朱景昊 蘇小康 劉發(fā)學(xué) 關(guān) 翔

（東北林業(yè)大學(xué)交通學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150040）

引言：基于汽車服務(wù)視角引出項(xiàng)目的可行性和功能性分析

本文結(jié)合智能共享車位鎖實(shí)現(xiàn)車位共享的這一基本方法，形成遠(yuǎn)程云端、車位鎖智能裝置、手機(jī)軟件客戶端三者通過數(shù)據(jù)的實(shí)施共享與處理實(shí)現(xiàn)下的一整套的智能共享車位鎖的解決方案，以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有停車位的最大使用價(jià)值。

1 總體方案設(shè)計(jì)

1.1 領(lǐng)域當(dāng)前的研究背景分析與設(shè)計(jì)目標(biāo)的確立

分析研究可以指出，目前智能停車領(lǐng)域研究了很多方法對(duì)停車位進(jìn)行管理，主要集中于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，有基于單片機(jī)原理，有基于Android 進(jìn)行運(yùn)行，智能管理系統(tǒng)與車鎖相連技術(shù)趨于成熟。而且目前有專門就車位鎖提出研究的人很少，存在的專題研究存在以下幾點(diǎn)問題：該車鎖會(huì)對(duì)路面交通造成影響、裝置隱蔽性差而且能源供給不合理、普遍采用蓄電池供電和電網(wǎng)供電。由以上的分析我們便可以得到本次我們的主要研究目標(biāo)集中在設(shè)計(jì)并且制作出太陽能供電式智能共享車位鎖，解決以往車位鎖對(duì)路面交通的影響問題和裝置電源問題，設(shè)計(jì)出一個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，能夠共享的車位鎖。最后將我們的車鎖與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合研發(fā)出一款太陽能供電式智能共享車位鎖，利用綠色能源實(shí)現(xiàn)資源和經(jīng)濟(jì)的最大效益化。

1.2 總體設(shè)計(jì)思路

經(jīng)歷了對(duì)目前領(lǐng)域內(nèi)研究不足的分析與研究目標(biāo)的探究，我們的研究?jī)?nèi)容總結(jié)起來就是以下幾點(diǎn)：

1.2.1 如何實(shí)現(xiàn)車位的預(yù)定：當(dāng)車位未預(yù)定時(shí)，因使該車位鎖嵌入地下，保證道路的正常通行。當(dāng)車位被預(yù)定時(shí)，該車位鎖在一定時(shí)間內(nèi)升起一定高度，防止非目標(biāo)車輛進(jìn)入該車位，一旦目標(biāo)車輛到達(dá)指定位置，車位鎖自動(dòng)恢復(fù)原來位置，實(shí)現(xiàn)停車。

1.2.2 如何實(shí)現(xiàn)對(duì)陌生車輛的限制：當(dāng)陌生車輛未預(yù)定而直接進(jìn)入停車位停車時(shí)，這時(shí)車位鎖采用報(bào)警裝置，提醒車主進(jìn)行預(yù)訂或離開該車位。

1.2.3 如何實(shí)現(xiàn)太陽能供電對(duì)于該車位鎖的能量來源問題：我們采用太陽能供電，實(shí)現(xiàn)太陽能供電，保證低能耗的同時(shí)利用清潔能源做到自然資源的最大利用。在停車位上合理的位置鋪上太陽能板，當(dāng)有光照時(shí)對(duì)該車鎖進(jìn)行充電，內(nèi)安裝蓄電池，以備陽光不足。

1.2.4 如何實(shí)現(xiàn)車位的共享：對(duì)于共享模塊，我們把所有車位資源信息放入一個(gè)云系統(tǒng)，當(dāng)某個(gè)車位被預(yù)定了，該車位就被鎖定，就不會(huì)出現(xiàn)在系統(tǒng)中，當(dāng)車主離開停車位時(shí)，該車位就解除鎖定，這樣就可以實(shí)現(xiàn)車位的共享。

2 軟件系統(tǒng)開發(fā)與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)

2.1 硬件層的軟件設(shè)計(jì)要求：

為了達(dá)到很好的傳播速度與穩(wěn)定性，我們采用性能較好的MCU 微型處理器，型號(hào)為STC12C5A60S2 的單片機(jī)為主控制器。STM32 控制單元具有更強(qiáng)的性能，同時(shí)可以應(yīng)用的功能拓展也更為豐富。因此，針對(duì)我們選用的硬件平臺(tái)來開發(fā)應(yīng)用APP，我們采用適配微處理芯片的APIcloud 來編寫APP 主體的應(yīng)用層程序。而針對(duì)后期推廣中所用到的二維碼掃描識(shí)別和其他復(fù)雜的程序各項(xiàng)控制功能指令采用平臺(tái)更加成熟的Java 來編寫。

