楊小天 袁 迪 高曉紅

(1:吉林建筑大學(xué)電氣與電子信息工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130118;2:吉林省建筑電氣綜合節(jié)能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春 130118)

0 引言

隨著社會(huì)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，國(guó)民購(gòu)買力日益提高，導(dǎo)致汽車數(shù)量的不斷增長(zhǎng)，公共場(chǎng)所停車問(wèn)題日益嚴(yán)峻.智能停車場(chǎng)系統(tǒng)作為目前交通運(yùn)輸領(lǐng)域的前沿課題，針對(duì)急迫的交通需求，將計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)及通信技術(shù)等高新技術(shù)進(jìn)行集成，改造傳統(tǒng)停車場(chǎng)，建造新型智能停車場(chǎng)以緩解現(xiàn)今存在的停車難現(xiàn)象.近幾年，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，Zigbee技術(shù)在停車場(chǎng)管理系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，本方案選用網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣、抗干擾能力強(qiáng)、成本低廉、系統(tǒng)穩(wěn)定性高的Zigbee無(wú)線通信技術(shù)，配合車輛檢測(cè)技術(shù)與上位機(jī)管理，構(gòu)成一套具有泊車引導(dǎo)功能的無(wú)線智能停車場(chǎng)系統(tǒng).

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文所設(shè)計(jì)的智能停車場(chǎng)系統(tǒng)，包括車輛檢測(cè)部分和通信部分.車輛檢測(cè)部分職能是對(duì)車位狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，每個(gè)車位裝置感應(yīng)線圈車輛檢測(cè)器，當(dāng)車輛駛?cè)牒婉偝鲕囄粫r(shí)會(huì)通過(guò)通信部分將車位信息向上位機(jī)發(fā)送.通信部分采用Zigbee無(wú)線通信技術(shù)，借助各個(gè)通信模塊實(shí)現(xiàn)整個(gè)停車場(chǎng)車位信息的遠(yuǎn)程通信與共享.Zigbee網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器部分將車位信息送至上位機(jī)，完成對(duì)用戶的泊車引導(dǎo)和車位顯示.

1.2 系統(tǒng)工作原理

本智能停車場(chǎng)系統(tǒng)Zigbee無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)基于IEEE 802.15.4無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)所開(kāi)發(fā)而成，是一種短距離、低功耗、低速率傳輸?shù)碾p向通信網(wǎng)絡(luò).本系統(tǒng)要在停車場(chǎng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地傳輸車位信息并完成停車誘導(dǎo)功能，需要搭建覆蓋停車場(chǎng)范圍的Zigbee網(wǎng)絡(luò)作為停車場(chǎng)信息傳輸?shù)目偩€.網(wǎng)絡(luò)拓補(bǔ)由一個(gè)協(xié)調(diào)器，若干路由和相等于車位數(shù)量的終端設(shè)備組成.每個(gè)車位配置一個(gè)終端設(shè)備與車輛檢測(cè)器連接，當(dāng)車輛駛?cè)牖蝰偝鰰r(shí)車輛檢測(cè)器將檢測(cè)信號(hào)送至終端設(shè)備，經(jīng)過(guò)路由向協(xié)調(diào)器發(fā)送，協(xié)調(diào)器收到車位信息后與上位機(jī)串口通信，上位機(jī)完成對(duì)LED的顯示控制，并通過(guò)人機(jī)交換界面對(duì)停車場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)硬件模塊

2.1 車輛檢測(cè)器

圖2 車輛檢測(cè)器結(jié)構(gòu)

本文中車輛檢測(cè)器采用環(huán)形線圈車輛檢測(cè)器，是一種基于電磁感應(yīng)原理的車輛檢測(cè)器，傳感器部分是埋在地下的通有工作電流的環(huán)形線圈.當(dāng)車輛通過(guò)環(huán)形線圈時(shí)，車輛鐵質(zhì)切割磁感線，引起線圈回路電感量變化，通過(guò)檢測(cè)該電感量變化就可以檢測(cè)出車輛的存在［1］.車輛檢測(cè)器結(jié)構(gòu)圖如圖2所示.

地感線圈與調(diào)諧電路并聯(lián)，組成一個(gè)LC調(diào)諧電路，LC電路中的電感量取自地感線圈，沒(méi)有車輛駛?cè)霑r(shí)整個(gè)LC調(diào)諧電路中的電容量與電感量保持恒定值.當(dāng)車輛駛?cè)霑r(shí)，由于車身金屬材料與線圈的互感作用，對(duì)線圈產(chǎn)生去磁效果，線圈電感量變小，引起LC諧振電路頻率變小.LC電路產(chǎn)生頻率變小的正弦波信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大后由整形電路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換送至單片機(jī).單片機(jī)將接收的信號(hào)與安裝時(shí)設(shè)定好的正常頻率值進(jìn)行對(duì)比，接收信號(hào)大于設(shè)定信號(hào)時(shí)判定為有車.

