摘 要： 傳統(tǒng)智能停車(chē)場(chǎng)的管理系統(tǒng)存在一些不足，為了將其自動(dòng)化和智能化的程度提高，提出了一種基于ZigBee組網(wǎng)技術(shù)的管理系統(tǒng)。傳感器模塊電路采用CC2530，具有功耗低、靈敏度高的特點(diǎn)，滿(mǎn)足無(wú)線收發(fā)信息和檢測(cè)的功能。該系統(tǒng)通過(guò)后臺(tái)的管理系統(tǒng)，可以及時(shí)管理停車(chē)場(chǎng)的車(chē)位狀態(tài)，圖像處理能夠采集車(chē)牌的有效信息，指示燈控制電路引導(dǎo)車(chē)輛，實(shí)現(xiàn)停車(chē)場(chǎng)智能管理的目的。

關(guān)鍵字： ZigBee組網(wǎng)； 傳感器； 智能化； 圖像采集

中圖分類(lèi)號(hào)： TN919?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2015）07?0124?03

0 引 言

伴隨著汽車(chē)工業(yè)的不斷發(fā)展，汽車(chē)數(shù)量越來(lái)越多。車(chē)輛變多就需要更多的停車(chē)場(chǎng)，也需要更多的車(chē)位，現(xiàn)有的傳統(tǒng)停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)[1]無(wú)法迎合車(chē)輛日益擴(kuò)大規(guī)模的需要?，F(xiàn)將當(dāng)下停車(chē)場(chǎng)存在的一些缺陷具體列舉如下：第一，汽車(chē)在進(jìn)停車(chē)場(chǎng)的時(shí)候需要停車(chē)進(jìn)行刷卡，一旦停車(chē)數(shù)量過(guò)多停車(chē)場(chǎng)入口就會(huì)擁堵；第二，汽車(chē)進(jìn)入停車(chē)場(chǎng)后，人們無(wú)法又快又準(zhǔn)確地找到可停的車(chē)位，時(shí)間浪費(fèi)掉了，停車(chē)場(chǎng)的運(yùn)行效率就大大降低；第三，在停車(chē)場(chǎng)里面，汽車(chē)數(shù)量多導(dǎo)致管理起來(lái)較麻煩，車(chē)子的安全也存在隱患；第四，出停車(chē)場(chǎng)時(shí)收費(fèi)是人為的，這樣誤差很難避免。針對(duì)傳統(tǒng)停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)存在的這些不足，本文提出了一種基于ZigBee的管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)通過(guò)ZigBee無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)[2]與最優(yōu)算法數(shù)據(jù)處理[3]可使停車(chē)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)智能化、高效化。通過(guò)傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)分配出最優(yōu)車(chē)位，使每輛車(chē)都能高效停車(chē)，智能繳費(fèi)，確保停車(chē)場(chǎng)能夠進(jìn)行高效有序的管理。

1 系統(tǒng)的整體硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的硬件主要有CC2530無(wú)線射頻收發(fā)模塊[4]、射頻天線、LED指示燈控制電路等。

硬件系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 硬件系統(tǒng)框圖

1.1 CC2520無(wú)線射頻模塊

考慮數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，在此選用射頻收發(fā)器模塊CC2520在ZigBee系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。CC2520收發(fā)電路包含射頻前端CC2591，射頻前端中有RF收發(fā)器、片上系統(tǒng)SoC，兩者包含了提供較高輸出功率的功率放大器，用于改善接收機(jī)靈敏度的低噪聲放大器。電路圖如圖2所示。

1.2 射頻天線設(shè)計(jì)

天線有增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度，強(qiáng)化射頻模塊收發(fā)能力的作用，它能延長(zhǎng)ZigBee之間的通信距離，提高通信效率。比較幾種常用的 ZigBee天線類(lèi)型[5?6]，印制倒F型天線經(jīng)過(guò)外部調(diào)整可在ZigBee的工作頻率2.4 GHz諧振，達(dá)到本智能停車(chē)系統(tǒng)的需要。整體設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 天線與各硬件的整體設(shè)計(jì)圖

