基于物聯網的智能停車場管理系統設計及實現

張素紅++李博++吳飛++楊廣達

摘 要：隨著汽車工業的迅猛發展，我國汽車擁有量急劇增加，停車場作為交通設施的重要組成部分，人們對其管理的要求也不斷提高，都希望管理能夠達到方便、快捷以及安全的效果，并且停車場的規模也在不斷擴大。停車場的規模各不相同，對其進行管理的模式也有不同之處，管理者需要根據自身的條件，選擇應用經濟、穩定的管理程序，以免選擇高成本的管理系統。文章旨在設計一套包括高級管理員管理模塊、普通管理員管理模塊、用戶管理模塊的大規模停車場管理系統，并從系統整體框架設計、系統硬件設計、系統軟件設計以及軟件測試等幾個方面進行闡述，希望在實用性方面具有自己的特色并保持一定的可擴展性。

關鍵詞：汽車工業；停車場管理系統；實用性；可擴展性

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2015）11-00-04

0 引 言

目前隨著我國經濟的不斷發展，人們的生活水平不斷提高，城市化和城鎮化被列為我國經濟發展的一個方向，急劇增長的城市人口和不斷擴大的城市規模在為城市交通帶來更大的發展機遇的同時，也將使城市交通面臨更大的挑戰。最近幾年汽車工業也在迅猛發展，私家車數量也在急劇增多，人們將面對日益突出的“停車難”現象[1]。我國的智能停車場管理系統市場興起在2001年，目前還處于初級發展階段，各種品牌不斷涌現，市場比較混亂，歸結起來其現狀主要表現為以下幾點：市場上品牌繁雜，沒有形成主流品牌；產品可靠性較低，技術含量不高；成套設備的系統多由集成商提供，能提供成套設備的生產廠家不多，系統穩定性、可靠性不易控制；部分商家售后服務不到位；系統智能化程度較低，如車位引導系統應用不多；從趨勢上看，智能停車場管理系統應向更高程度的智能化、合理化、人性化方向發展。

隨著互聯網的迅速發展，“物聯網概念”也逐漸進入人們的視線。“物聯網概念”是在“互聯網概念”的基礎上，將其用戶端延伸和擴展到任何物品與物品之間，進行信息交換和通信的一種網絡概念，它是現代信息技術與經濟社會發展到一定程度的必然階段[2]。與其說物聯網是網絡，不如說物聯網是業務和應用。因此，應用創新是物聯網發展的核心，以用戶體驗為核心的創新2.0是物聯網發展的靈魂。隨著生產社會化以及智能化的發展，物聯網技術應運而生，它是傳統商品與信息網絡深層次結合的產物。基于物聯網的智能停車場管理系統可方便管理員更好的對停車場進行管理，同時滿足和方便用戶使用。基于物聯網的智能停車場管理系統利用軟件技術、自動化技術、網絡技術、數據庫技術等手段，實現了車位檢測、高級管理員對普通管理員的管理、普通管理員對用戶的管理、用戶的注冊與登錄、用戶停車位的選擇、用戶查看停車位、用戶網上付費等功能。

1 系統整體框架設計

物聯網是將各種信息傳感設備與互聯網結合起來而形成的一個巨大網絡，可使所有的物品與網絡連接，實現了物的智能化識別和管理操作[3，4]。智能停車場管理系統整體架構采用的分層設計方法，基于物聯網系統架構一般采用三層結構，從下到上依次包括感知層、網絡層和應用層。本系統在系統架構設計中，根據實際應用在網絡層和應用層之間添加一個用戶層，通過添加用戶層，用戶可以通過手機完成注冊、登陸、選擇停車位、查看停車位、網上付費等功能。

本文介紹的是基于物聯網的停車場管理系統根據感知層、網絡層、用戶層、應用層可實現的功能結構圖如圖1所示。

感知層的通信范圍與傳統的互聯網通信不同。停車場管理系統的感知層主要是對停車位信息的采集。在感知層利用紅外遙控傳感器對停車位的信息進行感知，紅外遙控傳感器是一對紅外遙控收發裝置，采用38 kHz的載波頻率發送無線波，接收到高電平，當停車位上有車時，會遮蔽無線波，此時會接收到低電平，紅外遙控傳感器就會把“有車”的信號發送給ZigBee模塊。

