基于微信硬件云的智能車位鎖系統設計

張宏鵬 尹小亮

(西安工業大學電子信息工程學院 西安 710021)

基于微信硬件云的智能車位鎖系統設計

張宏鵬 尹小亮

(西安工業大學電子信息工程學院 西安 710021)

為了方便快捷實現車位鎖的遠程控制,設計了基于微信硬件云的智能車位鎖系統。該系統主要由WiFi通訊模塊、電機驅動模塊、紅外傳感器模塊、溫濕度傳感器模塊、微信硬件云、設備應用層和微信客戶端組成。文中給出了系統的硬件電路設計方案、軟件設計流程圖以及整個系統的工作流程圖。經測試,該系統功耗低、操作簡便、實時性好。

微信硬件云; 智能車位鎖; 設備應用層; WiFi

Class Number TN929.5

1 引言

“停車難”一直是市政交通的傳統頑疾,爆炸式增長的機動車輛和日漸萎縮的車位數量成了難以調和的矛盾,對此,廣大車主以及政府職能部門均頭疼不已[1]。

為了解決這個問題,不得不提到資源共享,共享經濟模式正在不斷改變我們的生活,如果將閑置的車位合理利用,在一定程度上緩解“停車難”的同時,還可以為車位主帶來一定的收入[2]。此種共享模式是通過物聯網作為媒介來實現的,微信直連是最優的物聯網解決方案[3]。本設計通過微信控制車位鎖,幫助停車位”自動上鎖解鎖”以及幫私人車主”出租車位”；智能車位鎖是這個系統運轉的實體介質,通過WiFi傳輸,用戶可以通過微信控制車鎖的升降架實現”自動上鎖解鎖”。而在微信端,用戶可以選擇共享功能,把自己閑置的私人車位”放租”出去。

2 微信硬件平臺介紹

微信硬件平臺是微信在連接人、連接企業和服務之后,推出的連接硬件設備的物聯網解決方案。微信硬件平臺以微信用戶ID體系為基礎,以用戶價值為依歸,立志于打造用戶和設備廠家共贏的物聯平臺,實現人,設備、廠家的互聯互通。微信硬件云端是運行與微信硬件相關服務、接口提供 API 和數據交換服務的微信側網絡服務層。

3 系統總體設計

智能車位鎖的系統框圖如圖1所示。該系統包括WiFi通訊模塊、電機驅動模塊、紅外傳感器模塊和溫濕度傳感器模塊。WiFi通訊模塊將處理后的數據上傳至云端(微信硬件云)存儲,并且下發來自云端(微信硬件云)的控制命令。電機驅動模塊通過控制電機的正反轉,用微信來實現解鎖和上鎖。紅外傳感器模塊用來檢測車位是否有車輛存在,待檢測到車輛駛離車位后,自動升起車位鎖。溫濕度傳感器用來檢測車位鎖是否有積水,若積水過多,啟動報警。

圖1 智能車位鎖的系統框圖

4 系統硬件設計

4.1 WiFi模塊

在設計中,WiFi模塊采用的是深圳市安信可科技有限公司生產的ESP8266-12F超低功耗WiFi模塊,該模塊核心處理器ESP8266在較小尺寸封裝中集成了業界領先的Tensilica L106 超低功耗32 位微型MCU,帶有16 位精簡模式,主頻支持80 MHz 和160 MHz,支持RTOS,集成WiFi MAC/ BB/RF/PA/LNA,板載天線[4]。該模塊支持標準的IEEE802.11 b/g/n 協議,完整的TCP/IP協議棧。ESP8266 是高性能無線SOC,以最低成本提供最大實用性,為WiFi 功能嵌入其他系統提供無限可能[5]。如圖2是ESP8266-12F模塊電路設計：

圖2 ESP8266-12F模塊電路

4.2 電機驅動模塊

在系統中主要通過改變直流電機的正反轉來實現解鎖和上鎖,電機的正反轉是通過GPIO口控制兩個繼電器,達到改變電機的極性來實現的[6]。圖3是電機驅動模塊電路設計。

4.3 紅外傳感器模塊

該設計中,紅外傳感器選用的是QT30CM,最長可以檢測到40CM,5V供電,可直接帶動繼電器,在輸出和正極之間加1K左右的上拉電阻可直接接單片機的IO口[7]。當車位無車輛時,同相端IN1+電壓大于反相端IN1-端電壓,電壓比較器的輸出端OUT輸出高電平電壓,此時LED3燈不亮。當車位有車輛時,同相端IN1+電壓小于反相端IN1-端電壓,電壓比較器的輸出端OUT輸出低電平電壓,此時LED3燈亮。圖4是紅外傳感器模塊電路設計。

