基于物聯網技術的小區智能停車系統設計

李瑋瑤，王飛飛，呂海蓮

（平頂山學院 河南 平頂山 467000）

隨著我國經濟水平的飛速發展，我國私家車擁有量逐年急速上升，小區車位的智能化管理已經成為提升住戶居住環境，物業服務水平的重要工作[1]。近幾年物聯網技術的不斷發展，紅外感應器、射頻識別 （RFID）、M2M、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備越來越多的被應用到各行各業的智能化管理中，以實現對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理[2]。目前我國大多數小區的車位管理還停滯在人工管理、缺乏統一標準和技術規范、缺乏統一的資源平臺管理的狀態[3]。因此，本文在分析現有小區停車管理系統的基礎上，采用新型的射頻識別技術和無線通信技術，設計了一種基于物聯網的智能停車管理系統，該系統主要包括車輛自動識別、車輛自動引導基本模塊和數據處理核心模塊等部分，能夠實現車輛識別、車位預約、停車引導等功能。

1 系統總體設計

1.1 系統架構設計

本小區智能停車系統采用2.5G/3G通信技術完成管理軟件和控制節點間的信息傳輸，通過在小區內所有停車場區域及停車位布放無線傳感節點從而形成一個無線傳感網（停車位自組網絡），利用該網絡完成停車和道路信息情況的監控和數據采集，并由數據處理中心完成相關數據的處理。系統由車輛識別模塊、停車引導模塊、信息傳輸模塊、數據處理中心模塊組成[4]。系統總體架構設計如圖1所示。

圖1 系統總體架構圖Fig.1 System overall design

車輛識別模塊負責對小區出入車輛的ID信息進行駣集、傳輸。

停車引導模塊包括負責接收車位預定請求，自動計算最優停車位，反饋預定結果和停車引導地圖，根據停車時間計算停車費用。

數據信息傳輸模塊通過2.5G/3G通信技術負責將采集到的數據傳遞給數據處理中心，數據采集則通過在社區內設置多個傳感器構成協同感知網絡實現[5]。

數據處理中心模塊負責將各個模塊傳遞過來的數據進行分析、處理，并發布相關的處理指令。

1.2 系統硬件選擇

ZigBee技術是一種新型短距離無線通信技術，在WSN中有著廣泛的應用，具有應用簡單、功耗低、成本低、可靠性高等特點[6]。本系統本著可靠、易用原則選用ZigBee技術進行車輛識別和車位監測，系統采用的主要硬件有：

車載電子標簽：Freescale公司的MC13213芯片，該芯片平常處于低功耗休眠狀態，當被采集器喚醒后無線發送車輛的ID數據，之后立即回到休眠狀態。

停車位測控節點：Freescale公司的MC13213芯片。

停車場主控節點：由2個MC13213無線傳感網絡微控制器完成控制、GTM900B （華為 GPRS）和 EM770W （華為WCDMA 3G）兩個遠距離無線通信模塊完成通信。

數據收發處理：ColdFire系列芯片MCF52223，該芯片可以通過SCI接口或USB接口與EM770W進行通信，與3G/2.5G模塊接口便捷[7]。

2 系統實現

本系統由基礎模塊和核心模塊組成，基礎模塊包括車輛識別模塊和停車引導模塊，核心模塊為數據處理中心模塊，下面對這3個模塊的設計進行詳細描述。

2.1 車輛識別模塊

2.1.1 模塊結構設計

該模塊采用射頻識別技術，通過采集器掃描車載電子識別標簽，對小區出入車輛的信息進行自動駣集后實時發送信息到數據處理中心，由數據處理中心對數據進行分析和處理，通過調用其他相關功能模塊，計算出最佳停車路線，共同完成智能化停車。車輛識別模塊主要由車載信息、前端信息采集、信息傳輸、數據處理、系統營運中心及用戶端應用系統六部分組成，該模塊的結構設計如圖2所示。

