(1.四川文理學(xué)院 智能制造學(xué)院，達(dá)州 635000；2.四川文理學(xué)院 達(dá)州智能制造產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院)

引 言

隨著城市經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人民的生活水平得到了不斷提高，私家車也越來越多，對(duì)停車位的需求也越來越大。但是很多城市的中心城區(qū)修建較早，規(guī)劃不是很完善，加之停車場的擴(kuò)建較為緩慢，導(dǎo)致中心城區(qū)停車難的問題日益嚴(yán)重。

為解決停車難的問題，有很多學(xué)者對(duì)此做了大量的研究工作，從利用RFID[1-3]、CDMA[4]、ZigBee[5-6]并結(jié)合計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)來提高停車位的管理水平，到利用大數(shù)據(jù)[7]、云平臺(tái)[8]技術(shù)來提高停車位管理的智能化程度；從預(yù)訂停車位[9]方便車主停車，到共享停車位[10-12]都有效提高了停車位的利用率。

與此同時(shí)，管理系統(tǒng)的個(gè)性化和便捷性也得到了改善，從基于云平臺(tái)的停車位管理系統(tǒng)[8]，到基于手機(jī)的APP停車位管理系統(tǒng)[13]，這些都極大地提高了用戶的體驗(yàn)度。但是，這些系統(tǒng)使用時(shí)需要在手機(jī)上安裝一個(gè)APP軟件，這不僅要消耗有限的手機(jī)資源，同時(shí)，每次操作都需要打開APP客戶端，操作起來多有不便。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了一款基于微信平臺(tái)的停車位管理系統(tǒng)，因?yàn)槲⑿攀悄壳氨容^流行的社交軟件，用戶在聊天的同時(shí)，就可以進(jìn)行停車位共享信息的發(fā)布、預(yù)訂及繳費(fèi)等操作，從而在一定程度上方便了用戶的操作，也提高了軟件的個(gè)性化水平。

下面從系統(tǒng)方案的總體方案設(shè)計(jì)、關(guān)鍵硬件模塊設(shè)計(jì)、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)三個(gè)方面來闡述基于微信平臺(tái)的停車位管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1 總體方案設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的基于微信平臺(tái)的停車位管理系統(tǒng)主要包括：車位探測器、嵌入式網(wǎng)關(guān)、服務(wù)器系統(tǒng)、微信公眾平臺(tái)四個(gè)部分。車位探測器主要負(fù)責(zé)探測車位是否空閑，并根據(jù)車位空閑與否自動(dòng)控制車位鎖的開關(guān)狀態(tài)，然后將信息經(jīng)由ZigBee通信模塊轉(zhuǎn)發(fā)給嵌入式網(wǎng)關(guān)；嵌入式網(wǎng)關(guān)主要負(fù)責(zé)接收ZigBee通信模塊發(fā)送來的信息，并將其轉(zhuǎn)發(fā)給服務(wù)器；服務(wù)器系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)收費(fèi)管理、停車位信息管理、出入庫控制、監(jiān)控管理和安全運(yùn)行管理；微信公眾平臺(tái)主要負(fù)責(zé)微信用戶注冊(cè)、車位出租信息發(fā)布、車位預(yù)訂及繳費(fèi)等。系統(tǒng)整體方案圖如圖1所示。下面我們從關(guān)鍵硬件模塊和軟件系統(tǒng)兩個(gè)方面對(duì)基于微信公眾平臺(tái)的停車位管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程加以闡述。

圖1 系統(tǒng)總體方案圖

2 關(guān)鍵硬件模塊設(shè)計(jì)

綜合考慮停車位管理系統(tǒng)的建設(shè)成本、用戶使用的便捷性等方面的因素后，設(shè)計(jì)的停車位管理系統(tǒng)中關(guān)鍵硬件模塊由車位探測器、嵌入式網(wǎng)關(guān)兩部分組成。

2.1 車位探測器

車位探測器主要由無線通信模塊、超聲波數(shù)據(jù)采集模塊和電源模塊組成。無線通信模塊主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的無線傳輸；超聲波數(shù)據(jù)采集模塊主要負(fù)責(zé)采集車位是否空閑的信息；電源模塊主要負(fù)責(zé)給設(shè)備供電。下面主要介紹無線通信模塊和超聲波數(shù)據(jù)采集模塊。

