基于無線傳感網絡的停車場管理系統設計

◆翟志華

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基于無線傳感網絡的停車場管理系統設計

◆翟志華

（黃河水利職業技術學院電氣工程學院 河南 475003）

采用傳統技術管理停車場不僅耗費大量人力、物力、財力，而且實際管理效率較低，一些特殊時段仍需要人工對車輛進行識別，導致車輛管理安全性存在一定缺陷。文章在無線傳感網絡技術的基礎上提出了新的停車場管理系統，該車牌識別技術輔助停車場管理，解放了停車場管理中的人力，提高城市中停車場管理效率。

無線傳感；網絡；停車場；管理系統；車牌識別

0 引言

國民經濟的不斷提高推進城市化的不斷發展，當下人們對代步工具的要求以及國家對汽車行業的扶植使居民的機動車持有量迅猛增長。車輛的增多給城市停車場管理帶來一定挑戰，傳統停車場管理自動化程度不高，相應安全性能低，不能滿足居民停車需求。以無線傳感網絡技術為支持的停車場管理系統在停車場出入口設置管理設備，封閉停車場，抓拍并識別出入車輛的車牌號，對進出車輛監控，實現有效監控和管理作用。

1 無線傳感網絡技術

無線傳感（WSN）網絡技術是以傳感器節點自感應形式形成的無線網絡，該網絡技術具有協作感知、信息采集、信息處理、信息反饋的能力。無線傳感網絡技術在硬件上由數據采集、數據處理、無線收發通訊、電池電力供應組成[1]。硬件整體上體型小巧、成本低廉、能耗小、多功能等特點。無線傳感網絡技術軟件上由節點傳感器感應區域溫度、濕度、光強、壓力等數據，檢測對象的電壓、電流，以此實現高效感知，以互聯網技術將信息傳遞到處理中心，對信息處理分析后執行操作。無線傳感網絡技術屬于當下成熟的新型技術，在許多領域應用。

2 設計分析

傳統停車場自身管理模式單一，主要采用人工實現停車場管理，實際管理內容具有隨意性，且管理成本高昂[2]。在采用無線傳感網絡技術設計停車場管理系統時，要確保管理系統的科學性、穩定性和實用性。停車場管理系統設計核心在于車輛出入，要根據不同停車場的實際情況，在出入口設置感應式硬件設備，確保設備工作和車輛行駛之間互不影響。把兩卡感知的實際信息傳遞給管理系統處理，管理系統分析信息，做出合理判斷，形成方便、安全、高效的管理系統[3]。其對車輛要求在于，除臨時停車，其他車輛以車輛左側感應區識別車牌。

當下停車場中，只對車輛出入進行感應處理，而無線傳感網絡技術設計是將整個停車場納入安全管理范疇，避免不法分子對停車場內財物造成威脅，在出入口設置監控設備，捕捉圖像并儲存數據庫中，傳遞給管理系統，系統傳遞給停車場探頭，實現全面監控，若發現車輛發出異常音頻信號，則啟動報警設備，提醒管理人員趕赴現場。

3 系統功能

系統設計采用RS422雙工總線管理，網絡方面以對應系統服務器實現對設備管理控制，系統對停車場的車輛信息、狀況、用戶信息等進行管理。軟件設計需設計人性化界面。系統工作中，停車場入口出卡，讀卡后擋車器抬起，車輛進入（臨時停車需車主自行保管卡片，在車輛出口繳費）。停車場內車輛離開時，系統自動感知，對臨時停車車輛自動計算需繳費額度，對長期停車的車主由卡片識別后感應費用管理系統，自動扣費后傳遞給擋車器，其自動抬起，放行車輛。

為實現高效率管理，系統設計上要設置車牌識別系統，對小區停車場而言，業主將車輛行駛到感應區后，系統自動識別車牌號，發現為登記的車牌后發出放行命令，車輛放行。

4 節點設計

以JN5148芯片實現節點無線傳輸。JN5148芯片自身能耗較低，可通過無線芯片SOC嵌入32位CPU，融入128KB ROM、RAM。外設通信接口設置4路12位模數轉換器、2路12位數模轉換器、2比較器、3定時器、21IO口、2UART串口等等。JN5148芯片以JN5148為核心，其外圍電路元件價格低廉，利于推廣無線通信。