1.3 指示燈控制電路

本項(xiàng)目使用紅外傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)車(chē)位的空余與否，并且管理空余車(chē)位，以便隨時(shí)更新空余節(jié)點(diǎn)，為上位機(jī)處理數(shù)據(jù)信息，確保A*算法提供準(zhǔn)確車(chē)位誘導(dǎo)信息。由LED組所構(gòu)成的地標(biāo)系統(tǒng)，也是實(shí)現(xiàn)車(chē)位誘導(dǎo)極為重要的部分。利用指示燈控制電路連接ZigBee，由上位機(jī)中的最佳路徑計(jì)算出最佳車(chē)位，并無(wú)線控制地標(biāo)系統(tǒng)，將A*算法[7]的計(jì)算結(jié)果可視化。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件包括：車(chē)牌識(shí)別、車(chē)輛信息處理、節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)、上位機(jī)設(shè)計(jì)、收費(fèi)系統(tǒng)、最佳路徑算法等6個(gè)部分。

2.1 車(chē)牌識(shí)別

車(chē)牌識(shí)別[8]是通過(guò)對(duì)車(chē)牌圖像的采集，車(chē)牌區(qū)域定位，字符分割及字符識(shí)別，識(shí)別后存入數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)牌的數(shù)字化。處理前后如圖4所示。

圖4 車(chē)牌識(shí)別結(jié)果

2.2 車(chē)輛信息處理

信息處理分為信息采集和信息分析與處理。信息采集分為車(chē)牌采集與IC射頻卡采集，用戶(hù)分為固定用戶(hù)與臨時(shí)用戶(hù)。停車(chē)場(chǎng)會(huì)為固定用戶(hù)發(fā)配IC射頻卡，卡內(nèi)包含用戶(hù)信息。系統(tǒng)的信息收集與處理將收集來(lái)的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)使用SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)，庫(kù)內(nèi)創(chuàng)建三個(gè)數(shù)據(jù)表包括臨時(shí)表、用戶(hù)表、歷史表。數(shù)據(jù)庫(kù)起到永久保存用戶(hù)停車(chē)信息與查詢(xún)用戶(hù)信息的作用。只有管理員才可以修改或刪除用戶(hù)信息。SQL Server固定用戶(hù)數(shù)據(jù)表如表1所示；臨時(shí)用戶(hù)數(shù)據(jù)表如表2所示。

表1 固定用戶(hù)數(shù)據(jù)表

2.3 節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)

本系統(tǒng)的軟件包括Coordinator建立網(wǎng)絡(luò)、子節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)和上位機(jī)三部分[9?10]。

表2 臨時(shí)用戶(hù)數(shù)據(jù)表

[列名＼數(shù)據(jù)類(lèi)型＼允許1值＼用戶(hù)車(chē)牌＼Varchar（50）＼□＼入場(chǎng)時(shí)間＼Time（7）＼□＼出場(chǎng)時(shí)間＼Time（7）＼□＼應(yīng)繳費(fèi)用＼Money＼□＼]

協(xié)調(diào)器在進(jìn)行建立網(wǎng)絡(luò)時(shí)，首先會(huì)對(duì)信道進(jìn)行能量掃描，選擇其中能量最弱的信道成為該網(wǎng)絡(luò)的邏輯信道（信道的能量越小，則在該信道中能建立的PAN網(wǎng)絡(luò)也就越少），然后再選擇短地址的信息、PAN網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)的ID，對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)置初始化，PAN網(wǎng)絡(luò)也就正式建立，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器進(jìn)入睡眠狀態(tài)來(lái)等待其他節(jié)點(diǎn)加入。Coordinator建立網(wǎng)絡(luò)流程框圖如圖5所示。