2.1.1 無線通信模塊

現(xiàn)有可用于無線通信的模塊有很多種，如WiFi、藍(lán)牙、GSM、ZigBee等無線通信技術(shù)。由于ZigBee模塊具有自組織網(wǎng)絡(luò)的特性，網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)模塊出問題后，其他模塊可以自動(dòng)更新網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，繼續(xù)保持網(wǎng)絡(luò)的連通性，這樣既增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，成本又不高，所以選擇ZigBee模塊作為無線通信模塊。

考慮到停車位上的每一個(gè)ZigBee模塊除了要進(jìn)行采集信息之外，還要兼作路由器的功能進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，且模塊與模塊之間的通信距離不能太短，所以我們選擇CC2520這款射頻收發(fā)器，該芯片可以在2.4 GHz頻段、 -40～125 ℃下正常工作，并且提供了廣泛的硬件處理技術(shù)，如可以支持幀處理、數(shù)據(jù)緩沖、突發(fā)傳輸、數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)驗(yàn)證、信道評(píng)估、鏈路質(zhì)量指示和幀定時(shí)等功能，這可以有效降低主控制器的負(fù)荷。該通信模塊的電路圖如圖2所示。

圖2 無線通信模塊電路圖

2.1.2 超聲波數(shù)據(jù)采集模塊

車位探測器的一個(gè)主要功能是探測車位是否空閑，而功能的實(shí)現(xiàn)主要依靠數(shù)據(jù)采集模塊。目前可以采集車位信息的模塊較多，如紅外線探測模塊、超聲波測距模塊等?？紤]到超聲波傳感器在短距離測距時(shí)，受環(huán)境影響比較小，選擇了HC-SR05超聲波測距模塊作為停車位的數(shù)據(jù)采集模塊。

每一個(gè)超聲波模塊對(duì)應(yīng)著一個(gè)停車位。該模塊由CC2530控制，安裝在停車位底部中間位置，當(dāng)測距大于1 m的時(shí)候，標(biāo)記為空閑車位，當(dāng)測距小于1 m的時(shí)候，標(biāo)記車位被占用，這樣能夠記錄停車場內(nèi)車位實(shí)時(shí)變化情況。

HY-SRF05超聲波數(shù)據(jù)采集模塊的電路圖如圖3所示。

圖3 超聲波數(shù)據(jù)采集模塊電路圖

CC2530控制超聲波模塊采集數(shù)據(jù)的關(guān)鍵代碼代碼如下：

#ifdef WXL_COORD

if(RfRx.RXDATA.DataBuf[0] ==Y&& RfRx.RXDATA.DataBuf[1] ==D&& RfRx.RXDATA.DataBuf[2] ==W){

//接收到預(yù)定車位的信號(hào)

SendData(0xffff, RfTx.TxBuf, 32);

}

if(RfRx.RXDATA.DataBuf[0] ==M&& RfRx.RXDATA.DataBuf[1] ==D&& RfRx.RXDATA.DataBuf[2] ==W){

//未接收到預(yù)定車位的信號(hào)

SendData(0xffff, RfTx.TxBuf, 32);

}

#endif

2.2 嵌入式網(wǎng)關(guān)

嵌入式網(wǎng)關(guān)的主要功能是處理不同網(wǎng)絡(luò)之間信息傳輸?shù)膯栴}。由于車位探測器到嵌入式網(wǎng)關(guān)是ZigBee通信，而嵌入式網(wǎng)關(guān)到服務(wù)器采用的是TCP/IP通信，所以嵌入式網(wǎng)關(guān)不僅要具備較強(qiáng)的信息處理能力，而且還要能實(shí)現(xiàn)將數(shù)據(jù)從ZigBee協(xié)議到TCP/IP協(xié)議的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。所以，處理器芯片的好壞對(duì)嵌入式網(wǎng)關(guān)的性能起著決定性的作用。

為此，對(duì)多款芯片從成本、處理能力、通信能力和擴(kuò)展能力等方面進(jìn)行比較分析，最后選擇STM32F103芯片作為嵌入式網(wǎng)關(guān)的主處理器。由于該芯片的數(shù)據(jù)處理能力較強(qiáng)，通信擴(kuò)展接口豐富，且成本也比較適中。

