCP/IP協(xié)議棧；為了實(shí)現(xiàn)ZigBee自組織網(wǎng)通信，選用DL-LN33模塊，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)的通訊，該模塊靈活性高，覆蓋范圍強(qiáng)，并提供安全性高的AES-128加密算法。采用這兩種技術(shù)，更好地實(shí)現(xiàn)了硬軟件之間的通信。

1.2 功能描述

1.2.1 主要功能

(1)利用傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)壓力檢測(cè)并進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控停車位是否占位。

(2)用戶通過(guò)手機(jī)客戶端APP進(jìn)行車位的預(yù)訂，每個(gè)車位分配一個(gè)編碼并內(nèi)置一個(gè)壓力傳感器和一個(gè)ZigBee模塊，若有車停在此車位，壓力傳感器將信息傳輸?shù)絑igBee，所有的ZigBee模塊通過(guò)WIFI傳輸?shù)绞謾C(jī)端反饋給用戶，用戶可選擇剩余停車位。

(3)采用ZigBee組網(wǎng)作為傳感器和中控通訊的方式。與TCP/IP協(xié)議依托的以太網(wǎng)或者WIFI所不同的是，ZigBee是一種近距離、復(fù)雜度較低、傳輸速度快、成本極低的無(wú)線通訊方式。

(4)制作網(wǎng)頁(yè)時(shí)設(shè)定車位的具體編碼，通過(guò)地圖API功能實(shí)現(xiàn)誘導(dǎo)車位路線規(guī)劃。在反向?qū)ぼ嚂r(shí)，只需輸入車位編碼即可找到車位并根據(jù)相同的方式規(guī)劃路線進(jìn)行導(dǎo)航。

(5)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示：制作網(wǎng)頁(yè)分為用戶端和后臺(tái)管理端。用戶端可以注冊(cè)登錄預(yù)約。運(yùn)營(yíng)商通過(guò)網(wǎng)頁(yè)實(shí)時(shí)展示停車場(chǎng)車位使用量、導(dǎo)流情況等相關(guān)信息。

(6)大數(shù)據(jù)分析：運(yùn)營(yíng)商根據(jù)對(duì)車輛進(jìn)出時(shí)間、車主基本信息及車位使用率情況等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)停車場(chǎng)自動(dòng)化綜合管理。

1.2.2 輔助功能

自助繳費(fèi)功能：車主在線注冊(cè)APP并綁定銀行卡，車輛進(jìn)入停車場(chǎng)時(shí)通過(guò)RFID技術(shù)讀取車牌開(kāi)始計(jì)時(shí)，離開(kāi)時(shí)根據(jù)停車費(fèi)收費(fèi)函數(shù)進(jìn)行自動(dòng)扣費(fèi)。

2 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)停車場(chǎng)的特點(diǎn)，本文提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧停車場(chǎng)系統(tǒng)。通過(guò)以上功能的實(shí)現(xiàn)，車主可以在不同時(shí)刻不同位置根據(jù)個(gè)人需求預(yù)約占位、車位引導(dǎo)、反向?qū)ぼ?、自助繳費(fèi)功能，應(yīng)用前景廣闊。