基于物聯網的城市車位共享系統設計

2017-11-27 12:55:15王金龍齊天田楊萌王宏偉王彩霞

物聯網技術 2017年11期

王金龍+齊天+田楊萌+王宏偉+王彩霞

摘要：為了充分利用私有車位，搭建了一個新型網上交易空閑車位的平臺。當用戶需要停車時，打開手機端軟件就可以實時查詢目的地附近的空閑車位，然后通過軟件的即時通信功能實現與其所有者的交流和洽談，而后通過在線支付功能進行交易，最后車位所有者可以使用軟件的車位遠程控制功能打開自己的車位鎖，讓對方泊車入位，同一停車場內采用ZigBee器件組網，節約能源。此系統大大節省了車主尋找車位的時間。

關鍵詞：車位共享；實時交流；遠程控制；ZigBee器件

中圖分類號：TP271 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）11-00-02

0 引言

隨著汽車的普及，汽車停車難問題逐漸顯現，目前很多城市的行政單位、商務辦公場所、飯店賓館、餐飲娛樂場所、車站碼頭、電影院、醫院、風景名勝景區、公園、商業購物中心、大型批發市場、農貿市場等大型公共場所的車位無法滿足人們的停車需求[1]。由于停車問題無法得到有效解決，車輛亂停亂放的現象隨之加劇。“停車難”緊跟“行車難”已成為當前阻礙城市道路交通發展的又一普遍性問題。

鑒于以上現狀，我們搭建了一個新型網上交易空閑車位的平臺。利用該平臺，當用戶需要停車時，打開手機端軟件就可立即查詢附近的空閑車位，然后通過軟件的即時通信功能實現與其所有者的交流和洽談，而后通過在線支付功能進行交易，最后車位所有者可以使用軟件的車位遠程控制功能打開自己的車位鎖，讓對方泊車入位。在臨時車輛離開時可以通知所有者關閉車位鎖，完成整個交易過程。同一停車場內采用ZigBee器件組網，不僅節約能源，操作簡便，更大大節省了車主尋找車位的時間[2]。

1 系統總體結構及原理圖

圖1所示為系統設計結構和原理框圖。硬件部分的設計基于STM32F407單片機，采用模塊化設計思想，由車位鎖、ZigBee器件、微處理器模塊、電源模塊等構成。

軟件部分，基于Android系統開發的用戶專用App，分為兩種登錄模式，即車位擁有者和車位需求者模式。私家車位擁有者開車外出后，該車位進入空閑狀態，此時用戶可通過App查詢，同時車位需求者抵達該目的地前可實時查詢該地區的車位空閑狀態，并通過App進行車位租借。當車位需求者與車位擁有者對租金達成一致后，可在線支付租金，支付完成后，車位擁有者通過App開啟該車位，供他人使用。

2 硬件設計

2.1 微控制器

STM32系列芯片是一款高性能、低功耗、高性價比的微控制芯片，在應用開發模擬方面應用廣泛。ARM-Cortex-M3內核STM32F103“增強型”系列的時鐘頻率達72 MHz，相對于其他微控制芯片頻率較高，因此具有很大優勢；較為低端的基本型時鐘頻率為36 MHz，價格低廉，基本與16位芯片價格持平。因此，目前STM32芯片是16位芯片產品用戶的最佳選擇。STM32F4系列單片機內置32～128 K的閃存，不同于F1系列的是SRAM的最大容量和外設接口的組合。當時鐘頻率為72 MHz時，從閃存執行代碼，STM32功耗為36 mA，是目前市場上32位芯片功耗最低的產品， 0.5 mA/MHz[3，4]。其他同系列產品STM32F407是Cortex-M4最高168 MHz主頻帶DSP，外圍設備的擴充量明顯增強，GPIO的功能選擇和精度都有很大提高。因此，為提高設備精確度，我們選用STM32F407作為主芯片。

2.2 WiFi模塊

WiFi模塊是近期適用范圍很廣的芯片，建立起WiFi通信連接后，可接收智能終端或云端服務器的無線信號，然后通過TCP/IP協議解析后，透過底層模塊框架將收到的信號傳遞給微控制器，以驅動各種外設[5]。

