劉 攀，羅 山

(攀枝花學(xué)院智能制造學(xué)院，四川 攀枝花 617000)

0 引言

隨著我國汽車保有量急速增加，停車場亂兜圈的亂象及其嚴(yán)重。停車場出入口坡度大，進(jìn)出停車場駕駛員需要付款拿卡等非駕駛行為，容易造成車輛后滑，影響停車出行安全性。另外，停車場移動信號弱，導(dǎo)致無法支付停車費(fèi)的尷尬請況時有發(fā)生。因此為提高停車效率，開發(fā)先進(jìn)智能的停車場管理系統(tǒng)顯得尤為必要。

羅勤[1]通過對智能停車管理系統(tǒng)的社會和科研特點(diǎn)進(jìn)行的闡述，提出了智慧停車管理系統(tǒng)已成為靜態(tài)交通的重要數(shù)據(jù)源，運(yùn)營模式與產(chǎn)品解決方案已經(jīng)深受廣大社會人士的喜愛，但同時也提出了目前發(fā)展智能停車管理系統(tǒng)成本高，應(yīng)對應(yīng)急事件能力差、數(shù)字化技術(shù)要求高。胡空[2]以武漢市漢陽區(qū)的停車場為例提出了停車場不僅要滿足綠色排放的要求，停車場在建設(shè)前還要進(jìn)行頂層的規(guī)劃設(shè)計(jì)，并總結(jié)出新的智能停車場要建立長期有效的發(fā)展機(jī)制的未來前景。張登爾[3]提出的智能停車管理系統(tǒng)與廣播電視傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，加入AI智能，與先進(jìn)的前沿技術(shù)結(jié)合的運(yùn)用切實(shí)解決城市停車難問題。陳香[4]提出基于小程序的停車管理系統(tǒng)，根據(jù)社會需要，將停車管理系統(tǒng)與微信小程序結(jié)合，將停車卡與手機(jī)結(jié)合代替了停車卡功能，改造成本大大降低，能夠?qū)崿F(xiàn)部分停車難題。

針對目前停車場出入慢、駕駛員體驗(yàn)感差、停車位尋找困難、非停車造成誤收費(fèi)等問題，本文設(shè)計(jì)了一種基于藍(lán)牙鏈接為核心的智能停車控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)不依賴移動網(wǎng)絡(luò)，使用藍(lán)牙短距離傳輸，將傳統(tǒng)一桿一車進(jìn)出模式轉(zhuǎn)換為一桿多車。在不依賴移動網(wǎng)絡(luò)的前提下，指引車輛前往停車位或者指引人前往停車處，車輛在到達(dá)停車位后才進(jìn)行實(shí)時計(jì)時扣費(fèi)的停車場管理系統(tǒng)，以達(dá)到智能停車、一桿多車、無感支付的目的。

1 系統(tǒng)組成

圖1 系統(tǒng)組成框圖

如圖1所示，基于藍(lán)牙的一桿多車式停車管理系統(tǒng)，它包括車載藍(lán)牙信號收發(fā)器、閘刀口信號接收器，停車位藍(lán)牙信號樁頭、語音誘導(dǎo)系統(tǒng)四大部分。

道閘口信號接收器，只接收車載藍(lán)牙收發(fā)器信號，車載藍(lán)牙信號收發(fā)器與道閘口信號獲取車輛信息后抬起道閘，不進(jìn)行扣費(fèi)，利用藍(lán)牙信號接收器，同一時間段接收不同車輛的藍(lán)牙信息。建立多個藍(lán)牙鏈接，提前進(jìn)行車輛信息傳輸。當(dāng)?shù)却囕v靠近道閘口，傳輸信息符合，單片機(jī)控制道閘不放下，從而實(shí)現(xiàn)出入口一桿多車的功能。

車載藍(lán)牙信號收發(fā)器由三大模塊組成：電源模塊、記憶模塊、藍(lán)牙信號發(fā)送與接收模塊供電。記憶模塊用于記憶車輛信息以及寫入記憶預(yù)儲值的停車費(fèi)。藍(lán)牙信號接收發(fā)送模塊用于發(fā)送加密后的藍(lán)牙信號(特殊的藍(lán)牙ID地址)并與道閘藍(lán)牙接收器鏈接，傳輸車輛信息，與停車藍(lán)牙樁頭交換信息進(jìn)行扣費(fèi)，將扣費(fèi)后余額寫入記憶模塊。