2.2 數(shù)據(jù)通信原理

為了實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)通信，我們選用的開發(fā)板集成了GSM/GPRS 模塊，同時(shí)應(yīng)用了GPRS 的聯(lián)網(wǎng)方式保證了智能車位鎖的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)的可靠性，有效保證了其與云服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸。而對(duì)于檢測(cè)裝置的信號(hào)表征的車位信息，該系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)云端與車位鎖之間的即時(shí)數(shù)據(jù)互通，從而達(dá)到雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)男Ч?/p>

2.3 APP 功能開發(fā)與測(cè)試

明確了實(shí)際的需求，我們開發(fā)的應(yīng)用程序必須設(shè)置的功能有車位狀態(tài)信息顯示、車位共享時(shí)間云端統(tǒng)計(jì)協(xié)同、車位預(yù)約、繳費(fèi)系統(tǒng)，車位實(shí)時(shí)狀態(tài)檢測(cè)等功能。滿足從車位管理，使用，檢測(cè)等幾方面的實(shí)際使用要求。APP 云端服務(wù)器通過對(duì)車位信息的返回?cái)?shù)據(jù)分析和發(fā)布和預(yù)定來實(shí)現(xiàn)對(duì)車位的共享的高效管理，通過二維碼作為對(duì)車位共享信息發(fā)布與狀態(tài)信息變更的主要通道，包括對(duì)停車位的使用與預(yù)定信息。當(dāng)使用者掃描停車二維碼后，云端接受信息處理后發(fā)布指令使車位鎖相關(guān)機(jī)構(gòu)動(dòng)作來對(duì)其進(jìn)行控制。軟件的安裝與調(diào)試過程中，將手機(jī)APP 與MCU 微型處理器進(jìn)行共線測(cè)試，尤其要注意其平臺(tái)的兼容性問題，并及時(shí)對(duì)于出現(xiàn)的各種問題進(jìn)行修復(fù)。

3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 硬件系統(tǒng)層面的功能實(shí)現(xiàn)原理

本文介紹的裝置核心控制機(jī)構(gòu)采用 Cortex-M3 內(nèi)核的STM32 作為核心控制器，相較于51 系列單片機(jī)，作為STM32 系列加強(qiáng)性能的單片機(jī)控制器，STC12C5A60S2 擁有更多的8 路10 位AD，不僅設(shè)有PWM功能和SPI 接口，拓展功能更為豐富，同時(shí)也擁有兩個(gè)定時(shí)器更加適合我們的功能實(shí)現(xiàn)。采用太陽能光伏發(fā)電板收集能量作為整個(gè)裝置的能源，同時(shí)選用低能耗電機(jī)作為整個(gè)裝置的動(dòng)力來源。云端車位信息數(shù)據(jù)的采集與通信采用制式的GPRS 模塊，來確保車位鎖裝置與云端之間的實(shí)時(shí)信息傳遞。車位鎖的動(dòng)作機(jī)構(gòu)由繼電器為核心，H 橋電路來控制驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)進(jìn)而使滑輪沿導(dǎo)軌滾動(dòng)，同時(shí)也就完成了下支撐臂的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)車位鎖升降的目的。檢測(cè)裝置使用的是使用OMRON 光電傳感器檢測(cè)車位鎖狀態(tài)?？偨Y(jié)一下，本文所介紹的太陽能供電式智能共享車位鎖，本質(zhì)是基于單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例，其原理及控制流程如圖1 所示：

圖1

3.2 基于傳感器控制的節(jié)能監(jiān)控設(shè)備設(shè)計(jì)