WiFi模塊采用慶科組件，EMW3080，工作電壓為3.3 V，外形尺寸為33 mm×18 mm。這是一款低功耗WiFi無線網絡模塊，它融合了業界最新的WiFi技術和微控制器技術，支持IEEE 802.11 b/g/n無線通信和多種節能模式，可廣泛運用于各種新型智能化電子產品。WiFi模塊需要在停車場連入網絡，以便與云端服務器通信，由于本設備只需要完成控制功能，所以在調試過程中可事先將其通信協議綁定好工作模式，無需次次解析協議，大大簡化了微控制器的工作內容，節約了能源和時間。WiFi模塊通信方式如圖2所示。

2.3 ZigBee器件

隨著新一代技術的發展，無線通信技術應用領域越來越廣。使用傳統的有線網絡組成系統往往要進行大量布線，不僅成本較高，同時功耗和操作難度也高于無線通信。而無線傳感器網絡系統能彌補有線網絡的劣勢，近年來已成為國內外的研究熱點[6]。ZigBee技術自ZigBee聯盟推出規范以來，便大量被各領域的大小企業及個人研究使用，目前已經廣泛應用在工業、農業、家庭等領域。本系統在硬件設計方面使用TI公司生產的CC2530芯片作為無線通信節點的核心，實現了無線網絡數據采集系統硬件的構建[7]。

本系統只需控制機械車位鎖觸發開關，故只需要使用一位的數據傳輸，操作簡單，功耗低。ZigBee模塊工作方式如圖3所示。

3 軟件設計

為了實現移動終端軟件設計、定位與數據接收發送功能，文中采用Android系統實現移動終端軟件設計，通過封裝核心類實現多種控制功能。

UI設計主界面采取市面上最常用的ViewPager+Fragment設計，4個Fragment對應4個主要功能模塊，如圖4所示。

（1） MapFragment主要顯示用戶附近帶特定車位鎖的停車場位置，點擊進入二級界面后，顯示此停車場的具體車位情況。定位核心使用百度地圖Android定位的SDK中的LBS定位服務接口，結合手機方向傳感器共同作用。方向傳感器封裝在MyOrientationListener類中[8，9]。endprint

（2）CarFragment注冊顯示車輛信息，為增加使用的安全性，軟件均采用實名制。根據頁面提示填寫要查詢的車輛信息，如車牌號、發動機號碼、車架號等需進行實名認證。

（3）LockFragment功能為開關車位鎖，接入機智云的SDK，其中封裝了手機與機智云智能硬件的通信過程， SDK通過字典鍵值對方式進行設備控制和狀態接收[10]。SDK接收到App下發的指令字后，對應解析為設備可識別的數據，并發送給設備。

反之，SDK收到設備回復或上報的數據后，對應解析為字典鍵值對上報給App，從而完成鎖的開關。

（4）MeFragment個人設置主界面具有支付、個人信息設置、緩存清理等功能，其核心為微信支付功能。

4 結語

本文應用典型的物聯網模式，將物、網、人充分結合組成網絡，并使用ZigBee器件對功耗問題進行合理規劃。可將城市中的資源進行合理規劃利用，主要的創新點在于順應了時代技術潮流，解決了生活中的實際問題，可切實解決城市資源無法充分利用的問題，緩解了當今比較嚴峻的車位形勢。

參考文獻

[1]葉治安，汪長緯.停車難：制約現代城市發展的一大瓶頸[J].上海城市管理，2017，26（1）：6-9.

[2]劉愛軍.物聯網技術現狀及應用前景展望[J]. 物聯網技術，2012，2（1）：69-73.

[3]孟麗華.基于STM32F4的RS485通訊管理機的研究[D].天津：河北工業大學，2012.

[4]孫書鷹，陳志佳，寇超.新一代嵌入式微處理器STM32F103開發與應用[J].網絡新媒體技術，2010，31（12）：59-63.

[5]王燕.基于WiFi模塊的多路燈光控制系統開發[J].電子世界，2015（17）：180-182.