物聯(lián)網(wǎng)智能停車場(chǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

華北科技學(xué)院電子與信息工程學(xué)院 郭 昉 段佳勇

物聯(lián)網(wǎng)智能停車場(chǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

華北科技學(xué)院電子與信息工程學(xué)院 郭 昉 段佳勇

設(shè)計(jì)了物聯(lián)網(wǎng)智能停車場(chǎng)系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由Internet網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、上位機(jī)、ZigBee 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、ZigBee 控制與采集節(jié)點(diǎn)四個(gè)部分組成，軟件部分包括PC 上位機(jī)軟件程序的設(shè)計(jì)和ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器和各功能節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了基于 ASP．NET技術(shù)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)，具備遠(yuǎn)程控制和查詢功能。

物聯(lián)網(wǎng)；智能停車場(chǎng)；硬件設(shè)計(jì)；軟件實(shí)現(xiàn)

1.引言

近年來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)領(lǐng)域，我國(guó)在制定“十二五”規(guī)劃時(shí)更是將物聯(lián)網(wǎng)納入“十二五”專題規(guī)劃。在國(guó)內(nèi)，物聯(lián)網(wǎng)主要應(yīng)用于智能家居系統(tǒng)的構(gòu)建，煤礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)等[1-3]。在物聯(lián)網(wǎng)中，又以無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用最為廣泛，而Zigbee技術(shù)則是無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的熱門技術(shù)。Zigbee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[4]。目前，zigbee技術(shù)成為了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信方式的首選。

與此同時(shí)，基于物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線傳感網(wǎng)和Zigbee技術(shù)的智能停車場(chǎng)的設(shè)計(jì)也較多[5-6]，但大多數(shù)停車場(chǎng)都著眼于實(shí)現(xiàn)智能停車入庫(kù)，車輛引導(dǎo)等功能，遠(yuǎn)程操控及預(yù)定功能較少，本文設(shè)計(jì)的智能停車場(chǎng)系統(tǒng)以ZigBee通信技術(shù)為基礎(chǔ)，較好地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控和了解停車位詳細(xì)情況等問(wèn)題。給出了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的軟件和硬件設(shè)計(jì)方法。

2.停車場(chǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

停車場(chǎng)系統(tǒng)的硬件部分主要由電腦上位機(jī)、協(xié)調(diào)器和節(jié)點(diǎn)電路板、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和傳感器組成。電路的組成原理框圖如圖1所示。

圖1 停車場(chǎng)系統(tǒng)原理框圖

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

智能停車場(chǎng)系統(tǒng)的軟件部分包括網(wǎng)絡(luò)，電腦上位機(jī)，zigbee協(xié)調(diào)器和zigbee節(jié)點(diǎn)。

下面主要介紹終端節(jié)點(diǎn)探測(cè)停車位是否有車這個(gè)過(guò)程是如何實(shí)現(xiàn)的。

首先需要設(shè)置的是設(shè)備的IO口，將其設(shè)置到電平監(jiān)測(cè)狀態(tài)，這個(gè)過(guò)程可以通過(guò)配置單片機(jī)CC2530的I的SEL和DIR寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)。之后通過(guò)不斷地監(jiān)測(cè)由停車位上的紅外傳感器發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)電平來(lái)判斷是否有車。在紅外傳感器上，高電平表示紅外線未被遮擋即無(wú)車，低電平表示紅外線受阻即有車。若有車輛停靠在停車位上，則該停車位的紅外線會(huì)被車所阻擋，因此紅外傳感器便會(huì)由高電平變成低電平。單片機(jī)通過(guò)捕獲 IO口電平的跳變來(lái)檢測(cè)停車位的占用信息。之后，通過(guò)調(diào)用 AF_DataRequest 函數(shù)來(lái)將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)發(fā)送給協(xié)調(diào)器。終端節(jié)點(diǎn)的主要功能介紹完畢。

在電腦上位機(jī)中，系統(tǒng)使用了兩個(gè)分別名為“節(jié)點(diǎn)信息數(shù)組”和“控制信息數(shù)組”來(lái)存儲(chǔ)由zigbee節(jié)點(diǎn)收集的停車位信息和用戶通過(guò)網(wǎng)絡(luò)下達(dá)的控制信息。電腦上位機(jī)軟件用上述兩個(gè)數(shù)組來(lái)處理信息將會(huì)變得非常容易。

軟件具體流程圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)軟件流程圖

3 智能停車場(chǎng)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.1 硬件連接

智能停車場(chǎng)綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的實(shí)物圖如圖3所示。

圖3 智能停車場(chǎng)綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)實(shí)物圖

圖4 具體硬件連接圖的展示

硬件連接部分主要包含ZigBee節(jié)點(diǎn)，紅外線傳感器和繼電器之間的連接。ZigBee節(jié)點(diǎn)連接最主要的問(wèn)題是共地電平和傳感器引腳的連接。具體連線如圖4（a）所示。控制各個(gè)交流信號(hào)燈的繼電器連接方法如圖4（b）所示。我們給每個(gè)繼電器都做了標(biāo)號(hào)，方便學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出故障時(shí)及時(shí)查找。此外，采用面包板制作零線排、5V、12V 電源排，方便繼電器、傳感器、指示燈的連線。

