華北科技學(xué)院電子與信息工程學(xué)院 郭 昉 段佳勇

物聯(lián)網(wǎng)智能停車場系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

華北科技學(xué)院電子與信息工程學(xué)院 郭 昉 段佳勇

設(shè)計了物聯(lián)網(wǎng)智能停車場系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由Internet網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、上位機、ZigBee 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、ZigBee 控制與采集節(jié)點四個部分組成，軟件部分包括PC 上位機軟件程序的設(shè)計和ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器和各功能節(jié)點的軟件設(shè)計。系統(tǒng)還設(shè)計了基于 ASP．NET技術(shù)的動態(tài)網(wǎng)頁，具備遠程控制和查詢功能。

物聯(lián)網(wǎng)；智能停車場；硬件設(shè)計；軟件實現(xiàn)

1.引言

近年來，物聯(lián)網(wǎng)成為全球關(guān)注的熱點領(lǐng)域，我國在制定“十二五”規(guī)劃時更是將物聯(lián)網(wǎng)納入“十二五”專題規(guī)劃。在國內(nèi)，物聯(lián)網(wǎng)主要應(yīng)用于智能家居系統(tǒng)的構(gòu)建，煤礦監(jiān)測系統(tǒng)的實現(xiàn)等[1-3]。在物聯(lián)網(wǎng)中，又以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用最為廣泛，而Zigbee技術(shù)則是無線傳感網(wǎng)絡(luò)的熱門技術(shù)。Zigbee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[4]。目前，zigbee技術(shù)成為了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信方式的首選。

與此同時，基于物聯(lián)網(wǎng)、無線傳感網(wǎng)和Zigbee技術(shù)的智能停車場的設(shè)計也較多[5-6]，但大多數(shù)停車場都著眼于實現(xiàn)智能停車入庫，車輛引導(dǎo)等功能，遠程操控及預(yù)定功能較少，本文設(shè)計的智能停車場系統(tǒng)以ZigBee通信技術(shù)為基礎(chǔ)，較好地實現(xiàn)遠程操控和了解停車位詳細情況等問題。給出了系統(tǒng)總體設(shè)計方案，詳細介紹了系統(tǒng)的軟件和硬件設(shè)計方法。

2.停車場系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

停車場系統(tǒng)的硬件部分主要由電腦上位機、協(xié)調(diào)器和節(jié)點電路板、無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和傳感器組成。電路的組成原理框圖如圖1所示。

圖1 停車場系統(tǒng)原理框圖

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

智能停車場系統(tǒng)的軟件部分包括網(wǎng)絡(luò)，電腦上位機，zigbee協(xié)調(diào)器和zigbee節(jié)點。

下面主要介紹終端節(jié)點探測停車位是否有車這個過程是如何實現(xiàn)的。

首先需要設(shè)置的是設(shè)備的IO口，將其設(shè)置到電平監(jiān)測狀態(tài)，這個過程可以通過配置單片機CC2530的I的SEL和DIR寄存器來實現(xiàn)。之后通過不斷地監(jiān)測由停車位上的紅外傳感器發(fā)來的數(shù)據(jù)電平來判斷是否有車。在紅外傳感器上，高電平表示紅外線未被遮擋即無車，低電平表示紅外線受阻即有車。若有車輛?？吭谕＼囄簧?，則該停車位的紅外線會被車所阻擋，因此紅外傳感器便會由高電平變成低電平。單片機通過捕獲 IO口電平的跳變來檢測停車位的占用信息。之后，通過調(diào)用 AF_DataRequest 函數(shù)來將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)發(fā)送給協(xié)調(diào)器。終端節(jié)點的主要功能介紹完畢。

在電腦上位機中，系統(tǒng)使用了兩個分別名為“節(jié)點信息數(shù)組”和“控制信息數(shù)組”來存儲由zigbee節(jié)點收集的停車位信息和用戶通過網(wǎng)絡(luò)下達的控制信息。電腦上位機軟件用上述兩個數(shù)組來處理信息將會變得非常容易。

軟件具體流程圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)軟件流程圖

3 智能停車場系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1 硬件連接

智能停車場綜合實訓(xùn)平臺的實物圖如圖3所示。

圖3 智能停車場綜合實訓(xùn)平臺實物圖

圖4 具體硬件連接圖的展示

硬件連接部分主要包含ZigBee節(jié)點，紅外線傳感器和繼電器之間的連接。ZigBee節(jié)點連接最主要的問題是共地電平和傳感器引腳的連接。具體連線如圖4（a）所示?？刂聘鱾€交流信號燈的繼電器連接方法如圖4（b）所示。我們給每個繼電器都做了標(biāo)號，方便學(xué)生實驗過程中出故障時及時查找。此外，采用面包板制作零線排、5V、12V 電源排，方便繼電器、傳感器、指示燈的連線。

