（湖南信息學(xué)院電子信息學(xué)院 湖南 長(zhǎng)沙 410151）

0.引言

近年來(lái)，人們生活水平的提高，使私家車數(shù)量呈現(xiàn)急劇增長(zhǎng)趨勢(shì)，這也使停車難的問(wèn)題正變得日益凸顯出來(lái)，同時(shí)，迫于城市交通壓力的不斷增大，停車位的日益緊缺，再加上我國(guó)城市土地資源的緊張，加快城市地下停車場(chǎng)的建設(shè)，也已成為城市規(guī)劃工作中的重要內(nèi)容。不過(guò)，為了使地下停車場(chǎng)能夠更好的為車輛停放服務(wù)，需要確保地下停車場(chǎng)中應(yīng)用一種智能化的服務(wù)管理系統(tǒng)，這樣才能使地下停車場(chǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的智能化管理，因此，在設(shè)計(jì)地下智能停車場(chǎng)時(shí)，需要通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建來(lái)提高地下停車場(chǎng)的服務(wù)水平。而Zigbee技術(shù)的出現(xiàn)，則無(wú)疑為地下智能停車場(chǎng)的服務(wù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了可靠的技術(shù)支撐，因此，探討Zigbee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在地下智能停車場(chǎng)中的相關(guān)應(yīng)用是十分必要的。

1.Zigbee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的英文簡(jiǎn)稱又被稱之為WSN，該網(wǎng)絡(luò)是通過(guò)在需要進(jìn)行監(jiān)測(cè)的區(qū)域中布置大量的微型傳感器，這些傳感器的成本較低，而且能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)區(qū)域中的各種信息進(jìn)行全面的采集，并利用無(wú)線通信的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)這些信息數(shù)據(jù)的傳輸、共享與操作?？梢哉f(shuō)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)具備多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)，其功能在于對(duì)感知進(jìn)行協(xié)作，并對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域中的所有感知對(duì)象的信息進(jìn)行采集與處理，然后將這些信息傳輸給監(jiān)測(cè)人員。通常來(lái)說(shuō)，通信距離越大，則相應(yīng)的系統(tǒng)復(fù)雜程度、成本及功耗也會(huì)相應(yīng)的增加，而無(wú)線信道在應(yīng)用過(guò)程中是具備明顯的易丟失性與多變性的，因此要想使該問(wèn)題得到有效解決，就必須要對(duì)節(jié)點(diǎn)能源進(jìn)行限制，這是因?yàn)樵诮邮侦`敏度處于固定值時(shí)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)射功率和其接收半徑的關(guān)系為P=R2-R5的，其中P代表發(fā)射功率，R代表接收半徑，由此可見(jiàn)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸時(shí)，勢(shì)必會(huì)使能耗大大增加，而系統(tǒng)的能量是有限的，則會(huì)使節(jié)點(diǎn)提前死亡，進(jìn)而大大影響了系統(tǒng)的使用壽命。而Zigbee技術(shù)的出現(xiàn)，則是根據(jù)IEEE802.15.4規(guī)范來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其在應(yīng)用過(guò)程中具備低功耗、高安全、低復(fù)雜度、高通信效率以及低成本、低速率的優(yōu)勢(shì)，該技術(shù)的應(yīng)用能夠使電池壽命大大延長(zhǎng)，其無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這使其能夠在監(jiān)測(cè)區(qū)域中布置大量的節(jié)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、傳輸與處理，因此非常適用于各種大型監(jiān)控場(chǎng)所，為此，以下便對(duì)地下智能停車場(chǎng)中的ZigBee網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建進(jìn)行探討。

2.基于Zigbee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在地下智能停車場(chǎng)中的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 總體方案

