基于Dupline?總線的智能停車管理系統的設計與應用

文｜山東省建筑設計研究院 任立全

1 引言

隨著國民經濟的快速發展，各停車場車流量日漸增多，日常保安與管理工作日漸繁重，用戶對停車場管理的要求也越來越高；而目前大多數停車場都存在著找車位難、費時費力，停車場內空氣污濁，車主取車時找不到自己的車等問題，嚴重影響了用戶的情緒及辦事效率，同時也間接影響到交通的暢通。我國交通能耗已占全社會總能耗的20%，如不加以控制，將超過工業能耗，達到總能耗的30%。應用智能停車管理引導系統可提高停車場的運轉效率，同時降低通風需求并達到節能的目的；因此在上述背景下，開展對智能停車管理引導系統的研究與應用顯得尤為重要。

2 Dupline?總線

Dupline?總線是一種現場及安裝總線，能夠為建筑設備自動化系統、能源管理系統、智能停車管理系統及其他領域的智能化系統提供良好的解決方案。應用Dupline?總線的智能化系統可采用模塊化設計將各種Dupline模塊產品，包括數模I/O模塊、可編程邏輯控制器（PLC）和個人計算機接口、人機界面和調制解調器等連接至同一條雙芯線纜，從而在模塊間以及中央控制器和模塊間實現數據交換——該系統通過普通雙芯線纜傳輸數字和模擬信號的距離可達數千米。Dupline?總線技術的主要特點如下：

◆ 可遠距離傳輸，傳輸距離達10km，不需要中繼器；

◆ 操作簡便，高度抗噪；

◆ 可自由拓撲，靈活組網；

◆ 對線纜無特殊要求，可利用原有線纜；

◆ 可與PLC和個人計算機接口靈活連接；

◆ 通過GSM調制調節器、無線電調制調解器或光纜傳輸。

由于大中型停車場面積大，通信傳輸線路長，而Dupline?總線具有傳輸距離遠、抗噪能力強等特點，故Dupline?總線非常適用于智能停車管理引導系統。Dupline?總線系統在停車引導系統的應用中使用3芯線纜，這其為系統提供電源成為可能。

3 智能停車管理系統組成

智能停車管理系統主要由停車收費管理系統、車位引導系統和反向尋車系統組成。

3.1 停車收費管理系統

收費管理系統由發卡中心、收費計算機和現場設備組成。現場設備有入口票箱、出口票箱、道閘、車輛感應器（地圈）和攝像頭。收費計算機由收費電腦、小票掃描槍和停車場收費及車位引導管理軟件等部分組成。發卡中心由辦公計算機、停車場財務管理軟件、接觸式IC卡讀寫器、非接觸式IC卡讀寫器等構成。整個系統可聯網，也可脫機運行，運行成本較低，性能穩定，外形美觀且具備良好的可擴展性。

系統入口設備主要包括智能停車系統票箱、自動出票機、智能停車系統閘機、地感線圈和車輛感應器、攝像機、圖像采集卡、車輛誘導屏及LED信息發布屏等。出口設備主要包括智能停車系統票箱、智能停車系統閘機、地感線圈和車輛感應器、攝像機、收費電腦、圖像采集卡、條碼掃描槍等。后臺發卡中心設備主要包括停車場管理軟件、接觸式讀卡器或非接觸式讀卡器等。

3.1.1 設備主要功能

（1）智能票箱

票箱是出入口管理的核心工具，帶有射頻卡讀卡頭和LED漢字顯示屏。入口票箱可識別不同的用戶卡并相應地自動控制道閘的開啟；出口票箱可針對不同的卡相應地計算停車費用并自動放行，或者收卡并由管理員按“確認”鍵放行。出口票箱有兩種收費模式，在脫網模式下，收費清單會自動保存在收費員卡中。

（2）自動出票機

自動出票機用于臨時停車。停車者到取卡箱前按鍵取票（憑車取票、一車一票）。票箱自動打印出一張小票，同時控制道閘開閘；離場時此票交給收費人員，掃描槍讀取其數據，票箱自動計算費用，收費人員收費、確認后放行。收費電腦發生故障時，可依據入場小票進行手工收費。