LC震蕩回路工作原理公式［2］:

2.2 Zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)

我們選用Chipcon公司生產(chǎn)開(kāi)發(fā)的無(wú)線通信芯片CC2430，該芯片能夠滿足Zigbee為基礎(chǔ)的2.4GHz波段應(yīng)用及對(duì)低成本、低功耗的要求，它結(jié)合一個(gè)高性能2.4GHz DSSS(直接序列擴(kuò)頻)射頻收發(fā)器核心和一顆工業(yè)級(jí)小巧高效的8051控制器.CC2430的設(shè)計(jì)結(jié)合了8Kbyte的RAM及強(qiáng)大的外圍模塊，并且有3種不同的版本，是根據(jù)不同的閃存空間32，64和128kByte來(lái)優(yōu)化復(fù)雜度與成本的組合［3］.CC2430將射頻模塊與8051集成，天線收到射頻信號(hào)經(jīng)過(guò)放大與變頻處理后得到中頻信號(hào)，再經(jīng)濾波、放大、整形、解調(diào)后送至8051處理，并由外部擴(kuò)充的特殊功能寄存器控制發(fā)送.

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分為車輛檢測(cè)閾值比較設(shè)計(jì)與Zigbee無(wú)線收發(fā)設(shè)計(jì)，主要采用C語(yǔ)言編程.車輛檢測(cè)部分設(shè)計(jì)采用Keil C51開(kāi)發(fā)系統(tǒng).Zigbee無(wú)線收發(fā)部分采用IAR Embedded Workbench與Z－stack對(duì)CC2430的工作方式和收發(fā)流程進(jìn)行設(shè)計(jì).

3.1 車輛檢測(cè)程序設(shè)計(jì)

本文對(duì)振蕩頻率的檢測(cè)采用CC2430，將整形后的震蕩信號(hào)送至T0口，TO作為計(jì)數(shù)器單位時(shí)間內(nèi)測(cè)得的脈沖數(shù)設(shè)為NE，無(wú)車時(shí)測(cè)得的單位時(shí)間脈沖數(shù)為N作為經(jīng)驗(yàn)量預(yù)存在EEPROM中，當(dāng)NE＞N時(shí)判定為有車，NE≦N時(shí)判定為無(wú)車.車輛檢測(cè)程序流程如圖3所示.

3.2 Zigbee無(wú)線收發(fā)設(shè)計(jì)

Zigbee網(wǎng)絡(luò)工作采用應(yīng)答機(jī)制避免設(shè)備直接的干擾，在Z－stack的編譯中定義通信網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器、路由和終端設(shè)備，協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的啟動(dòng)并決定網(wǎng)終ID和信道，路由作為網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)闹修D(zhuǎn)站，終端設(shè)備接收檢測(cè)器信號(hào)并向上級(jí)傳輸.使用IAR Embedded Workbench對(duì)CC2430工作方式進(jìn)行編譯，信息傳輸時(shí)協(xié)調(diào)器通過(guò)查詢路由表找到下層路由，向其發(fā)送搜索信號(hào)，當(dāng)路由接收到數(shù)據(jù)包后會(huì)繼續(xù)根據(jù)路由表尋找下一個(gè)路由或下層目標(biāo)節(jié)點(diǎn).下層節(jié)點(diǎn)用相同的流程發(fā)送數(shù)據(jù)包至上層目標(biāo)節(jié)點(diǎn).無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸流程如圖4所示.

圖3 車輛檢測(cè)程序流程

圖4 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸流程

4 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)采用Chipcon公司生產(chǎn)開(kāi)發(fā)的無(wú)線通信芯片CC2430作為Zigbee網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)收發(fā)控制芯片，在Zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的搭建與車輛檢測(cè)器對(duì)車位信息的采集、分析的基礎(chǔ)上，配合上位機(jī)的管理與LED的顯示構(gòu)建成一個(gè)具有泊車引導(dǎo)功能的無(wú)線智能停車場(chǎng).本文為泊車?yán)щy問(wèn)題提供了高效實(shí)用的解決方案，此系統(tǒng)性能穩(wěn)定，安裝簡(jiǎn)便，節(jié)約成本，大大節(jié)約人力資源.另外，本文的思路對(duì)Zigbee網(wǎng)絡(luò)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用均具有一定的參考價(jià)值.

［1］趙 亮.單線圈車輛檢測(cè)器的研究與開(kāi)發(fā)［D］.濟(jì)南:山東大學(xué)，2006.

［2］邱關(guān)源.電路［M］.北京:高等教育出版社，1999:210－211.

［3］黃沈磊.基于Zigbee的自組網(wǎng)無(wú)線路燈控制系統(tǒng)［D］.蘇州:蘇州大學(xué)，2010.