基于物联网技术的智能停车场系统设计与实现

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　　摘  要： 为解决公共场所停车拥堵、堵塞等问题，设计基于物联网技术的智能停车场系统。该系统运用道闸来管理车辆的进出，在停车位安装红外传感器来判断车辆的有无，用ZigBee组网来进行数据的上传和下发，通过管理界面对车位信息进行显示和管理，车主可通过显示屏来查看停车位的状态，引导泊车。运用物联网技术实现智能停车场系统设计，经测试系统运行稳定，可为停车提供一种智能的手段。
　　关键词： 智能停车场; 物联网技术; 系统设计; 红外感应; 数据传输; 系统测试
　　中图分类号： TN926?34; TP212                  文献标识码： A                       文章编号： 1004?373X（2020）12?0038?04
　　Abstract： An intelligent parking Internet of Things （IoT） system based on IoT technology is designed to improve the parking congestion and traffic jam in the public places. In this system， the barrier gate is used to manage the entry and exit of vehicles， the infrared sensor is installed in the parking space to judge whether there is vehicle or not， the network built by ZigBee is used to upload and download data， the management interface is adopted to display and manage the information of the parking space， and the owner can check the status of the parking space on display screen to guide parking. The design of the intelligent parking lot system is realized by means of the IoT technology. The tested system ran stably and can provide an intelligent means for parking.
　　Keywords： intelligent parking lot; IoT technology; system design; infrared induction; data transmission; system testing
　　0  引  言
　　傳统的停车场缺失人性化的管理运行机制，大多数的停车场因面对日益增长的停车需求而变得手足无措，车辆进出管理、收费过程、车位查询等变得越来越困难，费时费力同时也极其的不便利[1]。智能停车场的实施为司机朋友提供了舒适、便利、快捷的停车需求[2]。该系统运用智能道闸[3]和RFID技术[4]来管理车辆，在停车位安装传感器来判断车辆的有无，用ZigBee组网来进行数据的上传和下发，通过管理界面对车位信息进行显示和管理，车主可通过显示屏来查看停车位的状态，引导泊车。运用物联网技术实现智能停车场系统设计，经测试系统运行稳定，可为停车提供一种智能化的手段。
　　1  智能停车场总体设计架构
　　选用ZigBee无线通信技术作为智能停车场内实时通信解决方案[5?7]。利用红外检测技术对车位信息进行采集分析[8]，在车辆驶入车位时得到相应的车位信号。车位信号通过ZigBee路由器传输至协调器，将其与上位机通过串口连接，通过智能停车场管理界面对车位信息进行显示与管理，其总体设计如图1所示。
　　本系统设计了智能道闸系统，CC2530外围电路设计，协调器与上位机通信的串口电路设计，以及IAR开发环境下对协调器和路由器的软件设计，为网络配置网络信道、节点地址，并使用VS2010设计智能停车场管理程序，实现车位状态显示的功能。
　　设计与实现
　　1） 智能道闸系统主要由单片机模块和RFID刷卡模块组成，实现本小区车辆管理，同时可对车辆进行计时和计费。
　　2） 车辆检测是本设计比较重要的一个环节，通过E18?D80NK红外检测模块检测停车位上是否有车，将信息传递给与其连接的路由器，进而将信息传递到上位机界面。
　　3） 在短距离无线通信领域，ZigBee技术是一种低功耗、低成本的无线通信技术，利用ZigBee的自组网来组建网络，方便数据的传输[9?10]。ZigBee网络由多个路由器与一个协调器组成，如果一个或几个路由器节点发生故障，可利用其他路由器来
　　传送数据，保障系统的可靠性。
　　4） 上位机软件接收协调器传来的数据，对其进行解析，以图形界面的形式展示出来，令使用者更加方便和快捷地了解停车场的情况。
　　2  智能停车场系统设计
　　2.1  系统硬件结构设计
　　2.1.1  智能道闸
　　智能道闸系统主要模块由STC89C52单片机、电源电路、复位电路、晶振电路、E18?D80NK红外检测电路、RC522刷卡检测电路、稳压电路、步进电机电路和LCD显示电路等模块组成，其框图如图2所示。 　　2.1.2  车位检测和ZigBee模块