根據(jù)嵌入式網(wǎng)關(guān)工作的需求，將STM32F102的USART1接口作為本體的數(shù)據(jù)傳輸接口，與CC2530模塊的數(shù)據(jù)傳輸接口相連接；將USART2連接到WiFi模塊的數(shù)據(jù)傳輸接口。這樣既可以實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換，又降低了編程的復(fù)雜度。

嵌入式網(wǎng)關(guān)通過數(shù)據(jù)處理模塊控制WiFi與ZigBee的通信，并處理在WiFi和ZigBee之間傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)，部分關(guān)鍵代碼如下：

if (USART_RX_STA2 & 0x8000){//串口2接收到的信號(hào)

......

if (USART_RX_BUF2[0] == 21){

if (USART_RX_BUF2[4] == 10){ //查詢

//查詢，車位為預(yù)定情況

for (t = 0; t< 42; t++){

USART_SendData(USART2, full[t]);

//向串口2 發(fā)送沒車位

while (USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_TC) != SET);

}

}

else if (USART_RX_BUF[0] ==M){

//查詢，車位為空閑時(shí)

for (t = 0; t < 42; t++){

USART_SendData(USART2, empty[t]);

//向串口2 發(fā)送有車位

while (USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_TC) != SET);

}

}

}

elseif (USART_RX_BUF2[4] == 11){

//串口2(wifi)接收到的信號(hào)是請(qǐng)求預(yù)定

......

for (t = 0; t < 42; t++){

USART_SendData(USART2, mode[t]);

//返回請(qǐng)求預(yù)定命令——請(qǐng)求成功

while (USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_TC) != SET);

}

while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) != SET);

for (t = 0; t < 32; t++){

USART_SendData(USART1, send[t]);

//向串口1發(fā)送數(shù)據(jù)

while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) != SET);

//等待發(fā)送結(jié)束

}

}

}

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于微信公眾平臺(tái)的停車位管理系統(tǒng)主要包括微信公眾平臺(tái)前端系統(tǒng)和后臺(tái)服務(wù)器管理系統(tǒng)兩個(gè)部分。

3.1 微信公眾平臺(tái)前端系統(tǒng)設(shè)計(jì)

微信公眾平臺(tái)前端系統(tǒng)主要通過公眾號(hào)消息會(huì)話和公眾號(hào)內(nèi)網(wǎng)頁來為用戶提供注冊(cè)、車位租賃、車位預(yù)訂、繳費(fèi)等功能的服務(wù)。本文根據(jù)微信公眾號(hào)處理停車位租賃業(yè)務(wù)的實(shí)際需求，將系統(tǒng)的角色分為三種:系統(tǒng)管理員、車位出租方、車位承租方。根據(jù)角色不同，系統(tǒng)的賬號(hào)分為管理員賬號(hào)和普通賬號(hào)，系統(tǒng)管理員是管理員賬號(hào)，車位出租方和車位承租方是普通賬號(hào)。每個(gè)微信帳號(hào)只能注冊(cè)一個(gè)普通賬號(hào)，每個(gè)普通賬號(hào)在系統(tǒng)中既可以是車位出租方的角色,也可以是車位承租方的角色，賬號(hào)的角色會(huì)根據(jù)用戶的操作自動(dòng)轉(zhuǎn)換，但每種角色只能在這種角色的權(quán)限范圍內(nèi)使用停車位系統(tǒng)提供的功能。用戶使用系統(tǒng)租賃車位的工作流程如圖4所示。

圖4 工作流程

綜合考慮目前流行的前端框架技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合系統(tǒng)的實(shí)際需求，本系統(tǒng)選擇React+Bootstrap的框架設(shè)計(jì)技術(shù)。這不僅因?yàn)?React 的設(shè)計(jì)思想極其獨(dú)特、性能出眾、代碼邏輯卻非常簡單，而且Bootstrap的css代碼模塊化、有較好層次感，便于理解與把握。另外，考慮到微信的js、css與許多前端庫的兼容性問題，所以在微信語音、圖片、拍照等部分功能使用了微信的JS SDK，因?yàn)樗粌H可以兼容非微信瀏覽器，也可以兼容低版本微信系統(tǒng)。

