吳芷純　謝琳　潘耀豪

摘? 要：如今，人們?cè)絹?lái)越追求更為便捷與人性化的人居生活。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、圖像識(shí)別技術(shù)以及受眾廣泛的網(wǎng)頁(yè)，設(shè)計(jì)出一套適宜現(xiàn)代小區(qū)需求的智能車庫(kù)管理系統(tǒng)。智能車庫(kù)包括可識(shí)別空車位并提供停車導(dǎo)航以及火警警報(bào)。該設(shè)計(jì)中添置了兩個(gè)目前所知的智能小區(qū)沒(méi)有的功能，在智能車庫(kù)系統(tǒng)中使用了基于ZigBee神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的車牌識(shí)別系統(tǒng)，同時(shí)，車庫(kù)內(nèi)搭載室內(nèi)燈光導(dǎo)航系統(tǒng)，以保證能快速找到車位。

關(guān)鍵詞：智能;車牌識(shí)別;ZigBee

中圖分類號(hào)：TP391.4;TP274? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2020）05-0168-03

Application of Intelligent Garage System Based on License Plate

Recognition and ZigBee Wireless Sensing

WU Zhichun，XIE Lin，PAN Yaohao

（Guangzhou College of Commerce，Guangzhou? 511363，China）

Abstract：Nowadays，people are increasingly pursuing more convenient and humanized living. The team used the internet of things technology，image recognition technology，and a wide range of web pages to design a smart garage management system suitable for the needs of modern communities. Smart garages include identifying empty parking spaces and providing parking navigation，as well as fire alarms. In this design，we added two functions that are not known to the smart community. The team uses a ZigBee neural network-based license plate recognition system in the intelligent garage system. At the same time，the garage is equipped with an indoor lighting navigation system to ensure that parking spaces can be found quickly.

Keywords：intelligence;license plate recognition;ZigBee

0? 引? 言

如今，筑物智能化系統(tǒng)的技術(shù)日臻成熟，電腦、有線電視、機(jī)頂盒、移動(dòng)通信等數(shù)字化通信已經(jīng)走進(jìn)許多家庭。正是由于技術(shù)與市場(chǎng)雙方面的進(jìn)步與發(fā)展才使得我國(guó)的智能化小區(qū)成為必然的趨勢(shì)。在對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)的檢索中，筆者閱覽了我國(guó)建設(shè)部發(fā)行的《全國(guó)住宅小區(qū)智能化技術(shù)示范工程建設(shè)工作大綱》，其為智能化小區(qū)的建設(shè)提供了可靠依據(jù)。

通過(guò)團(tuán)隊(duì)成員對(duì)廣州市各中高級(jí)住宅區(qū)的調(diào)研顯示，目前傳統(tǒng)型小區(qū)存在許多的弊端，如效率低下、人工成本高、安全隱患嚴(yán)重、信息缺失等缺點(diǎn)。而根據(jù)我們的查找，發(fā)現(xiàn)目前我國(guó)雖然已經(jīng)有了不少成功的智能化社區(qū)實(shí)例，但普及率、科學(xué)性仍然有待提高。

綜上，在隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高，人們的生活水平和消費(fèi)水平日益提高的背景下，我們認(rèn)為智能小區(qū)的建設(shè)具有極大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，特別是智能化停車管理方面，擁有極大的市場(chǎng)需求潛能。

1? 技術(shù)分析

根據(jù)預(yù)計(jì)需求，我們把智能車庫(kù)分為三個(gè)部分，在智能車庫(kù)方面，搭載的功能有：車牌識(shí)別、預(yù)約停車、車庫(kù)門控制、室內(nèi)燈光導(dǎo)航系統(tǒng)等功能，并使用了樹(shù)莓派、NodeMCU（ESP8266）、ZigBee（CC2530）等硬件。

在監(jiān)控場(chǎng)景下的車牌自動(dòng)檢測(cè)識(shí)別技術(shù)是智能交通系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，采集到的車牌圖像既有清晰的高質(zhì)量圖像，也有模糊的低質(zhì)量圖像，因此對(duì)于不同質(zhì)量的車牌圖像，都需要設(shè)計(jì)出能夠正確提取車牌信息的檢測(cè)算法。本系統(tǒng)匯總采用的車牌識(shí)別算法，是通過(guò)構(gòu)建的全卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自上而下逐層提取車牌不同“粒度”特征，再自下而上進(jìn)行上采樣融合每層的特征，然后根據(jù)融合的特征產(chǎn)生基于不同置信度的候選框，并根據(jù)不同置信度分配不同權(quán)重值給對(duì)應(yīng)的候選框，最后合并得到在監(jiān)控場(chǎng)景中定位率較高的新能源車牌檢測(cè)模型[1]。

2? 需求設(shè)計(jì)