圖2 車輛識別模塊結構圖Fig.2 Structure chart of vehicle identification module

前端信息采集單元負責對車輛即時狀態信息進行采集；信息傳輸模塊負責把采集來的信息傳遞給后面的數據處理中心；數據處理中心主要負責分析處理各處傳來的數據信息，執行相關請求，并把執行結果傳送出去；系統營運中心以及用戶終端應用系統等則負責與用戶的交互，把數據處理結果以用戶容易理解的形式給傳遞給用戶。

2.1.2 車輛識別模塊中數據傳輸

為確保采集器對車載電子識別標簽準確讀取，防止其他電磁波信號的干擾[8]，當采集器發出讀取信號，首先處理模塊采用曼徹斯特編碼方式對讀取信號進行編碼處理，再將編好的信號發送給電子識別標簽，電子識別標簽則將收到的信號進行相應的解碼和分析。為保證采集數據的完整性駣用奇偶校驗和循環冗余校驗的糾錯檢錯機制，原理如圖3所示。

圖3 信號傳輸原理圖Fig.3 Schematic of signal transmission

2.2 停車引導模塊

停車引導模塊由信息采集、控制中心、通信傳輸、信息發布等部分組成，其工作流程設計如圖4所示。

圖4 停車引導模塊流程圖Fig.4 Flow chart of parking guidance module

其中，信息采集部分主要針對車位使用和實時道路狀況等信息進行采集，采用中心計算機式采集方法，由車位測控節點和道路測控節點組成。以車位測控節點為例說明節點控制程序設計，程序主要由3個部分組成，第一部分完成系統初始化和變量定義，第二部分完成車載電子標簽信息的獲取，第三部分完成對是否有數據幀需要被處理的判斷，并執行相應操作。

車位測控節點接收到從車載電子識別標簽發來的車輛ID信息后，打開車位擋車器，通過2.5 G或3G模塊將ID信息發送至控制中心服務器，更新車位的使用情況。

用戶可通過通過網絡預訂車位時，控制中心將該ID信息傳給車位測控節點，只有該ID車輛到達時，才打開擋車器。

2.3 數據處理中心模塊設計

2.3.1 數據接收

數據接收基于RF-ZigBee模塊完成。首先判斷來自各個模塊數據幀是否正確、合法，對合法數據幀進行處理后通過SCI模塊發送到2.5G/3G數據處理模塊。每當數據接收模塊收到一個IRQ中斷，中斷處理程序就開始接收數據幀并將數據放入緩存。應用程序通過循環掃描方式查看緩存區是否有數據，一旦發現數據就取出并進行有效性檢查和相應處理最后轉發數據。為確保及時收集系統資源，將已發送數據幀緩存區定時清除。

2.3.2 發送數據

發送數據同樣基于RF-ZigBee模塊完成。發送數據部分負責偵聽串口數據、解析數據幀、判斷數據的有效性和合法性、處理數據幀、發送數據幀給傳感網絡。

2.3.3 中斷處理函數設計

主要包括IRQ中斷和UART的中斷。使用了IRQ3和UART0/USB中斷。IRQ3負責同步接收串口的數據。每次出現IRQ3中斷，將接收計數標志清0。UART0/USB負責接收數據，每接收到一個數據，接收計數標志加1，直至達到數據幀的長度后作對應的校驗，若正確將置對應的標志位

2.3.4 數據處理主函數設計

該函數主要由兩部分組成，第一部分完成對控制中心的GPRS/WCDMA模塊發送的數據進行監聽和處理、處理后通過串口同步信號和UART0發送到MC13213無線傳感網絡主控節點模塊。第二部分完成對USB/UART接收數據的監聽和解析、封裝為數據幀，通過GPRS/WCDMA模塊發送到監控中心的服務器上。

3 結束語

本小區智能停車管理系統實現了車輛識別、車位預約、停車引導等功能，通過ZigBee，無線傳感網、RFID、2.5G/3G通信等技術完成了“車—停車位—停車場”相互感知，幫助小區物業工作者擺脫了人工指揮、停車難、停車亂、工作效率低下的現狀，既方便了車主也使小區物業管理更加自動化、規范化。實際應用說明，本文的工作具有較高的產業化價值。

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