此檢測(cè)設(shè)備是數(shù)據(jù)采集與功能實(shí)現(xiàn)重要的一環(huán)。傳感器將外界信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，作為控制電路的輸入信號(hào)，控制電路為由中間繼電器控制的電路，在接受到傳感器的電信號(hào)時(shí)，中間電磁繼電器控制監(jiān)控設(shè)備的鎖扣裝置和攝像頭的開關(guān)，監(jiān)控設(shè)備包括整體構(gòu)造、鎖扣裝置、攝像頭、畫面處理器、警報(bào)器、電源、紅外探頭、信號(hào)傳輸系統(tǒng)、云平臺(tái)、監(jiān)視器等。當(dāng)攝像頭彈起后，攝像機(jī)開始工作，攝像機(jī)和紅外探頭收集視頻信號(hào)和報(bào)警信號(hào)，通過信號(hào)傳輸系統(tǒng)傳給畫面處理器，畫面處理器將處理后視頻信號(hào)和報(bào)警信號(hào)通過信息傳輸系統(tǒng)傳給警報(bào)器和監(jiān)視器?？刂齐娐凡捎玫氖侵绷髦虚g繼電器，鎖扣裝置的工作電路和攝像機(jī)的工作電路分別接有常閉開關(guān)和常開開關(guān)，實(shí)現(xiàn)了攝像頭的彈起和攝像頭開始工作同時(shí)進(jìn)行。

3.3 硬件配合及機(jī)械結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)

主要硬件部分包括太陽能光伏發(fā)電裝置、控制裝置、電動(dòng)機(jī)、圓柱式中空升降體。主體的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)如圖2 所示。太陽能發(fā)電系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)換器、單晶電池片、太陽能板及保護(hù)板、備用蓄電池；控制裝置包括無線接收模塊，以及用于檢測(cè)車輛的紅外熱傳感器、檢測(cè)外界壓力的壓力傳感器，電動(dòng)機(jī)部分采用伺服電動(dòng)機(jī)，太陽能發(fā)電裝置通過轉(zhuǎn)換器與電動(dòng)機(jī)輸入端相連，電動(dòng)機(jī)固定于中空式升降體底座，升降體上端裝有LED 電子顯示屏，當(dāng)接收到控制裝置發(fā)出的升降命令以后通過電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)帶動(dòng)齒輪齒條轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)升降。通過電路控制部分發(fā)出不同頻率的脈沖驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力通過齒輪齒條部分實(shí)現(xiàn)升降體的上升和下降，當(dāng)其他車輛進(jìn)入車位時(shí)，車位鎖會(huì)通過語音警示器發(fā)出提示，同時(shí)通過紅外熱傳感器以及壓力傳感器對(duì)已經(jīng)?？康能囕v進(jìn)行約束，防止亂停亂占現(xiàn)象的發(fā)生。升降體采用中空?qǐng)A柱體設(shè)計(jì)，內(nèi)部可容納電機(jī)和齒輪齒條傳動(dòng)系統(tǒng)，升降體內(nèi)壁與齒條連接，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)齒輪，齒輪與齒條嚙合，從而使升降體實(shí)現(xiàn)上升或下降，圓柱中空升降體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3 所示。其中1 為圓柱式中空升降體，2 為太陽能板及保護(hù)板，3 為GPS 定位裝置，4 為伺服電動(dòng)機(jī)，5 為單晶電池，6為控制裝置，7 為轉(zhuǎn)換器，8 為無線接收模塊，9 為紅外熱傳感器，10 為壓力傳感器。

圖2 動(dòng)作機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 圓柱中空升降體機(jī)構(gòu)示意圖

4 結(jié)論

目前已有的智能停車位管理解決方案很多，但是實(shí)際投入使用的幾乎沒有，均存在諸多缺陷。總計(jì)發(fā)現(xiàn)最大缺陷在于車位鎖設(shè)置不合理及車位鎖的電源裝置需要更換，這兩個(gè)問題導(dǎo)致許多的停車位管理方案一直處于理論階段無法應(yīng)用，普通的車鎖一般采用D 型車位鎖或者嵌入式車位鎖，這些車鎖在未工作狀態(tài)下都會(huì)處于升起狀態(tài)這就給車鎖附近的交通問題帶來了極大的困擾，本課題采用的新型動(dòng)作結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)很好地改善了這一問題。此外普通車鎖采用蓄電池供電長期的使用會(huì)遇到更換電池和充電問題，我們采用的太陽能供電方式解決了這一問題。而且，本項(xiàng)目介紹的新型車位鎖能夠最大程度降低對(duì)道路交通影響，同時(shí)利用太陽能的方式為整個(gè)裝置充電，在制作出后真正能夠?yàn)樗郊臆囍骱凸曹囄凰茫瑢?shí)現(xiàn)資源的最大化利用的同時(shí)還能夠有一筆不菲的收入造福國家和廣大車主。