系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)實(shí)體俯瞰圖如圖1所示，其左右兩側(cè)為車位，白色燈為車位指引燈，指示當(dāng)前車位是否有車。圖2為車牌識(shí)別現(xiàn)場(chǎng)，當(dāng)正確識(shí)別后，智能小區(qū)的門禁系統(tǒng)會(huì)通過(guò)HTTP協(xié)議向云平臺(tái)獲取相應(yīng)的信息，是否打開(kāi)車門，如果是有預(yù)約的車牌或者是本地住戶車牌就會(huì)使用左側(cè)的舵機(jī)進(jìn)行開(kāi)門操作，等到小車觸碰到門后的光電感應(yīng)開(kāi)關(guān)就把門關(guān)上。

2.1? 詳細(xì)設(shè)計(jì)——硬件部分

2.1.1? 車輛入庫(kù)流程

當(dāng)有車輛靠近車庫(kù)門，觸發(fā)車庫(kù)外的傳感器后，開(kāi)始車輛入庫(kù)流程，首先樹(shù)莓派接收到傳感器的信號(hào)會(huì)開(kāi)啟攝像頭，并開(kāi)啟基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的車牌識(shí)別系統(tǒng)，進(jìn)行車牌識(shí)別，當(dāng)識(shí)別到車輛時(shí)，會(huì)將該車輛的車牌號(hào)與行為上傳到后端服務(wù)器，后端服務(wù)器會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)的信息，判斷該車是否有權(quán)限進(jìn)行停車，并將該權(quán)限信息返回給樹(shù)莓派，樹(shù)莓派再根據(jù)后端服務(wù)器返回的授權(quán)信息，若無(wú)權(quán)限則播放提示音樂(lè)并結(jié)束流程，若有權(quán)限則開(kāi)啟車庫(kù)門并在顯示屏中顯示相應(yīng)信息，等待車輛進(jìn)入后關(guān)閉車庫(kù)門，判斷車輛是否進(jìn)入車庫(kù)以及進(jìn)入完成的依據(jù)是通過(guò)車門后的傳感器。

2.1.2? 室內(nèi)燈光導(dǎo)航系統(tǒng)與車位反饋流程

ZigBee是智能車庫(kù)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。智能車庫(kù)系統(tǒng)主要包括信息識(shí)別、智能控制等方面，由這些傳感器收集車輛及環(huán)境信息，并將大量的信息轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦行腫2]。當(dāng)車庫(kù)內(nèi)有某一輛車的狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)（入庫(kù)或出庫(kù)），會(huì)觸發(fā)車位上的傳感器，并反饋給車位所在的ZigBee節(jié)點(diǎn)設(shè)備，節(jié)點(diǎn)設(shè)備接收到反饋信息后，會(huì)向ZigBee節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)廣播發(fā)送車輛的狀態(tài)，其他ZigBee接收到消息后會(huì)進(jìn)行燈光信息的調(diào)整，而當(dāng)ZigBee協(xié)調(diào)器接收到消息后，則會(huì)通過(guò)網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)傳送給后端服務(wù)器，以便后端服務(wù)器更新車輛數(shù)據(jù)。

2.1.3? 智能車庫(kù)與后端服務(wù)器的通訊設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)，考慮到樹(shù)莓派與NodeMCU兩個(gè)設(shè)備的計(jì)算力有較大的差異，以及存在傳遞信息的差異，對(duì)于樹(shù)莓派與后端設(shè)備的通訊，采用HTTP協(xié)議，而NodeMCU與后端設(shè)備的通訊，則采用MQTT協(xié)議，樹(shù)莓派與NodeMCU設(shè)備的信息若需要進(jìn)行傳遞，則需要通過(guò)后端服務(wù)器才可以進(jìn)行。通訊協(xié)議圖如圖3所示。

2.2? 詳細(xì)設(shè)計(jì)——軟件部分

2.2.1? 智能車庫(kù)管理平臺(tái)

本次設(shè)計(jì)在軟件客戶端設(shè)計(jì)上，設(shè)計(jì)了網(wǎng)頁(yè)客戶端“智能車庫(kù)管理平臺(tái)”，此平臺(tái)的針對(duì)群體主要是管理員，也提供了住戶登錄，兩者使用相同的登錄接口，根據(jù)賬號(hào)的不同來(lái)分配不同的角色權(quán)限，因?yàn)獒槍?duì)小區(qū)住戶單獨(dú)制作了微信小程序，在本管理平臺(tái)不再展示與微信小程序相同的功能。