4.4 溫濕度傳感器模塊

系統設計采用數字信號輸出溫度、濕度已校準的 DHT11數字溫濕度傳感器。該模塊通過數字采集技術和溫度、濕度傳感器技術,保障產品擁有高可靠性以及優秀的穩定性[8]。DHT11 具備小體積、低功耗、快響應、高性價,可進行長距離信號傳輸,非常適合分布式應用等特點[9]。圖5是溫濕度傳感器模塊電路設計。

圖3 電機驅動模塊電路

圖4 紅外傳感器模塊電路

圖5 溫濕度傳感器模塊電路

5 系統的軟件設計

本設計采用的是微信直連的方式,所謂“直連”指硬件設備直接連接微信提供的服務端(即微信硬件云),廠商無需為硬件搭建專用的遠程服務端。“直連”SDK提供設備端到服務端的連接數據通路,同時將提供設備的連接鑒權,局域網發現,固件管理,統計數據上報,狀態更新等功能。

設備通過WiFi接入微信硬件云服務器,整個通信過程是手機微信客戶端發送出的控制指令轉發到設備應用層,設備應用層再轉發到云服務器,云服務器再轉發到設備,設備改變狀態；同理設備更新的狀態到云服務器再轉發到微信客戶端顯示出來。智能車位鎖的框架如圖6所示。

智能車位鎖的程序流程圖如圖7所示。首先初始化WiFi 模塊保證其能夠與微信硬件云正常通信。然后WiFi 模塊監測是否收到來自微信的控制命令。若是電機控制命令,則根據當前車位鎖位置決定正轉還是反轉；若沒有收到來自微信端的控制命令,那么就進行濕度的采集,檢測紅外感應器的狀態。

圖6 智能車位鎖框架

圖7 智能車位鎖程序流程圖

6 數據交互

目前設備直連SDK主要為硬件創建了上行和下行的數據通道。設備應用層不需要處理登錄,鑒權等網絡邏輯,只需要負責按微信硬件云平臺的格式生成數據并調用SDK接口上報數據,同時解析和處理服務器返回或推送下來的業務數據即可。微信硬件云端和接入者的設備云端消息交互,分成三種消息類型：微信硬件云端查詢設備消息；微信硬件云端設置設備消息；設備通知微信硬件云端消息。

1) 微信硬件云端查詢或設置設備消息：當微信硬件云端側需要查詢或者設置設備信息的時候,微信硬件云端將會 POST 查詢消息到接入者注冊的 URL 上,接入者收到請求后,立即返回成功收到請求。待接入者異步查詢成功后,將查詢結果 POST給微信硬件云端。

2) 設備通知微信硬件云端消息：當設備狀態有變化或者有消息需要通知微信硬件云端側時候,設備云 POST 消息給微信硬件云端。微信硬件云端立即返回成功收到請求。待微信硬件云端將消息處理成功后,將處理消息成功的行為POST 給接入者的注冊 URL 上。

下面以設備主動上報數據為例：

設備應用層 POST 方式推送消息給微信硬件云端服務器,JSON格式:

{

“msg_type”: “notify”,

“services”: {

“operation_status”: {

“status”: 1

},

“lock”: {

“is_locked”: 1 ,

……

}

……

}

}

微信硬件云端響應JSON格式包,里面帶有本次notify的唯一標識msg_id,設備收到下面的回包時表示服務器已經承接了設備的該項請求。

{

“error_code”: 0,

“error_msg”: “ok”,

“msg_id”: 1234567890123456

}

其中：“msg_type”為消息類型命令字,notify代表通知消息；“services”為能力項鍵值集合；“operation_status”與“status”為通知微信側,必須帶有運行狀態能力項服務；“lock”為微信硬件云平臺規范的一項能力及其屬性值；“error_code”是判斷微信是否成功接收,0代表成功；“error_msg”為微信返回成功接收的信息；“msg_id”為消息序列號,用于異步通信,由微信生成,接收方異步接收到Notify時跟本次的Notify對應。

設備通過onResponseCallback接收到響應以后,只能說明設備的請求服務器已經接收到了,處理結果需要通過異步的方式推送下來onNotifyCallback,并通過onResponseCallback中的msg_id來對應請求,異步推送下來的通知報文如下：

{

“asy_error_code”: 0,

“asy_error_msg”: “ok”,

“msg_id”: 1234567890123456,

“msg_type”: “notify”,

“services”: {

“operation_status”: {

“status”: 1

},

“lock”: {

“is_locked”: 1 ,

……

}

...