4.1 終端節點

CPU、無線通信、磁芯片、傳感器、激活單元、電源構成終端節點電路（如圖1所示）。終端節點電路引入單片機以實現數據處理，降低JN5148電路能源消耗。

圖1 終端節點電路示意

磁信號收集磁場數據并轉換，磁傳感器感可知停車場磁場變化（一芯片可連接三個傳感器），完成磁場數據采集后對信號放大并濾波處理，傳入處理系統。處理器以SPI通信，不僅對接收信號處理，還完成對UART串口控制。JN5148完成磁場數據、芯片狀態發送。

通過鋰電池供應設備工作，電路中磁芯片電源供電以JN5148IO口控制，需采集后才供電，采集結束，IO口關閉電源，避免芯片處于長久運作，降低能耗。

4.2 路由節點設計

路由節點設計包括數據采集、信息控制。JN5148系統可實現相應數據處理，其外圍電路由復位電路、JATG電路及編程復位電路組成，電路圖如下。

圖2 JN5148系統電路圖

JN5148系統程序燒寫具有多樣化特點，可借助Flash選擇燒寫工具，以UART燒寫程序。確保SPIMISO引腳低電平，JN5148重置。程序燒寫后，對芯片重置。電路以兩按鍵形式為操作提供便利。程序燒寫要確保SPISSM和SPISSZ相連接。

4.3 協調器節點設計

采集磁場數據將傳遞給協調器，協調器處理不同車位磁場數據，獲取停車場實際剩余車位信息。協調器節點和路由節點具有相似性，其電路為JN5148最小系統，協調器將JN5148輸出R/D信號控制N1芯片進行發送接收。R/D信號為“1”，N1發送有效，禁止接收，JN5148發送數據。R/D信號為“0”，N1芯片接收有效，禁止接收，JN5148接收數據。電路中以多個（3個）穩壓管實現對總線保護，避免總線受到高壓破壞。

5 軟件設計

5.1 終端節點軟件

JN5148支持多種協議棧，可采用JenNet協議棧，終端節點檢測信號并發送信息。通電后，設備及網絡參數初始化，自身網絡開啟并加入相適應的網絡，建立連接后實現數據通信。終端節點以斷電實現定時啟動、休眠，減少能耗。路由節點是協調器及終端節點信息交互的平臺，其不能實現休眠。

5.2 協調器軟件設計

協調器收集車位信息，以UART串口接受上位機信息。通電后配置參數、寄存器，初始化外圍電路，之后網絡開啟，協調器實現子節點入網、停車場車位處理、串口命令處理，以結構化設計實現高效管理。

6 無線傳感網絡設置

停車場管理中通過設置無線傳感網絡系統，其在停車場入口放置液晶顯示屏，顯示停車場內部情況。停車場管理中無線傳感網絡技術自動識別車位是否空閑，紅外線測定空閑住位，攝像系統采集車位圖像。通過網絡協調器、路由器、終端裝置構成整個無線傳感網絡，以Mesh拓撲結構為支持，車位處安裝終端設備采集車位信息后，由路由器確保網絡穩定，協調器匯總信息，給用戶提供停車場當前車位變化。

7 結束語

綜上所述，無線傳感網絡相比于有線通信其管理設備安裝簡便，可實現遠程監控和管理，可以和智能化交通對接后有較廣泛應用前景，可切實提高停車效率和停車場管理水平。此無線傳感網絡下的停車場管理系統設計能耗低、成本低，具有廣泛推廣價值。

[1]余攀, 鄒承俊, 張玲.基于無線傳感網絡的農田遠程監測系統設計[J].中國農機化學報, 2016.

[2]肖燕.基于ZigBee的大城市停車場管理系統設計[J]. 電子設計工程, 2016.

[3]傅康.基于無線傳感網絡的泊車位監控系統設計[J].技術與市場, 2017.