圖5 車位狀態(tài)結(jié)果顯示

由于該停車場內(nèi)的信號指示燈是工作在 12 V電壓上的，因此對于所有的信號燈都采用單一的12 V直流穩(wěn)壓電源來供電。繼電器作為信號指示燈的開關(guān)，受到單片機I/O口的控制，當(dāng)單片機上與繼電器相連接的I/O引腳輸出高電平時，繼電器打開，信號指示燈和電源相連，正常工作；當(dāng)單片機上與繼電器相連接的 I/O引腳輸出低電平時，繼電器關(guān)斷，信號指示燈和電源斷開。

3.2 車位狀態(tài)調(diào)試

當(dāng)停車位沒有車并未被預(yù)定時，車位的綠燈亮，其余燈不亮。上位機相應(yīng)部分顯示綠色顏色塊表示車位空閑， 用戶可以將車停入。當(dāng)車位有車時，紅燈亮，其余燈不亮。上位機部分顯示紅色顏色塊。具體調(diào)試結(jié)果如圖5所示。

4.結(jié)束語

本文采用了無線傳輸ZigBee技術(shù)，綜合傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)庫、計算機網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，實現(xiàn)了基于物聯(lián)網(wǎng)的智能停車場系統(tǒng)。詳細介紹了系統(tǒng)的軟件和硬件具體實現(xiàn)方法。系統(tǒng)還設(shè)計了基于ASP.NET技術(shù)的動態(tài)網(wǎng)頁的設(shè)計，讓系統(tǒng)具備遠程控制和查詢功能。實踐證明系統(tǒng)工作穩(wěn)定、可靠，具有一定的實用價值。

[1]馬建云,袁斌斌,趙彬,郝尊瑞．基于zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的煤礦監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J]．測控技術(shù),2012,31(8):83-86．

[2]鐘科,陳向東．基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居服務(wù)網(wǎng)關(guān)的設(shè)計[J]．通信技術(shù),2012,45(248):65-67．

[3]胡向東,韓愷敏,許宏如．智能家居物聯(lián)網(wǎng)的安全性設(shè)計與驗證[J]．重慶郵電大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),26(2):171-176．

[4]葛廣英,葛菁,趙云龍．Zigbee原理、實踐及綜合應(yīng)用[M]．清華大學(xué)出版社,2015,8．

[5] 李宏俠,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧園區(qū)停車場系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D]．長安大學(xué)碩士學(xué)位論文,2013．

[6]王作成,擺玉龍,基于zigbee技術(shù)的智能車庫系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[J]．測控技術(shù),2013,32(1):69-71．

圖1 科普場館漫游

3．2．2 場館導(dǎo)航實現(xiàn)

系統(tǒng)中具有導(dǎo)航功能的方向指示箭頭、雷達、縮略圖和導(dǎo)航地圖等都是利用皮膚編輯器制作的。例如，利用Photoshop制作場館縮略圖，然后全景圖制作時在Pano2VR的皮膚編輯器中添加制作好的縮略圖，并在地圖中相應(yīng)的場景中添加按鈕，實現(xiàn)與單視點場景的關(guān)聯(lián)。

4.實例展示

采用本文討論的方式生成了某科普場館的全景漫游系統(tǒng)。依據(jù)場景導(dǎo)航，用戶可實現(xiàn)交互式漫游，控制顯示方向和變換場景，并對感興趣的場景實現(xiàn)放大觀察。某科普場館系統(tǒng)漫游展示效果如圖1所示。

5.結(jié)語

基于全景圖的科普場館漫游系統(tǒng)不僅制作方法簡單、實用性強，而且系統(tǒng)沉浸感、交互性強，極大地豐富了用戶體驗，寓學(xué)于樂，更易為人們所接受，是青少年科技教育的一個極好課堂。

參考文獻

[1] 張春龍．360°全景漫游在數(shù)字博物館虛擬展示設(shè)計中的應(yīng)用研究[D]．北京印刷學(xué)院,2012．

[2] 黃國政．基于Pano2VR的交互式校園全景漫游系統(tǒng)的研究[J]．軟件工程師,2015,18(1):17-18．

廊坊市科技支撐計劃項目（2016011015）“物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)演化模型研究與應(yīng)用”；廊坊市科技支撐計劃項目（2016011050）“自適應(yīng)無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)的研究及其在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的應(yīng)用”。