錢承山 蔣奇峰 茅韻怡 馬闖 李雪晴

摘 要：針對傳統(tǒng)停車場帶來的停車效率低，停車場管理不便等問題，利用物聯(lián)網(wǎng)相關技術，將軟件、硬件相結合，設計了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智能停車場管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)將用以CC2530芯片為核心的ZigBee模塊實現(xiàn)定位功能，采用RFID-RC522模塊實現(xiàn)車輛進入停車場的初始計時，而采用US-100超聲波測距模塊、單片機STC89C54RD+芯片和終端檢測節(jié)點構成空車位檢測系統(tǒng)。在手持終端和上位機軟件的設計上，選取Visual Studio 2013和Qt作為開發(fā)平臺，并使用C#作為開發(fā)語言，系統(tǒng)上位機和下位機通過串口進行數(shù)據(jù)交流。實際應用證明，該系統(tǒng)使用方便，軟硬件系統(tǒng)穩(wěn)定，效果良好。

關鍵詞：ZigBee；RFID；超聲波；停車場

中圖分類號：TN409 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）07-00-02

0 引 言

由于居民生活水平的提高以及汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，城市車輛的數(shù)量大幅度增長，因而產(chǎn)生了停車難，交通擁堵等問題。其中，停車位不足以及不能高效利用更是加重了停車難、違章亂停等現(xiàn)象。傳統(tǒng)的停車場已經(jīng)不能適應城市的現(xiàn)狀[1]。在國內(nèi)，為解決傳統(tǒng)停車場帶來的諸多問題，部分停車場已采用新型停車場設備，在一定程度上緩解了傳統(tǒng)停車場帶來的停車壓力，但仍未從根本上解決停車問題[2]。與此同時，國外的智能停車場設備也開始在較多的停車場中投入使用[3]。功能完善的智能化停車場設備能夠緩解城市現(xiàn)有的交通壓力，改善停車環(huán)境，給車主提供便捷快速的停車服務。

1 系統(tǒng)總體設計概述

本文提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智能停車場系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用的技術方案包括ZigBee組網(wǎng)技術及定位技術，單片機技術，超聲波傳感器技術，RFID技術，Linux系統(tǒng)軟件開發(fā)技術，VS平臺軟件開發(fā)技術，Qt平臺軟件開發(fā)技術。該智能停車場系統(tǒng)具有上位機綜合管理，空車位檢測，車輛定位等功能?？傮w結構框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)詳細設計

2.1 協(xié)調(diào)器和節(jié)點的硬件設計

本系統(tǒng)在協(xié)調(diào)器和節(jié)點的設計上均采用TI公司生產(chǎn)的以CC2530為核心芯片的ZigBee模塊，CC2530芯片的片上系統(tǒng)集成度高。它的高性能處理能力足以滿足以ZigBee為基礎的相關應用。CC2530 是用于2.4 GHz、ZigBee 和RF4CE 應用的一個真正的片上系統(tǒng)（SoC）解決方案[4]。它的材料成本低，能建立強大的網(wǎng)絡。CC2530結合了RF 收發(fā)器的優(yōu)良性能，具有業(yè)界標準的增強型8051 CPU，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存，8 KB RAM和許多其它強大的功能。CC2530 具有不同的運行模式，使得它尤其適應超低功耗要求的系統(tǒng)，運行模式之間的轉(zhuǎn)換時間短，進一步確保了低能源消耗[5]。

2.2 協(xié)調(diào)器的程序設計

協(xié)調(diào)器是ZigBee網(wǎng)絡的重要組成部分，硬件上采用CC2530模塊，軟件上，在ZStack-1.4.2-1.1.0協(xié)議棧的基礎上，在IAR7.30B開發(fā)環(huán)境下進行軟件開發(fā)。協(xié)調(diào)器在整個系統(tǒng)中起到數(shù)據(jù)傳輸中介的作用，是上位機、各個硬件模塊、下位機進行數(shù)據(jù)連接的橋梁[6]。在協(xié)調(diào)器的設計過程中，首先對其硬件、時鐘、協(xié)議棧、串口等進行初始化，然后開始組建網(wǎng)絡。在網(wǎng)絡組建成功后，協(xié)調(diào)器和PC機控制端通過RS 232進行串口連接[7]。在整個系統(tǒng)中，協(xié)調(diào)器將上位機發(fā)送的信息指令送達各終端節(jié)點，接收各終端的信息并發(fā)送到上位機，從而實現(xiàn)上位機和各終端的實時通信。協(xié)調(diào)器程序設計流程圖如圖2所示。