網絡層的主要功能是把感知層感知到的數據利用處理器單元對數據進行分析處理，把相應數據通過WiFi射頻收發模塊快速、可靠地傳輸到服務器端，使數據通過停車場和停車場辦公網絡進入上位機系統。

應用層的主要功能是對網絡層發送過來的數據進行分析與處理，并通過Web客戶端操作頁面，實現對停車場的遠程監測與數據分析功能。同時，也可通過Web終端獲取停車場內的情況，例如，停車位感應器是否正常、停車場共有多少輛車等。

圖1 基于物聯網的智能停車場管理系統架構

2 系統硬件設計

智能停車場管理系統硬件設計主要包括數據采集系統設計、數據傳輸設計與顯示系統設計。數據采集系統由紅外遙控傳感器、Stm32單片機、ZigBee協議采集器、集中器模塊等組成，能快速、準確獲取智能停車場停車位的數據，達到數據與設備匹配，集中器對于上位機發來的數據會判斷其格式是否符合376.2應用協議，如果發現上位機發來的數據不符合應用協議，集中器會把它忽略，這樣就成功解決了數據錯亂等問題。數據傳輸主要由集中器、WiFi無線網絡和上位機組成，不僅保證了數據的傳輸速率，同時也保證了數據的傳輸距離，這樣就避免因網絡中斷造成數據丟失等問題。此外，顯示系統主要由停車場管理平臺計算機組成。

2.1 感知層設計

停車場管理系統底層通過紅外遙控傳感器感應停車位狀態（是否有車），紅外遙控傳感器將停車位狀態信號經過Stm32單片機，Stm32單片機控制ZigBee自組網發送給ZigBee協議采集器，采集器將采集上來的數據進行處理和存儲。采集器與集中器通信采用ZigBee無線通信模塊，采集器平時處于接受狀態，如果采集器收到集中器指令，采集器就會按照集中器指令內容操作，將相應采集器的有關數據通過無線通信模塊送至集中器。集中器可以定時或實時對下轄的采集器進行數據抄收，并進行存儲。當上級設備——停車場管理平臺計算機調用數據時，集中器上的WiFi通信模塊通過無線網絡將存儲的數據打包上送。停車場管理平臺計算機可以對集中器，并通過集中器對采集終端進行各種操作。

2.2 網絡層設計

數據通信是停車場數據采集與停車場數據統計與分析進行數據通信的中間環節，本系統主要采用WiFi網絡技術與ZigBee技術進行開發。WiFi是一種可以將個人電腦、手持設備（如pad、手機）等終端以無線方式互相連接的技術，事實上它是一個高頻無線電信號。

ZigBee自組網可采用星狀、片狀和網狀網絡結構，由一個主節點管理若干子節點，最大一個主節點可管理254個子節點，同時主節點還可以由上一層網絡節點管理，最多可組成多達65 000個節點的大網。同時，ZigBee的響應速度較快，一般從睡眠狀態轉入工作狀態只需要15 ms，節點連接進入網絡只需要30 ms，進一步節省了電能。由于ZigBee自組網傳輸是動態路由，所以可以隨時進行調整，保證了數據傳輸的可靠性[5]。通過ZigBee自組網的方式將數據傳輸到集中器，然后再通過 WiFi的方式發送回停車場管理平臺計算機的停車場管理系統。

2.3 應用層設計

停車場管理系統采用Web技術，任何一臺訪問相應的網址都可以通過瀏覽器對停車場管理系統的數據進行查看、刪除、修改、更新（必須為停車場內的管理員），例如，對停車場參數的設置、用戶的管理、管理員檔案管理、車輛管理等。