藍(lán)牙信號樁頭為泊位誘導(dǎo)系統(tǒng)[5]改版優(yōu)化型，按照停車場內(nèi)的6～7個停車位設(shè)立一個藍(lán)牙樁頭。當(dāng)車輛駛?cè)胨{(lán)牙樁頭覆蓋的停車區(qū)域，接收器自動接收車輛發(fā)出的藍(lán)牙信號，匹配成功后進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。仿真模型如圖4所示，內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)由計(jì)時模塊、余額寫入、藍(lán)牙匹配、信息交換、停車位檢測誘導(dǎo)組成，共同實(shí)現(xiàn)車輛到停車位后扣費(fèi)、誘導(dǎo)駕駛員尋找車位、定位車輛位置信息三大功能。

語音誘導(dǎo)模塊功能為接收藍(lán)牙樁頭發(fā)來車輛定位信息并進(jìn)行儲存。當(dāng)駕駛員通過手機(jī)藍(lán)牙連接信號樁頭后，語音誘導(dǎo)模塊通過藍(lán)牙樁頭與車輛的定位信息，自動生成提示語音包，并傳輸至駕駛員手機(jī)，發(fā)出相應(yīng)的語音用以提示駕駛員所在位置，從而使駕駛員能夠快速找到自己車輛位置，實(shí)現(xiàn)駕駛員快速尋車功能。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 道閘口信號接收器

道閘口信號接收器的工作原理如圖2所示，完成出入口車輛信息的采集，通過道閘口藍(lán)牙傳輸優(yōu)化停車場出入效率。當(dāng)車輛駛?cè)胪＼噲鋈肟?，車載內(nèi)置藍(lán)牙傳輸裝置與道閘口藍(lán)牙模塊進(jìn)行匹配，若匹配成功，車載藍(lán)牙向道閘口藍(lán)牙模塊傳輸車輛信息，道閘控制器發(fā)出指令給控制電機(jī)使道閘欄桿抬起，車輛駛?cè)?。若匹配異常，道閘口藍(lán)牙模塊未獲得車輛信息，道閘欄桿不抬起，車輛禁止駛?cè)?。后續(xù)等待進(jìn)入的車輛，通過藍(lán)牙鏈接提前與閘刀口進(jìn)行鏈接。通過單片機(jī)進(jìn)行車輛信息排序，等待進(jìn)入車輛匹配成功后，當(dāng)預(yù)備車輛進(jìn)入后，地感線圈檢等待進(jìn)入車輛駛?cè)氲篱l口，單片機(jī)匹配車輛信息，閘刀不放下，等待車輛可駛?cè)?。若等待進(jìn)入車輛與藍(lán)牙模塊不匹配，閘刀放下，等待車輛不可駛?cè)?，從而?shí)現(xiàn)一車多桿的功能。

圖2 道閘口信號接收器

2.2 車載藍(lán)牙信號收發(fā)器

車載藍(lán)牙信號收發(fā)器的工作原理如圖3所示，該藍(lán)牙傳輸處理終端采用的主控芯片是STC12C5A60S2，是STC公司推出的新一代微處理器，它是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8～12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(250 k/s)，適用于電機(jī)控制、強(qiáng)干擾場合。具有傳輸能力強(qiáng)、信號穩(wěn)定、且價(jià)格便宜等特點(diǎn)。利用這種性價(jià)比高的主控芯片，可保證發(fā)送信號與接收信號的穩(wěn)定，最長反應(yīng)傳輸時間僅10 ms，滿足停車場出入口的信息快速交換的需要，從而保證了一桿多車功能的可行性。在停車場出入口車輛分為兩種狀態(tài)，預(yù)備進(jìn)入狀態(tài)與等待進(jìn)入狀態(tài)，本系統(tǒng)藍(lán)牙使用PowerClass2，標(biāo)準(zhǔn)傳輸距離為10 m。