2.3 節(jié)點的程序設計

2.3.1 參考節(jié)點的程序設計

本系統(tǒng)采用CC2530模塊作為參考節(jié)點，主要用來實現(xiàn)車輛定位功能，由于系統(tǒng)在定位算法上使用RSSI算法，參考節(jié)點的主要作用是把待檢測節(jié)點的RSSI值提取出來發(fā)送到終端[8]。參考節(jié)點是靜止的，由人工放置，參考節(jié)點的數(shù)量根據(jù)需求而定，本系統(tǒng)設置4個參考節(jié)點。在具體的應用過程中，首先需要在上位機上設置參考節(jié)點的位置和相應的ID，然后再進行數(shù)據(jù)處理。參考節(jié)點程序設計流程圖如圖3所示。

2.3.2 待測未知節(jié)點的設計

待測未知節(jié)點在實際應用中即指每一個進入停車場的車輛，在本系統(tǒng)中供車主使用的手持終端由未知節(jié)點和基于Linux系統(tǒng)的軟件服務終端組成[9]，未知節(jié)點采用CC2530模塊，設計流程圖如圖4所示。未知節(jié)點可以主動發(fā)出定位請求也可以通過上位機命令被動定位，本系統(tǒng)采用的技術方案為上位機通過協(xié)調(diào)器下達的命令來發(fā)送接收RSSI信號，并經(jīng)過數(shù)據(jù)處理將未知節(jié)點的位置信息顯示在軟件服務終端上，從而車主可以獲取自己在停車場內(nèi)的位置信息[10]。

2.4 RFID射頻計時模塊設計

本系統(tǒng)采用RFID-RC522模塊作為該部分核心模塊，該模塊具有觸發(fā)車輛停車計時開始與結束的功能，車主在進入或駛出停車場時，使用相應的RFID標簽在讀卡器上刷卡，讀卡器將相關信息實時傳送給上位機車輛管理軟件，快速統(tǒng)計出車輛的停車時間[11]。RFID射頻計時模塊通信流程圖如圖5所示。

2.5 超聲波車位檢測模塊設計

本系統(tǒng)的超聲波車位檢測模塊的最小系統(tǒng)由超聲波檢測模塊US-100，單片機STC89C54RD+芯片和終端檢測節(jié)點組成，US-100超聲波測距模塊可實現(xiàn)2 m～4.5 m的非接觸測距功能，滿足停車場空車位檢測的精度需求，同時該模塊具有多種通信方式，內(nèi)帶看門狗，工作穩(wěn)定可靠[12]。US-100超聲波測距模塊的測距信息經(jīng)STC89C54RD+芯片處理后通過終端檢測節(jié)點和協(xié)調(diào)器將信息上傳至上位機，上位機接收信息后在軟件相應部分顯示空車位信息。超聲波車位檢測模塊流程圖如圖6所示。

2.6 手持終端軟件和上位機管理軟件的設計

2.6.1 手持終端軟件的設計

手持終端軟件開發(fā)是以Linux為系統(tǒng)環(huán)境，界面和功能開發(fā)均在跨平臺開發(fā)工具Qt上完成[13]。手持終端的主要功能是方便車主實時獲取自己在停車場內(nèi)的位置信息，從而能夠快速找到停車位，提高停車效率。

2.6.2 上位機管理軟件的設計

本系統(tǒng)上位機的主要功能是設置系統(tǒng)參考節(jié)點，監(jiān)視停車場車位信息及車輛位置并實現(xiàn)對停車場內(nèi)車輛的綜合管理。在開發(fā)工具上選用Visual Studio 2013，基于.NET Framework 4.5.2 。上位機和協(xié)調(diào)器之間采用串口通信。

3 結 語

本文提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智能停車場系統(tǒng)的設計方案。該系統(tǒng)結合了多種與物聯(lián)網(wǎng)相關的技術，本文以該系統(tǒng)所處的社會背景為基礎，分別從整體設計和詳細設計方面對該系統(tǒng)進行介紹分析。該系統(tǒng)的主要功能模塊為協(xié)調(diào)器和節(jié)點、超聲波空車位檢測模塊、RFID射頻計時模塊、手持終端和上位機管理軟件，所實現(xiàn)的功能包括空車位檢測、車輛停車時間記錄、停車場綜合管理等。本系統(tǒng)在實際應用中能夠為車主在停車場內(nèi)停車提供便利，為停車場管理提供有效的管理措施，這在一定程度上緩解了城市的交通壓力。

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