楊 華，李自成，伏錦勝，張宇軒，賈 磊

（成都理工大學工程技術(shù)學院，四川 樂山 614000）

隨著國民經(jīng)濟的快速增長，汽車已成為人們出行必備的交通工具[1]。汽車保有量的增長導致停車位的需求量日益增加。據(jù)調(diào)查，2022 年我國停車位需求量為4.07 億個，而目前擁有停車位數(shù)量僅為1.31 億個。停車位供求不平衡勢必導致車輛亂停亂放，更有甚者因車位被占用而發(fā)生激烈沖突。由此智能車位控制系統(tǒng)應運而生，但是市場上廣泛使用的車位控制系統(tǒng)普遍存在功能簡單、操作不便等缺點。本文利用基于物聯(lián)網(wǎng)Wi-Fi 的SKW93A 模塊設計了一種智能車位控制系統(tǒng)。相比于傳統(tǒng)車位控制系統(tǒng)，該設計融入自動升降、車位出口擁堵報警、停車燈光指引、閑置共享、手機智能控制等功能，在車位的使用和管理方面更加智能和方便。

1 智能車位控制系統(tǒng)的組成及工作原理

車位智能控制硬件系統(tǒng)主要由Wi-Fi 無線通信模塊、紅外對射傳感器、紅外測距傳感器、顯示模塊、申請按鍵模塊、舵機驅(qū)動模塊、語音提示模塊、燈光指引模塊、電源等模塊構(gòu)成。模塊化設計使控制系統(tǒng)更易于操作和調(diào)試。利用SKW93AWi-Fi 模塊組的Station工作模式，連接與Wi-Fi 熱點和密碼相匹配的手機局域網(wǎng)，通過相關軟件實現(xiàn)對智能車位硬件部分的控制。紅外對射傳感器用于檢測車位上是否停有車輛。紅外測距傳感器用來檢測車輛是否離開以及車位出口是否擁堵，語音提示模塊根據(jù)具體情況發(fā)出相應的語音提示。顯示模塊用于顯示車位實時狀態(tài)。燈光指引模塊方便用戶快速找到停車位。申請按鍵模塊可以實現(xiàn)車位空閑時進行車位共享。智能車位控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1 所示。用戶在進入智能車位控制系統(tǒng)連接有效范圍內(nèi)，系統(tǒng)就會自動連接到手機熱點，同時軟件進入工作模式。在手機軟件上可實時看到車位的當前狀態(tài)。紅外對射傳感器檢測到停車位上有車輛，顯示屏上會顯示“有車輛”的提示信息，同時手機軟件界面也會提示有車輛。在車位沒有車輛停入的情況下，用戶可通過手機軟件來解鎖智能車位控制系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)，駛?cè)胪＼?。當紅外測距傳感器檢測到車位出口前方出現(xiàn)擁堵時，語音提示模塊會發(fā)出警示聲音“車位擁堵，請離開”，顯示屏上會顯示出“有障礙”的提示信息。當車位閑置時，智能車位控制系統(tǒng)裝置設有閑置申請共享停車位功能，有其他停車需求的用戶只需要按一下智能車位控制系統(tǒng)裝置上設置的申請停車按鈕，車位擁有者手機軟件就會收到停車請求，同意后可自動打開硬件裝置。