　　车位检测由E18?D80NK红外检测模块和路由器模块两部分组成，其功能是将检测到的车位信息交给ZigBee路由器。ZigBee模块由RF电路、CC2530核心电路、LED电路、晶振电路、电源电路、按键电路和串口电路组成。电源电路用作稳压器，为CC2530芯片和背板电路提供所需的电压;按键电路用来测试组网和复位;2个LED灯分别用来指示电源是否接通和组网是否成功;串口电路用来接收红外传感器的报文。CC2530、晶振电路、RF模块在背板上、底板上有电源电路、串口电路、按键电路。核心电路图如图3所示。
　　2.2  系统软件设计
　　2.2.1  智能道闸软件设计
　　图4是智能道闸总体程序流程图。首先进行系统初始化，如果成功，等待是否有与本系统相配套的RFID卡到来，若有，步进电机启动，道闸打开，车辆准许进入，系统内开始对其进行计时。若小车出来时，需先刷卡，步进电机开启，道闸打开，同时记录时间，计算停车时长和所需的费用。
　　2.2.2  ZigBee组网软件设计
　　ZigBee网络的软件设计主要包括协调器和路由器程序设计。软件设计的目的是利用ZigBee网络组网的特性，进行红外数据的传输，分别从协调器、路由器两个方面进行设计。
　　1） 协调器节点程序设计
　　协调器的主要作用是接收路由器传过来的具有红外数据的ZigBee報文，并通过程序解析出来红外数据，送到上位机界面，其软件流程如图5所示。
　　首先，要对协调器设置PanID，便于有相同PanID的路由器申请加入这个网络。对设备进行初始化，扫描周围的网络，看是否有相同的PanID网络存在，如果没有，则以此PanID号建立一个独立的网络。一旦有路由器申请加入这个网络，则检验PanID是否相同，相同则发送命令允许其加入，并分配16位的短地址号，记录加入设备的短地址信息。如果记录表中的设备有信息传来，则进行接收和处理，若没有就直接丢弃。同时，协调器可以发送广播命令给网络中的设备，也可以发送信息给指定地址的设备。
　　2） 路由器程序设计
　　路由器主要是由ZigBee模块和红外模块组成，接收红外模块发来的信号。ZigBee路由器模块是用来组成ZigBee网络，图6所示是其软件流程图。
　　首先，进行设备初始化，查看周围是否有与自己相同PanID的协调器组成的网络，若有，则加入网络。协调器发送16位短地址给路由器，路由器将其写入FLASH中，一般情况下短地址不会改变。路由器接收与其相连的红外模块或者其他路由器传来的信号，按照目的地址进行转发。
　　2.2.3  上位机客户端
　　本次设计使用的软件平台是Visual Studio 2010，基于.NET Framework 4.0平台使用C++语言编写。通过USB串口直接和协调器相连读取数据，然后上位机软件可以对上传的数据进行数据解析和可视化处理，可在上位机上显示停车场内的停车位占用信息和总停车位数以及占用数，还有停车场内的温度和湿度等信息。上位机界面如图7所示。
　　3  系统测试
　　3.1  系统稳定性测试与分析
　　本系统是通过ZigBee网络采集数据，并将其上传到上位机客户端，需要测量ZigBee网络的可靠性。测试结果如表1所示，说明ZigBee网络具有较好的可靠性。
　　3.2  系统实时性测试与分析
　　表2是系统实时性测试与分析结果。选择不同的距离进行系统实时性测试，结果表明，系统实时性较高，满足预期的目标。
　　4  结  语
　　本设计针对现在社会上普遍存在的停车难问题，提出一个结合物联网技术的设计解决方案。建设现代化智能停车场，目的在于能够快速地整合停车场的信息，帮助需要停车的司机朋友能够高效地停车节约时间。本设计采用ZigBee网络进行通信，将采集到的停车位信息上传到客户端，客户端可对停车场实现智能化管理。最后对整体系统进行调试和试用，经过多次调试和验证后可以得出所提系统的稳定性和实时性满足需求。
　　参考文献
　　[1] 赵艳东，张申申.基于改进蚁群算法的智能交通路径规划[J].工业仪表与自动化装置，2019（2）：30?32.
　　[2] 张玉杰，田硕.地下停车场智能化照明与停车引导系统设计[J].自动化仪表，2014（4）：64?66.
　　[3] 王浩.基于RFID和ZigBee技术的智能停车引导及车位管理系统设计[J].山东交通学院学报，2014，22（1）：14?18.
　　[4] 李超龙.基于RFID的车位感知模型研究及智能停车管理系统的设计与实现[D].北京：北京邮电大学，2015.
　　[5] 岳学军，刘永鑫，王叶夫，等.基于ZigBee与地磁传感技术的停车诱导系统[J].计算机应用，2014，34（3）：884?887.
　　[6] 覃光勇.城市智能停车系统中停车场级ZigBee网络的设计[D].北京：中国石油大学，2014.
　　[7] 刘鸿智，李雪花，杜宇人.基于ZigBee的智能停车场管理系统[J].现代电子技术，2015，38（7）：124?126.
　　[8] WADHWA L K， DESHPANDE R S， PRIYE V. Extended shortcut tree routing for ZigBee based wireless sensor network [J]. Ad hoc networks， 2016， 37（2）： 295?300.
　　[9] 牛萍娟，罗德智，刘雷，等.基于ZigBee组网的自适应道路照明系统[J].现代电子技术，2019，42（4）：121?124.
　　[10] THABET H， MEILLERE S， MASMOUDI M， et al. A novel high linear CMOS fully integrated PA for the design of ZigBee transmitters [J]. Bionanoscience， 2017， 7（73）： 1?10.
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