（3）自動擋車道閘

自動擋車道閘為控制車輛出入的關口。除了能極其頻繁地工作外，車閘還應有發熱保護、防砸車保護等功能。

（4）車輛檢測器

車輛檢測器是收費系統感知車輛進出停車場的“眼睛”，須可靠及靈敏，以保證系統能安全準確地運行。

（5）收費電腦

收費電腦位于出口崗亭內。停車者在出口刷卡時，計算機屏幕會自動顯示相關車輛在出入口的圖像，以便進行比對，并以語音和文字的形式提示停車費用。

（6）LED信息發布屏

LED信息發布屏用于停車場信息，包括車位信息、廣播信息等的發布。

（7）攝像機

攝像機位于出入口，用于抓拍車輛圖像。（8）停車場財務管理軟件

停車場財務管理軟件是專為停車場開發的管理軟件，可連接讀卡器發放用戶卡、內部管理卡，回讀和管理本系統的各種卡，還可用于統計管理。

（9）讀卡器

讀卡器與計算機串口相連，主要分為接觸式讀卡器和非接觸式讀卡器兩種。接觸式讀卡器可配合停車場管理軟件進行管理員卡和收費員卡的發放，并可回讀這兩種卡；非接觸式讀卡器則可配合停車場管理軟件進行用戶卡的發放，并可回讀用戶卡，還可以給充值卡充值，為長期卡續費。

3.1.2 停車用戶卡的種類

（1）貴賓卡

該卡發出后由用戶持有，沒有有效期限制；在出入口刷貴賓卡時，系統會顯示卡名稱、車牌號并自動抬起閘機。

（2）長期卡

該卡發出后同樣由用戶持有，但帶有有效期限制。持卡人在其有效期內可以免費或部分時段免費停車；超出其有效期后，必須在后臺管理軟件上續費、增加有效期后才可以繼續使用。刷長期卡時，系統也會顯示卡名稱、車牌號。長期卡具有反潛回功能。

（3）臨時卡

該卡平時由入口的收費員持有；臨時停放的車輛進入停車場時，由收費員刷卡計時后交給司機；系統自動抬起閘機，準許車輛進入。臨時停放的車輛離開停車場時，在出口刷卡并按照停車時間交費后，出口收費員收回此卡以便循環使用，按“放行”按鈕，閘機放行車輛。

（4）充值卡

該卡發出后由用戶持有，卡內存有一定的金額。持卡人驅車進入停車場時刷卡后，閘機自動放行；離開停車場時，如卡內余額為零，系統將在持卡人刷卡后禁止通行，票箱將提示“余額不足”。此卡可循環充值使用。

（5）放行卡

該卡由入口和出口收費員持有，可多次刷卡，以便特殊車輛出入。

3.1.3 停車場內部管理員用卡

（1）管理員卡

系統脫網運行時，在使用前必須用管理員卡對每臺票箱進行初始化。管理員卡中存有停車場的費率和系統編號等參數，停車場每更改一次費率，都需要用管理員卡對票箱進行設置修改。

此外，管理員卡還可以用于票箱的時間調整：將管理員卡插入票箱，同時按下放行鍵和非正常放行鍵，票箱顯示屏會顯示“校×”，年的高位默認為“20”；此時即可按非正常放行鍵進行年、月、日、時、分的切換，按正常放行鍵調整數值；調整完畢后票箱恢復正常顯示，拔出管理員卡，將票箱關機后重新開機即可使用。

（2）收費員卡

收費員卡由收費員持有。在系統脫網運行時，每個收費員應使用自己的收費員卡記錄自己工作期間的數據。發放收費員卡時，通過停車場財務管理軟件的出入口管理菜單增加出入口的名稱和對應的票箱編號（票箱的地址）；此后，此卡只能在指定的收費口使用。將該卡插入已完成初始化的出口票箱內，屏幕會顯示“收費員卡”，該出口的每筆記錄都會保存在卡內。收費員定期到后臺管理軟件回讀此卡（回讀出的交易清單可匯總結算），而后重新開始新的工作記錄，完成停車場的日常管理工作。