}

}

7 系統測試

智能車位鎖設備控制是通過微信實現的。在將系統硬件通過WiFi模塊連接到云端(微信硬件云)后,就可以使用微信客戶端實時查看車位鎖狀態以及控制目標設備。經過多次測試,系統能有效準確的獲取到車位鎖狀態,以及紅外傳感器能準確檢測出車位是否有車輛存在。圖8所示是測試時的應用界面截圖,圖9所示為系統硬件實物圖的正面和背面。

圖8 測試時的應用界面截圖

圖9(a) 系統硬件實物圖(正面)

圖9(b) 系統硬件實物圖(背面)

8 結語

本設計中,只實現了通過微信控制車位鎖的升降,今后可以在微信端加入地圖菜單,求租者就可以搜索到自己心儀的車位,然后預定,當然此時應該添加停車計費功能。通過智能平臺將碎片化的車位資源整合分享出去,在很大程度上解決停車位緊張的問題,真正實現共享經濟模式。

[1] 李媛媛,湯飛碧,徐張唯,等.基于ZigBee的停車場車輛信息采集及顯示系統[J].實驗室研究與探索,2014,11:128-131. LI Yuanyuan, TANG Feibi, XU Zhangwei, et al. Parking lot vehicle based on ZigBee Collection and display system[J]. Research and Exploration in Laboratory, 2014,11:128-131.

[2] 楊海艷.共享私家車位,如何解決一個個的痛點[N].第一財經日報,2015,08. YANG Haiyan. Sharing private parking spaces, how to solve one of the pain points[N]. First Financial Daily,2015,08.

[3] 李寧,卞祥.基于機智云的智能宿舍系統設計[J]. 物聯網技術,2016(2):59-60. LI Ning, BIAN Xiang. Intelligent dormitory system design of Based on Gizwits[J]. Internet of Things Technologies, 2016 (2): 59-60.

[4] 任林.帶Wifi通信和RF遙控的智能門鎖的設計[A].《IT時代周刊》論文專版,2015. REN Lin. Design of intelligent door lock with Wifi communication and remote control of RF[A]. "IT Time" Edition,2015.

[5] 紀亞萍.基于Wi-Fi SoC的物聯網平臺設計[D].蘭州:蘭州大學,2015. JI Yaping. SoC Wi-Fi based on the Internet of things platform design[D]. Lanzhou: Lanzhou University, 2015.

[6] 邵偉,邵永琪.基于APP的遠程遙控車位鎖控制系統設計[J].通訊世界,2015(19):280-281. SHAO Wei, SHAO Yongqi. Design of remote control parking lock control system based on APP[J]. Telecom World, 2015(19):280-281.

[7] 舒輝.無線多傳感器網絡紅外熱釋電傳感器的微小型化設計與研究[D].南京:南京理工大學,2006. SHU Hui. Micro design and research of infrared pyroelectric sensor based on wireless sensor network[D]. Nanjing:Nanjing University of Science and Technology, 2006.

[8] 韓丹翱,王菲.DHT11數字式溫濕度傳感器的應用性研究[J].電子設計工程,2013,21(13):83-85. HAN Danao, WANG Fei.The applied research of DHT11 digital temperature and humidity sensor[J]. Electronic Design Engineering,2013,21 (13): 83-85.

[9] 倪天龍.單總線傳感器DHT11在溫濕度測控中的應用[J].單片機與嵌入式系統應用,2010(6):60-62. NI Tianlong. Single bus sensor DHT11 in application of temperature and humidity measurement and control[J]. Microcontroller & Embedded Systems,2010(6):60-62.

Design of Intelligent Parking Lock System Based on WeChat Hardware Cloud

ZHANG Hongpeng YIN Xiaoliang

(College of Electronic and Information Engineering, Xi’an Technological University, Xi’an 710021)

In order to realize the remote control of the parking lock, the intelligent parking lock system based on WeChat hardware cloud is designed. The system mainly consists of WiFi communication module, motor drive module, infrared sensor module, temperature and humidity sensor module, WeChat hardware cloud, device application layer and client of WeChat. This paper gives the system design of hardware circuit and flow chart of software design, and the whole work flow chart of system. After testing, the system has low power consumption, easy operation and good real-time performance.

WeChat hardware cloud, intelligent parking lock, device application layer, WiFi

2016年8月11日,

2016年9月20日

張宏鵬,男,博士,講師,研究方向：物聯網。尹小亮,男,碩士研究生,研究方向：物聯網。

TN929.5

10.3969/j.issn.1672-9722.2017.02.038