圖5 車位狀態(tài)結(jié)果顯示

由于該停車場(chǎng)內(nèi)的信號(hào)指示燈是工作在 12 V電壓上的，因此對(duì)于所有的信號(hào)燈都采用單一的12 V直流穩(wěn)壓電源來(lái)供電。繼電器作為信號(hào)指示燈的開(kāi)關(guān)，受到單片機(jī)I/O口的控制，當(dāng)單片機(jī)上與繼電器相連接的I/O引腳輸出高電平時(shí)，繼電器打開(kāi)，信號(hào)指示燈和電源相連，正常工作；當(dāng)單片機(jī)上與繼電器相連接的 I/O引腳輸出低電平時(shí)，繼電器關(guān)斷，信號(hào)指示燈和電源斷開(kāi)。

3.2 車位狀態(tài)調(diào)試

當(dāng)停車位沒(méi)有車并未被預(yù)定時(shí)，車位的綠燈亮，其余燈不亮。上位機(jī)相應(yīng)部分顯示綠色顏色塊表示車位空閑， 用戶可以將車停入。當(dāng)車位有車時(shí)，紅燈亮，其余燈不亮。上位機(jī)部分顯示紅色顏色塊。具體調(diào)試結(jié)果如圖5所示。

4.結(jié)束語(yǔ)

本文采用了無(wú)線傳輸ZigBee技術(shù)，綜合傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了基于物聯(lián)網(wǎng)的智能停車場(chǎng)系統(tǒng)。詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的軟件和硬件具體實(shí)現(xiàn)方法。系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了基于ASP.NET技術(shù)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)的設(shè)計(jì)，讓系統(tǒng)具備遠(yuǎn)程控制和查詢功能。實(shí)踐證明系統(tǒng)工作穩(wěn)定、可靠，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

[1]馬建云,袁斌斌,趙彬,郝尊瑞．基于zigbee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的煤礦監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]．測(cè)控技術(shù),2012,31(8):83-86．

[2]鐘科,陳向東．基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居服務(wù)網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)[J]．通信技術(shù),2012,45(248):65-67．

[3]胡向東,韓愷敏,許宏如．智能家居物聯(lián)網(wǎng)的安全性設(shè)計(jì)與驗(yàn)證[J]．重慶郵電大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),26(2):171-176．

[4]葛廣英,葛菁,趙云龍．Zigbee原理、實(shí)踐及綜合應(yīng)用[M]．清華大學(xué)出版社,2015,8．

[5] 李宏俠,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧園區(qū)停車場(chǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D]．長(zhǎng)安大學(xué)碩士學(xué)位論文,2013．

[6]王作成,擺玉龍,基于zigbee技術(shù)的智能車庫(kù)系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[J]．測(cè)控技術(shù),2013,32(1):69-71．

圖1 科普?qǐng)鲳^漫游

3．2．2 場(chǎng)館導(dǎo)航實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)中具有導(dǎo)航功能的方向指示箭頭、雷達(dá)、縮略圖和導(dǎo)航地圖等都是利用皮膚編輯器制作的。例如，利用Photoshop制作場(chǎng)館縮略圖，然后全景圖制作時(shí)在Pano2VR的皮膚編輯器中添加制作好的縮略圖，并在地圖中相應(yīng)的場(chǎng)景中添加按鈕，實(shí)現(xiàn)與單視點(diǎn)場(chǎng)景的關(guān)聯(lián)。

4.實(shí)例展示

采用本文討論的方式生成了某科普?qǐng)鲳^的全景漫游系統(tǒng)。依據(jù)場(chǎng)景導(dǎo)航，用戶可實(shí)現(xiàn)交互式漫游，控制顯示方向和變換場(chǎng)景，并對(duì)感興趣的場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)放大觀察。某科普?qǐng)鲳^系統(tǒng)漫游展示效果如圖1所示。

5.結(jié)語(yǔ)

基于全景圖的科普?qǐng)鲳^漫游系統(tǒng)不僅制作方法簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)，而且系統(tǒng)沉浸感、交互性強(qiáng)，極大地豐富了用戶體驗(yàn)，寓學(xué)于樂(lè)，更易為人們所接受，是青少年科技教育的一個(gè)極好課堂。

參考文獻(xiàn)

[1] 張春龍．360°全景漫游在數(shù)字博物館虛擬展示設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[D]．北京印刷學(xué)院,2012．

[2] 黃國(guó)政．基于Pano2VR的交互式校園全景漫游系統(tǒng)的研究[J]．軟件工程師,2015,18(1):17-18．

廊坊市科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2016011015）“物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)演化模型研究與應(yīng)用”；廊坊市科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2016011050）“自適應(yīng)無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)的研究及其在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的應(yīng)用”。