3.2 后臺(tái)服務(wù)器管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

后臺(tái)服務(wù)器管理系統(tǒng)軟件作為停車位管理系統(tǒng)的核心，主要負(fù)責(zé)收費(fèi)管理、停車管理、數(shù)據(jù)庫管理和后臺(tái)管理，因此，整個(gè)系統(tǒng)包括支付服務(wù)平臺(tái)、停車位管理軟件、數(shù)據(jù)庫和微信通信小程序4個(gè)部分，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 服務(wù)器軟件結(jié)構(gòu)

① 支付服務(wù)平臺(tái)負(fù)責(zé)系統(tǒng)收費(fèi)業(yè)務(wù)的管理，連接第三方支付服務(wù)器，生成訂單并向用戶顯示二維碼；用戶可以掃描二維碼完成訂單支付。

② 數(shù)據(jù)庫負(fù)責(zé)保存支付服務(wù)和停車服務(wù)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息。

③ 微信通信小程序負(fù)責(zé)微信服務(wù)器與停車位管理服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸。

④ 停車位管理軟件連接智能車位鎖、支付服務(wù)網(wǎng)站和數(shù)據(jù)庫，并負(fù)責(zé)處理停車服務(wù)的相關(guān)業(yè)務(wù)，如負(fù)責(zé)收費(fèi)管理、車位管理、出入庫控制、監(jiān)控管理和安全運(yùn)行管理等業(yè)務(wù)。系統(tǒng)工作流程如圖6所示。

4 系統(tǒng)測試

連接已設(shè)計(jì)完成的硬件與軟件模塊，搭建完整的系統(tǒng)平臺(tái)，形成系統(tǒng)雛形，以便于下一步系統(tǒng)的測試。系統(tǒng)測試流程如下：

① 硬件模塊測試。首先測試各硬件模塊加電后的運(yùn)行情況，然后將各硬件模塊按照系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行連接測試。

② 服務(wù)器系統(tǒng)測試。對(duì)停車位管理系統(tǒng)軟件進(jìn)行測試，包括管理軟件對(duì)數(shù)據(jù)庫的通信測試、管理軟件與網(wǎng)關(guān)和智能車位鎖的連通與控制測試、支付平臺(tái)的繳費(fèi)測試等。

③ 微信公眾賬號(hào)的功能測試。主要包括微信公眾賬號(hào)消息會(huì)話功能測試、公眾號(hào)內(nèi)網(wǎng)頁訪問功能測試、微信公眾號(hào)與服務(wù)器通信測試、微信支付功能測試、微信發(fā)布、預(yù)定車位信息功能測試等。部分測試界面展示如圖7所示。

圖6 停車場管理系統(tǒng)工作流程圖

圖7(a)是用戶關(guān)注微信公眾號(hào)后的主界面，車位出租方可以點(diǎn)擊出租車位按鈕，進(jìn)行車位出租的相關(guān)設(shè)置并發(fā)布出租信息，操作界面如圖7(b)和圖7(c)所示；車位承租方可以點(diǎn)擊租用車位按鈕，查詢空閑車位或預(yù)訂停車位，操作界面如圖7(d)所示。

圖7 功能展示圖

經(jīng)過以上流程的測試，系統(tǒng)中存在的問題基本得到解決，預(yù)期的各項(xiàng)功能基本得以實(shí)現(xiàn)；軟件的便捷性得以提高，用戶可以邊聊天邊發(fā)布車位租賃信息；個(gè)性化水平也得到極大改善，用戶可以根據(jù)自己的需要來設(shè)置租賃時(shí)間。

結(jié) 語

本文圍繞城市中心城區(qū)停車難的問題，通過對(duì)當(dāng)前私有停車位利用率不高的現(xiàn)狀及現(xiàn)有方案的分析，結(jié)合現(xiàn)有的技術(shù)條件，提出一種基于微信公眾平臺(tái)的停車位管理系統(tǒng)，以此來提高停車位的管理水平，方便私有停車位的租賃，極大地提高了有限停車位資源的利用效率。

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