3.2 停車引導系統

停車引導系統能夠引導駕駛者通過最短的路徑找到停車空位，幫助用戶節省寶貴的時間，同時也能提高用戶的舒適度，降低搜尋空車位及搶位給用戶帶來的壓力與不滿情緒。

停車引導系統可不依賴PC而自成一個獨立系統，并且能處理多達60000個傳感器信號（用PC檢測車位狀態的停車引導軟件仍然可以作為一種選擇）。該系統由L1和L2兩級總線連接。傳感器總是連接在L1級總線上，一個完整的系統由若干個L1級總線組成，每個L1級總線最多可連接123個傳感器。系統應用被設置為Slave模式的監測器（從站監測器）GP3482 9091 724來監視與其連接的傳感器的狀態，并控制顯示屏的顯示。系統可安裝多達480個的Slave模式監測器，它們中的任意一個都能由配置單元設置監測一定數量的傳感器。停車引導系統接線原理，如圖1所示。

L2級總線在系統中僅有一根，主要用來連接其他的Slave模式下的車位監測器，使一些連在L2總線上的，被設置為“summarizers”模式（即需要統計的master模式和master indicator模式）的車位監測器可以通過合計其他Slave模式車位監測器檢測到的空車位的數量得到總空車位數量，并將空車位數量發送到所連接的引導屏上進行顯示。

停車引導系統主要由主通道發生器、車位監測器、LED引導顯示屏、車位傳感器、被動LED指示燈、編碼和測試單元以及可選擇使用的中繼器和電源耦合器等組成。

圖1 停車引導系統接線原理圖

（1）主通道發生器

系統通過Dupline?主通道發生器（GP3496 0005 700）控制三線制總線。三線制總線包括信號線、DC電源線、公共地線，系統只需要這三根線就可以完成供電和Dupline?總線通信。為了使Dupline?和DC電源能共用地線，兩者必須同步。標準的DC電源在為傳感器供電之前，須先連接到主控模塊，與Dupline?載波信號同步。主通道發生器與傳感器的接線如圖2所示。

停車主通道發生器GP3496 0005 700 主要有以下四個功能：

◆ 充當Dupline?通道發生器，為3線系統供電；

◆ 提供RS232/RS422/RS485接口；

◆ 利用四個專用的Dupline?地址產生停車場引導系統的同步信號；

◆ 為L1總線上的傳感器供電。

（2）車位監測器

車位監測器連接于兩級獨立的總線，即L1和L2上。系統以L1級總線連接傳感器，L2級總線連接其他的“Master indicator”車位監測器或“Master”車位監測器；也可以通過RS485總線連接一個或幾個顯示屏。

該監測器共有四種模式：

◆ Slave模式，從L1總線上的123個傳感器中采集數據；

◆ Roof模式，依靠停車場入口和出口的傳感器來統計停車場中空車位數；

◆ Master模式，連接到L2級總線并統計整個停車場的空車位數量（Master車位監測器產生系統同步信號，每個系統只能有一個Master監測器）；

◆ Master indicator模式，連接到L2級總線并計算特定區域的空車位數。

（3）LED引導顯示屏

LED引導顯示屏用于顯示車位監測器送來的數據。LED顯示屏是一個多功能且能顯示多種圖形的屏幕，比如可以采用不同的顏色清楚地顯示動態文本、箭頭、殘疾人標志等。

（4）車位傳感器

在每個車位上方安裝一個超聲波車位傳感器，用來檢測車位是否被占用。該車位傳感器采用超聲波測距原理，能可靠地檢測車位上是否停放有車輛，不存在紅外、微波等檢測方式容易受外在環境變化或干擾的影響出現誤報的問題。車位傳感器由上而下發出超聲波，分析汽車或地面的反射波，精確測量出反射面到探測器的距離，由此判斷出準確的車位停車情況。

（5）LED車位狀態指示燈

LED車位狀態指示燈安裝于每個車位前，配合車位監測器使用，用于顯示該車位是否被占用：車位空閑時綠燈亮，車位占用時紅燈亮。駕駛員通過查看車位指示燈，從遠處即可知道停車位的狀態。

圖2 主通道發生器與傳感器的接線圖

（6）編碼和測試單元

編碼和測試單元是停車引導系統的編碼和測試設備，用于對傳感器和監測器進行編碼，以及在測試和維修環境中模擬、校準傳感器。

（7）中繼器和電源耦合器

在安裝過程中，當電纜很長或需連接的傳感器過多時可選用中繼器和電源耦合器。

3.3 反向尋車系統

在用戶返回停車場取車時，由于停車場樓層多、空間大，方向不易辨別，場景和標志物類似，用戶容易找不到車。智能尋車系統可以幫助用戶盡快找到車輛停放的區域，提高用戶的滿意度，同時加快停車場的車輛周轉，提高和增加停車場的使用率和營業收入。

