基于物聯網技術的智能停車場系統的設計

錢承山 蔣奇峰 茅韻怡 馬闖 李雪晴

摘 要：針對傳統停車場帶來的停車效率低，停車場管理不便等問題，利用物聯網相關技術，將軟件、硬件相結合，設計了一種基于物聯網技術的智能停車場管理系統。該系統將用以CC2530芯片為核心的ZigBee模塊實現定位功能，采用RFID-RC522模塊實現車輛進入停車場的初始計時，而采用US-100超聲波測距模塊、單片機STC89C54RD+芯片和終端檢測節點構成空車位檢測系統。在手持終端和上位機軟件的設計上，選取Visual Studio 2013和Qt作為開發平臺，并使用C#作為開發語言，系統上位機和下位機通過串口進行數據交流。實際應用證明，該系統使用方便，軟硬件系統穩定，效果良好。

關鍵詞：ZigBee；RFID；超聲波；停車場

中圖分類號：TN409 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）07-00-02

0 引 言

由于居民生活水平的提高以及汽車產業的發展，城市車輛的數量大幅度增長，因而產生了停車難，交通擁堵等問題。其中，停車位不足以及不能高效利用更是加重了停車難、違章亂停等現象。傳統的停車場已經不能適應城市的現狀[1]。在國內，為解決傳統停車場帶來的諸多問題，部分停車場已采用新型停車場設備，在一定程度上緩解了傳統停車場帶來的停車壓力，但仍未從根本上解決停車問題[2]。與此同時，國外的智能停車場設備也開始在較多的停車場中投入使用[3]。功能完善的智能化停車場設備能夠緩解城市現有的交通壓力，改善停車環境，給車主提供便捷快速的停車服務。

1 系統總體設計概述

本文提出了一種基于物聯網技術的智能停車場系統，該系統采用的技術方案包括ZigBee組網技術及定位技術，單片機技術，超聲波傳感器技術，RFID技術，Linux系統軟件開發技術，VS平臺軟件開發技術，Qt平臺軟件開發技術。該智能停車場系統具有上位機綜合管理，空車位檢測，車輛定位等功能。總體結構框圖如圖1所示。

2 系統詳細設計

2.1 協調器和節點的硬件設計

本系統在協調器和節點的設計上均采用TI公司生產的以CC2530為核心芯片的ZigBee模塊，CC2530芯片的片上系統集成度高。它的高性能處理能力足以滿足以ZigBee為基礎的相關應用。CC2530 是用于2.4 GHz、ZigBee 和RF4CE 應用的一個真正的片上系統（SoC）解決方案[4]。它的材料成本低，能建立強大的網絡。CC2530結合了RF 收發器的優良性能，具有業界標準的增強型8051 CPU，系統內可編程閃存，8 KB RAM和許多其它強大的功能。CC2530 具有不同的運行模式，使得它尤其適應超低功耗要求的系統，運行模式之間的轉換時間短，進一步確保了低能源消耗[5]。

2.2 協調器的程序設計

協調器是ZigBee網絡的重要組成部分，硬件上采用CC2530模塊，軟件上，在ZStack-1.4.2-1.1.0協議棧的基礎上，在IAR7.30B開發環境下進行軟件開發。協調器在整個系統中起到數據傳輸中介的作用，是上位機、各個硬件模塊、下位機進行數據連接的橋梁[6]。在協調器的設計過程中，首先對其硬件、時鐘、協議棧、串口等進行初始化，然后開始組建網絡。在網絡組建成功后，協調器和PC機控制端通過RS 232進行串口連接[7]。在整個系統中，協調器將上位機發送的信息指令送達各終端節點，接收各終端的信息并發送到上位機，從而實現上位機和各終端的實時通信。協調器程序設計流程圖如圖2所示。

2.3 節點的程序設計

2.3.1 參考節點的程序設計

本系統采用CC2530模塊作為參考節點，主要用來實現車輛定位功能，由于系統在定位算法上使用RSSI算法，參考節點的主要作用是把待檢測節點的RSSI值提取出來發送到終端[8]。參考節點是靜止的，由人工放置，參考節點的數量根據需求而定，本系統設置4個參考節點。在具體的應用過程中，首先需要在上位機上設置參考節點的位置和相應的ID，然后再進行數據處理。參考節點程序設計流程圖如圖3所示。

2.3.2 待測未知節點的設計

待測未知節點在實際應用中即指每一個進入停車場的車輛，在本系統中供車主使用的手持終端由未知節點和基于Linux系統的軟件服務終端組成[9]，未知節點采用CC2530模塊，設計流程圖如圖4所示。未知節點可以主動發出定位請求也可以通過上位機命令被動定位，本系統采用的技術方案為上位機通過協調器下達的命令來發送接收RSSI信號，并經過數據處理將未知節點的位置信息顯示在軟件服務終端上，從而車主可以獲取自己在停車場內的位置信息[10]。

2.4 RFID射頻計時模塊設計

本系統采用RFID-RC522模塊作為該部分核心模塊，該模塊具有觸發車輛停車計時開始與結束的功能，車主在進入或駛出停車場時，使用相應的RFID標簽在讀卡器上刷卡，讀卡器將相關信息實時傳送給上位機車輛管理軟件，快速統計出車輛的停車時間[11]。RFID射頻計時模塊通信流程圖如圖5所示。

2.5 超聲波車位檢測模塊設計

本系統的超聲波車位檢測模塊的最小系統由超聲波檢測模塊US-100，單片機STC89C54RD+芯片和終端檢測節點組成，US-100超聲波測距模塊可實現2 m～4.5 m的非接觸測距功能，滿足停車場空車位檢測的精度需求，同時該模塊具有多種通信方式，內帶看門狗，工作穩定可靠[12]。US-100超聲波測距模塊的測距信息經STC89C54RD+芯片處理后通過終端檢測節點和協調器將信息上傳至上位機，上位機接收信息后在軟件相應部分顯示空車位信息。超聲波車位檢測模塊流程圖如圖6所示。

2.6 手持終端軟件和上位機管理軟件的設計

2.6.1 手持終端軟件的設計

手持終端軟件開發是以Linux為系統環境，界面和功能開發均在跨平臺開發工具Qt上完成[13]。手持終端的主要功能是方便車主實時獲取自己在停車場內的位置信息，從而能夠快速找到停車位，提高停車效率。

2.6.2 上位機管理軟件的設計

本系統上位機的主要功能是設置系統參考節點，監視停車場車位信息及車輛位置并實現對停車場內車輛的綜合管理。在開發工具上選用Visual Studio 2013，基于.NET Framework 4.5.2 。上位機和協調器之間采用串口通信。

3 結 語

本文提出了一種基于物聯網技術的智能停車場系統的設計方案。該系統結合了多種與物聯網相關的技術，本文以該系統所處的社會背景為基礎，分別從整體設計和詳細設計方面對該系統進行介紹分析。該系統的主要功能模塊為協調器和節點、超聲波空車位檢測模塊、RFID射頻計時模塊、手持終端和上位機管理軟件，所實現的功能包括空車位檢測、車輛停車時間記錄、停車場綜合管理等。本系統在實際應用中能夠為車主在停車場內停車提供便利，為停車場管理提供有效的管理措施，這在一定程度上緩解了城市的交通壓力。

參考文獻

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