圖3 車載藍(lán)牙信號收發(fā)器

2.3 藍(lán)牙信號傳輸原理及引導(dǎo)過程

2.3.1 藍(lán)牙信號傳輸定位

藍(lán)牙信號傳輸定位基于地圖匹配定位[6]和基于地圖匹配的無人駕駛汽車定位方法[7]，通過藍(lán)牙信號鏈接匹配定位車輛駕駛員位置，再通過藍(lán)牙樁頭車輛指示燈誘導(dǎo)駕駛員尋找車位與車輛。信號樁頭與車輛匹配確定車輛坐標(biāo)如圖4所示。

通過藍(lán)牙釋放信號圓形區(qū)域覆蓋車輛，三處藍(lán)牙信號樁頭定位車輛位置。通過地圖匹配定位[8]算法，藍(lán)牙樁頭預(yù)判斷剩余車位，通過信號樁頭車輛指示燈實(shí)時指示車輛前往空余車位。駕駛員尋找車輛時，只需要手機(jī)鏈接藍(lán)牙樁頭傳送信號獲得停車場地圖，輸入車載藍(lán)牙ID，單片機(jī)通過藍(lán)牙引導(dǎo)模塊臨時改變車輛指示燈誘導(dǎo)駕駛員尋找停車位。

圖4 信號樁頭與車輛匹配確定車輛坐標(biāo)

2.3.2 停車位藍(lán)牙信號交換

如圖5所示是停車位藍(lán)牙系統(tǒng)的工作流程以及基礎(chǔ)構(gòu)成部分，停車位藍(lán)牙樁頭設(shè)立在停車位靠近車道1 m處，主要實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙定位、實(shí)時扣費(fèi)與顯示車位剩余數(shù)三大功能。

圖5 停車位藍(lán)牙系統(tǒng)

2.3.3 停車位實(shí)時扣費(fèi)

圖6 停車位藍(lán)牙樁頭仿真模型

如圖6所示，藍(lán)牙樁頭可以顯示停車位和指引車輛到空余停車位，控制車位數(shù)顯示屏。車輛駛?cè)胪＼囄粫r，車載藍(lán)牙發(fā)射的信號與該區(qū)域范圍內(nèi)的藍(lán)牙信號匹配，單片機(jī)寫入車載藍(lán)牙地址，最大存儲信號數(shù)等于車位數(shù)。通過信號交換，藍(lán)牙樁頭計(jì)時系統(tǒng)啟動，當(dāng)車輛駛出停車位時，計(jì)時結(jié)束。通過信號交換寫入扣費(fèi)后余額數(shù)，寫入車載藍(lán)牙發(fā)送器存儲系統(tǒng)內(nèi)，完成實(shí)時扣費(fèi)。信息交換完成后，單片機(jī)控制LED顯示屏顯示車位信息。當(dāng)停車位藍(lán)牙樁頭控制的車位數(shù)飽和后，車位數(shù)顯示屏顯示車位數(shù)剩余0，單片機(jī)控制藍(lán)牙樁頭發(fā)送藍(lán)牙信號與周圍藍(lán)牙樁頭發(fā)生鏈接，進(jìn)行信息交換后，獲得其它停車位藍(lán)牙樁頭有空余停車位的信息。駕駛員駛?cè)胪＼噲龊螅敉＼囄凰{(lán)牙樁頭覆蓋區(qū)域有停車位，則車輛指示燈不開啟。若無停車位，車輛指示燈指示車輛前往其它空余車位。藍(lán)牙樁頭安放位置固定，便于車輛行駛車道的駕駛員獲得到視頻信息，誘導(dǎo)駕駛員前往停車位，實(shí)現(xiàn)弱信號環(huán)境的車輛誘導(dǎo)。

3 結(jié)束語

本系統(tǒng)通過藍(lán)牙控制管理停車場，在成本上對比其它現(xiàn)有的智能網(wǎng)聯(lián)停車系統(tǒng)硬件成本降了30%，在效率上，新型藍(lán)牙短距離定位傳輸效率高于其它的基于藍(lán)牙的停車系統(tǒng)。本系統(tǒng)極大程度地利用了現(xiàn)有停車場，改造成本低，能夠解決尋找停車位難、出入停車場擁堵的問題，為實(shí)現(xiàn)停車場智能化提供技術(shù)支撐。