圖1 智能車位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

1.1 SKW93A 無線Wi-Fi 模塊組

雙頻WiFi 模塊SKW93A 在于具備更強更穩(wěn)定的WiFi 無線信號，更高速的傳輸速度，并且可以讓無線設備更省電，滿足未來高清以及大數(shù)據(jù)無線傳輸需求。SKW93A 是一款集成MT7628A，MT7610E 雙芯片的ac AP/Router 雙頻WiFi 模塊，具備高性能，高集成的無線AP 解決方案模塊！SKW93A 內(nèi)置580M 雙內(nèi)核，對于消費電子設備，該模塊僅需要外部3.3V 電源。SKW93A 符合802.11a/b/g/n/ac Wi-Fi 標準，能同時在2.4GHz 和5GHz 雙頻工作，3×3 MIMO，分別是2×2 MIMO 2.4GHz，1×1 MIMO 5GHz！在2.4G 頻段下，傳輸速度可達300Mbps；在5GHz 頻段下，傳輸速度可達433Mbps！有2 個串口，USB，IIS，IIC，SD；帶有1個WAN，2 個LAN。模塊支持AP 模式、客戶端模式、中繼模式和串口WiFi。整個智能車位控制系統(tǒng)裝置在運行過程中，Node MCU 各引腳的輸入和輸出電壓應不高于3.3V，輸出電流的最大值是12mA，防止電壓或電流過高而損壞模塊。在本設計中Wi-Fi 模塊組作為整個裝置的核心，既要同手機軟件進行無線連接，又要控制智能車位控制系統(tǒng)各組成單元的動作，手機軟件與智能車位控制系統(tǒng)裝置聯(lián)調(diào)成功才能保證各功能的實現(xiàn)[2]。

1.2 紅外對射傳感器

車位中是否停有車輛，依靠紅外對射傳感器來檢測。紅外對射傳感器由發(fā)射端、接收端、光學透鏡等組成，其原理是紅外二極管發(fā)射紅外射線，當有車輛停入車位，阻擋了對射傳感器接收端接收紅外線，進行信息處理，在手機軟件和顯示屏上顯示有車輛[3]。該模塊具有體積小、便于裝配、抗干擾能力強等優(yōu)點，在設備避障、循跡等方面應用廣泛。可以通過調(diào)節(jié)模塊中的電位器旋鈕來調(diào)節(jié)檢測距離。本設計選擇HMSensor 紅外傳感器模塊，該模塊的共有三個引腳，VCC引腳在該裝置中接入3.3V 電壓，GND 引腳外接地，OUT 引腳接Wi-Fi 模塊組的D1 引腳。

1.3 紅外測距傳感器

紅外測距傳感器用來檢測車位出口是否有車輛等障礙物堵塞。在本設計中選用 GP2D12 紅外測距傳感器，工作電壓4.5V～5.5V，輸出的模擬信號電壓值為0.4V～2.4V，測定角度大于40°，符合智能車位系統(tǒng)裝置在實際環(huán)境中的應用[4]。該傳感器包括一對紅外發(fā)射與接收二極管，有靈敏度高、反應速度快等特點。工作原理是發(fā)射二極管發(fā)出一束紅外光線，在一定范圍內(nèi)照射到擁堵出口的車輛上，紅外光線形成反射，配合主控芯片的處理，判斷車位前方車輛是否有車輛擁堵出口。如果障礙物擁堵車位出口，裝置中的語音提示模塊將發(fā)出“擁堵車位出口，請離開”警報聲音，同時顯示屏和手機軟件都會顯示“有障礙”。

1.4 舵機驅(qū)動模塊

舵機是集成了電機、電機控制器和減速器等元件的伺服單元，智能車位系統(tǒng)閘機機械結(jié)構(gòu)是依靠舵機轉(zhuǎn)動來驅(qū)動，閘門機械結(jié)構(gòu)的開合程度由舵機轉(zhuǎn)動角度來確定。本設計選用SG90 舵機，工作電壓3.5V～6V，可實現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)，控制精度達到0.35°，具有價格便宜、扭矩大、壽命長、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，能夠滿足智能車位系統(tǒng)裝置的具體設計要求。根據(jù)不同的車位環(huán)境，調(diào)節(jié)舵機的轉(zhuǎn)動角度，從而控制閘機開鎖[5]。手機軟件與智能車位系統(tǒng)裝置進行聯(lián)調(diào)，可控制舵機驅(qū)動智能車位系統(tǒng)硬件系統(tǒng)的開合。