3 系統軟件設計

3.1 停車位信息采集設計

本文設計的基于物聯網的智能停車場管理系統軟件主要利用keil軟件采用C語言開發。基于當前智能停車場中存在的問題，所設計的系統停車位信息采集流程如圖2所示。

圖2 系統停車位信息采集流程圖

3.2 網絡Web設計

智能停車場管理系統網絡Web設計采用Java語言，利用myeclipse軟件，同時采用Spring、Struts2、Hibernate三大框架進行開發。Struts是基于 MVC 模式的 Web 應用最經典框架，兩個項目Struts 和webwork已經集成，成為現在的Struts2；Spring是一個輕型的容器，利用它可以使用一個外部 XML 配置文件方便地將對象連接在一起，每個對象都可以通過顯示一個 JavaBean 屬性收到一個到依賴對象的引用，開發人員只需要在一個 XML 配置文件中把它們連接好；Hibernate 是一個純 Java 的對象關系映射和持久性框架，它可以讓開發人員用 XML 配置文件把普通 Java 對象映射到關系數據庫表，使用 Hibernate 能夠節約大量項目開發時間，因為整個 JDBC 層都由這個框架管理[6]。在此系統中，設置了最高管理員和普通管理員，最高管理員可以對普通管理員進行權限設置；最高管理員擁有最高權限，登陸成功后，可以查看所有的網頁；普通管理員登陸成功后，只能訪問相應的網頁。停車場管理系統網絡Web設計功能如圖3所示。

圖3 停車場管理系統網絡Web設計功能圖

3.3 Android手機App設計

智能停車場管理系統中Android手機App開發采用Java語言、利用eclipse軟件進行開發，此設計給用戶帶來了極大的方便。Android手機App設計功能圖如圖4所示。

圖4 手機App設計功能圖

智能停車場管理系統中Android手機App的開發設計，主要是為用戶設計。在此系統中，用戶可以下載停車場系統的Android手機App軟件，打開智能停車場Android手機App軟件，用戶可以進入主界面；單擊“登錄系統”按鈕，會進入身份驗證的界面；如果用戶還沒有注冊，則用戶需要先注冊；登陸成功后，用戶可以搜索想使用的停車場，選擇停車位；當用戶離開停車場時，可以查看自己所選擇的停車位，確定自己停車的位置；用戶可以刷卡或網上付費。

4 智能停車場管理系統軟件測試

4.1 智能停車場管理系統網絡Web測試

智能停車場管理系統網絡Web測試如圖5（a）、圖5 （b）、圖5 （c）所示，分別為智能停車場管理系統管理員的登陸界面、高級管理員成功登陸智能停車場管理系統網頁的部分軟件界面（管理員檔案管理）、普通管理員成功登陸智能停車場管理系統網頁的部分軟件界面（停車位管理）。

（a） 管理員登錄界面

（b） 高級管理員登錄系統網頁

（c） 部分軟件界面

圖5 停車場管理系統網絡Web軟件部分功能運行圖

4.2 智能停車場管理系統Android手機App測試

智能停車場管理系統Android手機App測試如圖6 （a）、圖6 （b）、圖6 （c）所示，分別為用戶注冊界面、用戶登陸界面、用戶選擇停車位界面。

（a） 用戶注冊界面 （b）用戶登錄界面 （c）用戶選擇停車位界面

圖6 停車場管理系統手機App軟件部分功能運行圖

5 結 語

本文設計的智能停車場管理系統采用spring、struts2、hibernate三大框架進行開發，實現了高級管理員和普通管理員的各項功能，同時為用戶開發了Android手機App軟件，實現了客戶端和服務器之間的傳輸。用戶可以下載智能停車場的Android手機App軟件，進行注冊、登陸、網上付費以及對停車位的操作，整個系統在實用性方面保持了自己的特色。

參考文獻

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[4] Chrision P M..Security and privacy challenges in the internet of things[A]. Germany： Electronic Communications of the EASST， 2013： 1-12.

[5] 武永勝， 王偉， 沈昱明.基于ZigBee技術的無線傳感器網絡組網設計[J]. 電子測量技術， 2009， 32（11）：121-124.

[6] 陳亞輝. Struts 2 + Spring + Hibernate框架技術與項目實戰[M].北京：清華大學出版社， 2012.