目前的反向尋車有以下三種模式：

◆ 通過在停車場內不同區域涂抹不同的圖案（水果、動物、人名等）、顏色、字母、數字，在每個車位上編碼，幫助用戶識記車輛所在位置；這種方式簡單易行，不需要推廣，效果顯而易見且費用低廉，目前國內外多使用此方法；

◆ 車牌識別模式，即基于計算機視覺技術，利用前端攝像機實時回傳視頻圖像，獲得車輛的車牌號碼信息，并不斷更新數據庫系統，據此實現車輛定位——車輛最后出現于哪個分區，即可判斷其在該分區里；

◆ 刷卡定位模式，即利用停車場內分布于各個區域的刷卡定位終端進行刷卡定位；該模式定位精度更高，可靠性高，但是顧客在停好車后，必須按照提示在附近的刷卡定位終端上刷卡，否則無法定位。

3.3.1 車牌識別模式

車牌識別模式的智能尋車的流程是：在每個停車位前方安裝攝像機，實時抓拍停車位的圖像信息，并將抓拍到的車位圖像信息通過視頻線路傳輸給視頻切換處理器進行車牌識別，再通過網絡把識別后的車牌號碼傳輸到服務器數據庫中進行統一管理；當車主在安裝于停車場入口處的觸摸屏上輸入自己汽車的車牌號碼時，觸摸屏會調取服務器的數據，并在屏幕上顯示車主當前所在區域的地圖，地圖上會標明車主所處位置和其車輛所停放的位置。

3.3.2 刷卡定位模式

刷卡定位模式的智能尋車基于區域定位模式，利用分布于停車場內各個區域的定位終端進行定位，利用安裝在電梯或樓道口的查詢終端提供車輛所在位置查詢的服務，使用簡單、精度高、可靠、沒有誤差。

在該模式下，用戶停車入位后，車位引導系統即可感知到有車輛入位并啟動旁邊相應的智能尋車系統的刷卡定位終端進行聲光提示。用戶必須按照提示在附近的刷卡定位終端上刷卡，從而為車輛定位。激活終端采用聲光報警提示，防止用戶遺忘刷卡或刷錯位置；其余終端處于休眠狀態，以節約電能。

在該模式下，查詢車輛位置的操作十分簡單：車主只需就近找一個刷卡定位終端，直接刷卡查詢，顯示屏上就會顯示相應的車輛位置信息，包括車輛所在位置和從查詢地點到車輛所在位置的最近路線。也可以在電梯口處設置一個液晶觸摸屏以供查詢使用。

刷卡定位簡單易行，具有以下特點：

◆ 同時使用聲、光報警的方式提醒顧客及時刷卡，可有效地克服傳統刷卡定位系統顧客容易遺忘刷卡的缺點；

◆ 系統定位精度高，可以做到每幾根柱子一個查詢終端，覆蓋旁邊多個車位；

◆ 查詢點位多，每個終端都可以查詢，查詢方便；

◆ 系統結構簡單，聯網結構好，通信速率高，可以保證和車輛引導系統、收費系統、安防監控系統的數據交換共享，實現系統集成；

◆ 支持“一卡通”功能（使用IC卡），所用的卡可以是停車場發的臨時卡，也可以是商業中心發放的VIP客戶卡、積分卡、長期用戶的停車卡等，靈活方便；

◆ 系統可靠性高，技術簡單成熟，錯誤率極低，方便實用；

◆ 系統聯網簡單，使用成熟的串行通信方式，布線少，施工方便；

◆ 當終端附近的車位沒有車輛停放時，終端處于休眠狀態，只開啟一個輪廓燈表明其位置，當有車輛停入旁邊的車位或有顧客刷卡查詢時才激活，以達到節能的目的 。

4 結束語

綜上所述，對大中型停車場實施智能停車引導管理是非常必要的——不但可以提高停車場管理水平，提升服務質量，增加收入；還能節約大量的社會能耗成本，響應國家節能號召，增進社會和諧。

1 GB/T 50314-2006智能建筑設計標準[S]．北京：中國計劃出版社，2007．

2 JGJ 16-2008民用建筑電氣設計規范[S]．北京：中國建筑工業出版社，2008．