2.2.2? 微信小程序客戶端

為了讓小區(qū)住戶能夠得到更方便更快捷的體驗(yàn)，以及兼顧iOS與Android系統(tǒng)都可以使用的特點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了基于微信小程序的客戶端，該客戶端僅面向住戶，提供了訪客停車預(yù)約和訪客入門預(yù)約、小區(qū)監(jiān)控等主要功能。微信小程序與服務(wù)器的交互全部是通過(guò)調(diào)用后端服務(wù)器的API來(lái)完成的，其中監(jiān)控查看功能因?yàn)樾枰D(zhuǎn)到小區(qū)內(nèi)監(jiān)控服務(wù)器中，需要在小區(qū)內(nèi)網(wǎng)才可以觀看，其他功能在內(nèi)外網(wǎng)均可以使用。當(dāng)用戶第一次使用這一客戶端時(shí)，因?yàn)樵揙penID沒(méi)有注冊(cè)，調(diào)用登錄接口過(guò)程不會(huì)成功，將會(huì)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到注冊(cè)頁(yè)面。微信小程序的訪客預(yù)約系統(tǒng)如圖4所示。

2.2.3? 后臺(tái)服務(wù)器

本次設(shè)計(jì)的后端服務(wù)器使用Flask框架進(jìn)行開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)RESTful API服務(wù)端，并通過(guò)Nginx進(jìn)行反向代理的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)HTTPS安全傳輸?shù)墓δ堋Ｔ摵蠖朔?wù)器提供用戶相關(guān)、智能車庫(kù)相關(guān)等接口。對(duì)于后端服務(wù)器API的所有操作，除了登錄接口外，其他接口都要提交token才能進(jìn)行訪問(wèn)，token是由登錄接口驗(yàn)證登錄后提供的，token有時(shí)長(zhǎng)限制，當(dāng)超過(guò)token的最大存活時(shí)間后，token會(huì)失效，此時(shí)，一個(gè)失效的token是不能進(jìn)行任何操作的，這時(shí)，便要求重新登錄以獲得新的token。后端服務(wù)器除了通過(guò)HTTPS與客戶端進(jìn)行通訊之后，還通過(guò)MQTT與部分硬件進(jìn)行通訊。

2.3? 智能車庫(kù)預(yù)約停車功能總體流程

用戶用過(guò)本系統(tǒng)的微信小程序，使用邀請(qǐng)碼注冊(cè)登錄后，輸入訪客的預(yù)約車牌號(hào)碼，查詢當(dāng)前車庫(kù)是否還有空余車位，若有即可進(jìn)行下一步預(yù)約操作，若無(wú)則提示用戶當(dāng)前車庫(kù)車位已滿，無(wú)法預(yù)約。用戶成功預(yù)約后，后臺(tái)記錄預(yù)約信息，用戶進(jìn)入車庫(kù)時(shí)進(jìn)行車牌識(shí)別并匹配當(dāng)前用戶車牌是否有預(yù)約信息，并登記車庫(kù)入庫(kù)信息，對(duì)用戶進(jìn)行引導(dǎo)停車。其相關(guān)流程圖如圖5所示。

3? 結(jié)? 論

在這次的課題設(shè)計(jì)過(guò)程中我們遇到了各種各樣問(wèn)題，比如ZigBee網(wǎng)絡(luò)器件掉線、Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)器件使用的MQTT協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸異常，車牌識(shí)別的準(zhǔn)確度、跨域訪問(wèn)和云平臺(tái)搭建等難題。后經(jīng)一一排除不斷優(yōu)化和學(xué)習(xí)，最終完成了從云端到地面的全流程自主設(shè)計(jì)。在難題面前我們有想過(guò)放棄，比如車牌識(shí)別使用的人工智能算法我們也曾經(jīng)想過(guò)直接調(diào)用各大云平臺(tái)的API，不使用本地的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法，但是這樣識(shí)別的時(shí)間將會(huì)大大增加，而且準(zhǔn)確率也得不到保證，因此我們沒(méi)有放棄對(duì)深度學(xué)習(xí)算法的研究，在團(tuán)隊(duì)成員的共同努力下建立好一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)本地識(shí)別車牌，從而較好地完成了這次課題的研究。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王瀟凡.基于深度學(xué)習(xí)的車牌檢測(cè)識(shí)別研究 [D].江蘇：南京郵電大學(xué)，2019.

[2] 姚濤，周光耀.基于ZigBee的智能車庫(kù)分布式系統(tǒng)研究 [J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2019（7）：135+137.

作者簡(jiǎn)介：吳芷純（1997-），女，漢族，廣東潮州人，就讀于信息技術(shù)與工程學(xué)院，本科，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)、智能車庫(kù);謝琳（1997-），女，漢族，廣東汕頭人，就讀于信息技術(shù)與工程學(xué)院，本科，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)、智能車庫(kù);潘耀豪（1997-），男，漢族，廣東佛山人，就讀于信息技術(shù)與工程學(xué)院，本科，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)、智能車庫(kù)。