為了能夠?qū)囕v的停車狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，需要在地下停車場(chǎng)的各個(gè)泊位中設(shè)置相應(yīng)的超聲波傳感器，而這些超聲波傳感器則位于泊位下方，這樣當(dāng)車輛在進(jìn)入泊位時(shí)，超聲波傳感器便會(huì)感知到車輛進(jìn)入，并將車輛的相關(guān)信息發(fā)送到主協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)當(dāng)中，同時(shí)，如果車輛離開(kāi)泊位或發(fā)生其他狀況時(shí)，則監(jiān)測(cè)信息也會(huì)隨之發(fā)生變化，并由超聲波傳感器發(fā)送這些變化信息給主協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)。而超聲波傳感器便是Zigbee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的組成部分之一。此外，主協(xié)調(diào)協(xié)調(diào)在接收到各個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)所傳遞過(guò)來(lái)的信息時(shí)，會(huì)將這些信息進(jìn)行匯總后一并發(fā)送到PC上位機(jī)當(dāng)中，上位機(jī)中設(shè)置有專門的軟件來(lái)對(duì)這些信息進(jìn)行處理，并將其將換成能夠用于數(shù)字信號(hào)，然后通過(guò)顯示屏來(lái)對(duì)這些信息進(jìn)行顯示，同時(shí)，顯示屏還能對(duì)泊位的空余信息進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并引導(dǎo)車輛進(jìn)入到空余車位當(dāng)中。在基于Zigbee無(wú)線傳感器的地下智能停車場(chǎng)系統(tǒng)中，其控制裝置的核心為STC89C52RC單片機(jī)，其能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)區(qū)域中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制，并將這些節(jié)點(diǎn)信息利用LCD顯示屏進(jìn)行顯示。而監(jiān)測(cè)區(qū)域中各個(gè)節(jié)點(diǎn)所使用的超聲波傳感器型號(hào)為HC-SR04，并通過(guò)Zigbee技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)地下智能停車場(chǎng)中的無(wú)線通訊，其是以CC2530芯片來(lái)作為主要控制裝置的，并通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

在地下智能停車場(chǎng)中，其各個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)主要是通過(guò)CC2530單片機(jī)內(nèi)核來(lái)充當(dāng)控制裝置，而對(duì)于這些無(wú)線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，其主要包括HC-SR04超聲波傳感器、CC2530控制芯片及DS18B20數(shù)字溫度計(jì)三個(gè)部分，這些無(wú)線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)與ZigBee網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，以此實(shí)現(xiàn)車位信息的檢測(cè)，并通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)對(duì)這些監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)信息進(jìn)行匯總。并且通過(guò)相關(guān)控制設(shè)備來(lái)對(duì)車位信息進(jìn)行顯示，同時(shí)還能為車輛的泊位停車提供引導(dǎo)服務(wù)。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

在基于Zigbee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的地下智能停車場(chǎng)系統(tǒng)中，ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中包含有ZigBee協(xié)議棧，該協(xié)議棧的移植是利用的LAR EWARM來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在開(kāi)啟LAR EWARM以后，其會(huì)利用Fileopen-workspace指令來(lái)激活協(xié)議棧中的代碼源，待源代碼完成編譯后通過(guò)Debug and Download指令來(lái)實(shí)現(xiàn)CC2530芯片中協(xié)議棧的移植。然后為這些ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行供點(diǎn)，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)車位占用及空余等狀態(tài)信息的檢測(cè)與傳輸，同時(shí)利用控制主機(jī)中的讀取串口來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，從而使車位信息得以在LCD顯示屏中進(jìn)行顯示。

3.基于Zigbee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的地下智能停車場(chǎng)功能分析

在基于Zigbee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的地下智能停車場(chǎng)中，其共包括入口管理模塊、泊位管理模塊、出口管理模塊及管理中心模塊。并通過(guò)中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)來(lái)對(duì)地下智能停車場(chǎng)中的各類信息實(shí)現(xiàn)集中式處理。

3.1 入口管理

在入口管理模塊中，其主要包括發(fā)卡機(jī)、攝像頭、ZigBee路由器、電動(dòng)欄植、車位顯示屏及擋車欄桿六個(gè)部分，當(dāng)車輛在靠近地下停車場(chǎng)10m范圍以內(nèi)時(shí)，ZigBee路由器便能對(duì)車輛中的射頻卡片信號(hào)進(jìn)行感知，并獲得該車輛的MAC地址，然后通過(guò)協(xié)調(diào)器為該車輛分配相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)地址，同時(shí)，停車卡終端會(huì)根據(jù)該地址來(lái)實(shí)現(xiàn)和ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的相關(guān)設(shè)備實(shí)施通信，在中央處理計(jì)算機(jī)接收到車輛的MAC地址時(shí)，會(huì)對(duì)該地址進(jìn)行核實(shí)，然后通過(guò)顯示屏來(lái)對(duì)空閑車位進(jìn)行顯示，并通過(guò)攝像頭對(duì)車牌進(jìn)行拍攝，利用計(jì)算機(jī)中的識(shí)別軟件來(lái)對(duì)車牌進(jìn)行識(shí)別，并對(duì)車輛中的射頻卡片所記錄的停車時(shí)間進(jìn)行讀取與存儲(chǔ)，然后升起電動(dòng)欄桿放行。