1.5 顯示模塊

顯示模塊用來顯示車位里是否停有車輛，車位出口是否有障礙物阻擋，是否有用戶申請共享停車位等信息，本設計選用0.96 寸OLED 顯示屏，具有功耗低、高分辨率、超大可視角度（大于160°）的特點，工作電壓3V～5V，兼容3.3V 和5 V 電平邏輯。模塊使用I2C 通訊，四個端口分別連接到Wi-Fi 模塊組上。根據(jù)車位的實際情況顯示“有車輛”“無車輛”“有障礙”“無障礙”“有申請”“無申請”等信息。

1.6 語音提示模塊

智能車位系統(tǒng)裝置發(fā)出警示和車輛進入停車位都需要進行語音提示。本設計選用JQ8900-16P 語音模塊[6]。該模塊功能豐富，能靈活更換SPI-Flash 內(nèi)的語音內(nèi)容。支持USB 接口和標準串口，輸入電壓DC 2.8V～5.5V，IO 電平3.3V，工作電流10mA，能很好適應整個裝置的電壓標準。該模塊抗干擾能力強，可在各種惡劣環(huán)境中穩(wěn)定運行，適應工作溫度可達80℃，工作濕度最高達到95%，適應各種室內(nèi)室外車位的需要。當有車輛停入車位時，語音提示模塊會提示“車輛已駛?cè)搿保卉囄怀隹诒蛔钃鯐r，語音模塊會提示“擁堵車位出口，請離開”。用戶需要聲光指引時，模塊也會發(fā)出警示，提示指引用戶盡快找到車位。

1.7 三基色LED 模塊

三基色LED 模塊是在手機控制智能車位控制系統(tǒng)的情況下，可分別顯示紅、綠、藍三種顏色，手機設定可三種顏色的亮度，從而在光線不足的情況下指引用戶停車位的方向。

2 系統(tǒng)軟件設計

程序啟動過程為：初始化硬件→連接Wi-Fi 模塊→配置服務端內(nèi)容→查詢硬件→控制部分硬件→傳遞網(wǎng)絡服務請求。

在共享車位模式下，需要用戶按下停車申請按鈕發(fā)出申請，車位擁有者在手機軟件上進行確認或拒絕操作，實現(xiàn)車位資源的最大化利用[7]。共享車位模式流程如圖2 所示。

圖2 共享車位流程圖

當用戶需要停車時。首先進行初始化，車位系統(tǒng)處于關閉狀態(tài)，當用戶靠近車位裝置時，自動連接手機熱點，手機軟件自動發(fā)出指令解鎖硬件裝置，通過WIFI 模塊執(zhí)行解鎖指令，舵機進行工作，解鎖裝置，通過紅外測距傳感器檢測車位出口的狀態(tài)，如果車位出口被擁堵，則將進行語音報警，在顯示屏和手機軟件上顯示“車位出口被擁堵”的字樣。若車位出口沒有被擁堵，則在顯示屏和手機軟件上面顯示“車位出口無阻擋物”的字樣，便于司機實時操控車輛。若是在共享模式狀態(tài)下，用戶可以進行共享車位申請，申請之后將反饋到車位主人手機軟件APP 上，若車位主人同意共享車位申請，則車位主人可通過手機軟件APP 進行車位解鎖，通過舵機進行解鎖車位，當解鎖完成后，將進行語音提示以及顯示屏和手機軟件APP顯示“已解鎖”字樣，若解鎖未完成，則通過舵機進行二次解鎖[8]。

3 結(jié)語

本文以SKW93A 無線Wi-Fi 系列開發(fā)板Node MCU為主控制器，利用二次聲明開發(fā)的手機軟件來實時監(jiān)測車位的情況，利用紅外傳感器和測距傳感器來檢測車位所處的環(huán)境狀態(tài)。智能車位控制系統(tǒng)硬件與軟件在一定的范圍內(nèi)，能成功進行無線連接并進行聯(lián)調(diào)。車位的狀態(tài)能實時顯示在顯示屏和手機軟件上。可順利進行遠端打開和關閉車位閘機操作，實現(xiàn)了智能管控停車位，為車位擁有者節(jié)省了人力成本。設計的按鈕申請共享停車位功能，有效提高了車位資源利用率[9]。