ZigBee路由器主要用作中繼器使遠(yuǎn)程設(shè)備之間能夠相互進(jìn)行通信，它的主要作用是發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、加入網(wǎng)絡(luò)、離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)、分配子設(shè)備的相關(guān)地址、鄰居列表等。在此，終端End Device直接與ZigBee路由器通信，采集數(shù)據(jù)最后的節(jié)點(diǎn)。子節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)建立時(shí)，先對(duì)信道進(jìn)行掃描，從而在某邏輯信道上發(fā)現(xiàn)存在的協(xié)調(diào)器。然后子節(jié)點(diǎn)發(fā)出請(qǐng)求幀，協(xié)調(diào)器根據(jù)實(shí)時(shí)情況來(lái)決定是否允許其加入，如果允許加入，則協(xié)調(diào)器會(huì)給子節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)16位的網(wǎng)絡(luò)地址。至此，網(wǎng)絡(luò)就成功形成。子節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)流程框圖如圖6所示。具體數(shù)據(jù)傳輸格式見(jiàn)表3和表4。

圖5 Coordinator建立網(wǎng)絡(luò)流程框圖

圖6 子節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)流程框圖

2.4 智能停車(chē)場(chǎng)軟件設(shè)計(jì)

用戶(hù)出入口管理軟件實(shí)現(xiàn)智能停車(chē)場(chǎng)的車(chē)輛自動(dòng)收費(fèi)和收集用戶(hù)信息的功能。臨時(shí)用戶(hù)進(jìn)入停車(chē)場(chǎng)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)記錄用戶(hù)車(chē)牌信息，并為用戶(hù)發(fā)放單據(jù)記錄入場(chǎng)時(shí)間及費(fèi)用明細(xì)，顯示屏顯示分配的車(chē)位，出場(chǎng)繳費(fèi)時(shí)，系統(tǒng)再次打印單據(jù)記錄出場(chǎng)時(shí)間及相關(guān)費(fèi)用。固定用戶(hù)持有停車(chē)場(chǎng)發(fā)放的IC射頻卡，記錄用戶(hù)相關(guān)信息。當(dāng)用戶(hù)入場(chǎng)時(shí)，在入口刷卡，系統(tǒng)記錄信息，在顯示器顯示用戶(hù)頭像、車(chē)牌號(hào)碼、用戶(hù)姓名、卡內(nèi)余額等信息供用戶(hù)參考，出場(chǎng)刷卡繳費(fèi)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)提示用戶(hù)停車(chē)的相關(guān)信息，出入口停車(chē)系統(tǒng)界面如圖7所示。

管理員軟件實(shí)現(xiàn)智能停車(chē)場(chǎng)整體管理的功能，實(shí)現(xiàn)智能化。通過(guò)出入口系統(tǒng)對(duì)用戶(hù)信息的收集，管理員可以在軟件中調(diào)出全部用戶(hù)信息，查詢(xún)個(gè)別用戶(hù)信息，新增及刪除用戶(hù)。在軟件的界面上還會(huì)顯示停車(chē)場(chǎng)的相關(guān)信息便于管理員管理。管理員軟件界面如圖8所示。

圖7 出入口管理系統(tǒng)界面

圖8 管理員操作界面

3 結(jié) 論

用戶(hù)進(jìn)入停車(chē)場(chǎng)時(shí)，臨時(shí)用戶(hù)車(chē)牌在采集并識(shí)別后存入數(shù)據(jù)庫(kù)，固定用戶(hù)采用IC卡讀卡存入數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)記錄時(shí)間，上位機(jī)采用最優(yōu)算法自動(dòng)分配最合適的車(chē)位，LED燈指示所分車(chē)位。出場(chǎng)時(shí)，臨時(shí)用戶(hù)用網(wǎng)銀或現(xiàn)金支付、固定用戶(hù)刷卡繳費(fèi)。經(jīng)檢測(cè)，本系統(tǒng)可以完成對(duì)停泊車(chē)輛的信息收集、車(chē)位分配、車(chē)位指示、讀卡繳費(fèi)的功能，實(shí)現(xiàn)了停車(chē)場(chǎng)的智能化。

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