3.2 泊位管理

車輛在進(jìn)入地下智能停車場(chǎng)時(shí)，可對(duì)車位進(jìn)行自行選擇，而在泊位管理模塊中，則主要包含泊位指標(biāo)裝置、顯示屏、無(wú)線傳感器、智能路標(biāo)及Zigbee路由器等，當(dāng)車輛選擇某一泊車位時(shí)，利用RSSI定位技術(shù)來(lái)對(duì)信號(hào)的強(qiáng)度進(jìn)行接收，然后將通過(guò)泊位中的cc2530芯片對(duì)信息進(jìn)行收集并反饋給中英控制計(jì)算機(jī)來(lái)對(duì)該車輛的位置信息進(jìn)行反饋。此外，地下智能停車場(chǎng)還能為車輛和空余泊車位進(jìn)行精確匹配，其主要是通過(guò)超聲波傳感器來(lái)對(duì)車輛進(jìn)行感應(yīng)的，同時(shí)通過(guò)停車卡中的cc2431芯片來(lái)對(duì)車輛的車牌、停車時(shí)間、停車卡編號(hào)等相關(guān)信息進(jìn)行記錄與保存，并修改顯示屏中的車位信息。當(dāng)車輛離開(kāi)該車位時(shí)，CC2530芯片會(huì)把車位空閑信息反饋給中央控制系統(tǒng)，由系統(tǒng)對(duì)車輛原停車卡中的連入信息進(jìn)行核對(duì)，如核對(duì)沒(méi)有連入，則會(huì)觸發(fā)防盜警戒功能，并放下欄桿阻止車輛離開(kāi)。

3.3 出口管理模塊

出口管理模塊共包括收費(fèi)管理窗口、攝像頭、電動(dòng)欄桿、Zigbee路由器、擋車裝置五個(gè)部分，當(dāng)車輛靠近出口時(shí)，Zigbee路由器會(huì)對(duì)停車卡進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，并通過(guò)攝像頭對(duì)車牌信息進(jìn)行拍攝，待識(shí)別結(jié)果和原記錄車牌相同時(shí)，中央控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)車輛的停車時(shí)間進(jìn)行費(fèi)率計(jì)算，并進(jìn)行收費(fèi)，然后利用網(wǎng)絡(luò)將信息發(fā)送到顯示屏當(dāng)中，在收費(fèi)人員收費(fèi)完畢后，則會(huì)提升電動(dòng)欄桿進(jìn)行放行。

3.4 管理中心

管理中心模塊的功能主要是對(duì)地下停車場(chǎng)的出入口位置實(shí)施監(jiān)控與管理，并掌握泊位的使用情況及安全狀態(tài)，該系統(tǒng)能夠?qū)囕v的相關(guān)信息進(jìn)行管理，并對(duì)收費(fèi)的費(fèi)率進(jìn)行設(shè)置，然后輸出相應(yīng)的財(cái)務(wù)報(bào)表，同時(shí)對(duì)車位進(jìn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)的管理，對(duì)顯示屏中的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)更新。當(dāng)泊車位全部處于占用狀態(tài)時(shí)，則會(huì)在顯示屏中提示當(dāng)前無(wú)空余車位，并停止客戶進(jìn)入地下停車場(chǎng)中進(jìn)行泊車。同時(shí)，管理中心模塊還能對(duì)車輛的停車情況實(shí)施匯總，以使停車場(chǎng)中的車位得到最大限度的利用，并借助于各個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)中分布的傳感器來(lái)確保消防安全，并對(duì)地下停車場(chǎng)中的排風(fēng)機(jī)、攝像頭等設(shè)備進(jìn)行控制與管理，從而有效確保停車場(chǎng)的車輛安全，在某些情況時(shí)，管理中心模塊還能向警方提供車位中的車輛具體信息及歷史停放信息。

4.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文通過(guò)對(duì)基于Zigbee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的地下智能停車場(chǎng)管理服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及功能進(jìn)行了分析，從而探討了Zigbee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在地下智能停車場(chǎng)管理工作中的相關(guān)應(yīng)用，可以說(shuō)，Zigbee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)，極大程度的保障了地下停車場(chǎng)對(duì)車輛停放及出入的有效管理，提高了地下停車場(chǎng)的智能化、自動(dòng)化程度，提高了地下停車場(chǎng)的服務(wù)質(zhì)量，并且有效緩解了城市停車難的問(wèn)題，這也使Zigbee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值得以真正體現(xiàn)出來(lái)。