基于無線網的小區智能停車場系統設計與實現

楊立會

摘要：近年來私家車數量與日俱增，停車難的現象越來越嚴重。針對這一問題提出了基于ZigBee無線網絡技術的小區智能停車場系統的管理控制策略，研究了ZigBee無線網絡技術用于地下智能停車場控制管理的系統結構和組網方法;基于通訊芯片設計開發了無線網絡節點，該節點與紅外探測器結合能夠探測車輛有無情況，與溫濕度、煙霧傳感器配合能夠采集車庫的環境信息，并對潛在的的安全隱患提出報警;上位機與顯示模塊能夠將車庫內的整體信息實時傳送至LED顯示器，實時提供地下停車場內的車輛及環境信息給駕駛員引導其進行停車，從而解決了停車難的問題。

關鍵詞：ZigBee;無線傳感器網絡;小區智能停車場系統

前言

隨著現在我國的私家車越來越多，因此在新建的小區中建設具有智能化管理能力的停車場系統已成為了一種必然趨勢。

本文探討的基于ZigBee技術的小區智能停車場系統，它通過紅外探測器來監測停車位是否有車，然后利用管理中心系統的軟件自動計算出停車場內車位的剩余數，并顯示在停車場人口的LED顯示屏幕上，從而方便停車用戶選擇是否進入該停車場停車。

1ZigBee協議簡介

ZigBee的體系結構主要由物理層、MAC層、網絡層、和應用層4層組成。層與層之間由服務接入口（ SAP）來連接。不同的層則有不同的接口，根據類型的不同，可以把接口分為：數據和管理兩種服務接口。數據服務接口的功能是為它所在的上一層提供數據服務，管理服務接口的功能是為它所在的上一層提供管理數據的服務。PHY層處于協議中的最底層，它具有和外界設備進行數據交換的能力，還能夠對RF收發器的工作進行控制;MAC層負責無線信道的訪問，是整個底層協議的基礎。NWK層是ZigBee協議棧的主要部分，它采用IEEE802.15.4協議，來確保MAC層能夠正常工作，同時為應用層提供服務接口。APL層主要包括下面3層：應用支持層（APS）、ZigBee設備對象（ZDO）、廠商定義的應用對象。ZigBee協議的體系結構如圖1所示。

2系統結構及軟硬件設計

2.1系統的結構

小區智能化停車場系統的總體設計包括以下3個部分：計算機、ZigBee網絡協調器、ZigBee監測與采集節點部。該系統主要實現對停車場車位信息的監測及停車誘導功能。

計算機的功能是為用戶提供操作界面，把各種有用的命令通過串口發送給ZigBee協調器，并保存由ZigBee協調器發送回來的各個節點的狀態信息，同時顯示各種報警信息。

ZigBee協調器是整個停車場系統的信息交換中心。采集與監測節點是整個停車場系統的執行部分。它們的功能是接受由協調器通過無線方式發送過來的命令并執行它們。

2.2系統的硬件特點

2.2.1硬件電路功能描述

智能停車場終端設備分監測和控制兩大類。協調器和終端節點是在ZigBee網絡中的邏輯設備，即一個實際的硬件設備將會處于什么樣的功能由軟件去配置。因此在設計本電路時，所有的邏輯設備共用一種電路。根據以上分析，該電路具有核心板單元、串口通信單元，各類傳感器接口單元，控制接口單元，電源模塊單元，存儲器模塊單元等。ZigBee節點功能結構如圖2所示。

2.2.2硬件模塊功能，主要具有核心板單元、傳感器單元、紅外傳感器、供電單元、串口通信單元、Debug接口單元、FLASH存儲單元等。

3系統軟件設計

軟件功能主要包括終端節點和協調器功能功能兩種。終端節點功能：加入網絡并通信、設備能夠實現停車場內溫濕度的檢測和停車場內車位的檢測。協調器的功能：建立網絡并維護網絡、能夠獲取終端節點的基本信息包括傳感器數值、具有串口通信功能，能夠與上位機共享數據。

3.1終端節點的軟件設計

對于本系統中的終端節點的功能有：加入網絡并通信和設備能夠實現停車場內溫濕度的檢測和停車場內車位的檢測兩種。

3.1.1溫濕度節點

本文中對溫濕度的采集，采用的溫濕度傳感器時DHT11，DHT11是一個可以對溫濕度進行采集的數字傳感器，DHT11與CC2530是按照單總線通信協議進行通信的，一次通信時間4ms左右，一次完整的數據傳輸為40bit，高位先出。

3.1.2出入口車輛檢測節點

出入口的無線傳感器芯片CC2530將通過紅外對射探頭來檢測是否有車輛出入。出口、人口的CC2530芯片設定唯一節點編號。當有車輛駛入或駛出停車場時，出人口的傳感器通過紅外對射，得知有車輛出入，將信息傳給協調器，協調器再把信息傳給PC機。PC機經過處理，對出入車輛進行放行。

3.1.3車位監測節點

停車位的無線傳感器芯片CC2530將通過紅外對射探頭來檢測是否有車駛入。每個停車位的CC2530芯片設定唯一節點編號。當車輛駛入停車位時，車位的傳感器通過紅外對射，得知其已駛入車輛，將信息傳給協調器，協調器再把信息傳給PC機。PC機經過處理，存入記錄。

3.2ZigBee協調器的設計

協調器作為整個ZigBee網絡的器件，它的在本次系統中的主要任務就是組建網絡。系統中其他的終端節點只有在協調器成功建立網絡的基礎上，才能夠加入到ZigBee網絡中，從而實現通信。

3.3.VB應用程序流程設計

PC機與ZigBee協調器采用RS-232實現直接串口通信。ZigBee無線傳感器網絡的建立是負責傳輸數據信息，本文使用紅外線檢測原理檢測車位信息。由于ZigBee終端節點和紅外探測器還采用RS-232通信，因此，ZigBee終端節點經過串口初始化、串口掃描、采集數據、串口關閉等操作來接收由紅外探測器發送來的數據。

4系統功能的實現

在本文中，完成了上位機信息顯示窗口設計后，本文通過采集各種情況下車位的使用狀態信息，來驗證它的功能是否實現，結果表明該上位機信息顯示窗口運行穩定，數據信息顯示也準確。

5結束語

本文利用CC2530芯片設計開發了基于ZigBee網絡的小區智能停車場系統，在深入分析小區停車場系統的特點和作用的基礎上，設計開發了無線網絡的協調器節點、傳感器終端節點、上位機軟件。在進行上位機和節點軟件開發的過程中，對ZigBee的協議棧進行了深入研究，使終端節點和協調器完成組網的功能。上位機軟件通過RS-232接口與協調器進行通訊，將停車場內的車輛和環境信息實時的傳輸到上位機軟件并通過VB開發的顯示界面顯示在LED顯示屏上。駕駛員根據屏幕上的車位、環境信息判斷有無停車位以及決定是否駛入該停車場，達到了停車方便的目的。而且解決了傳統停車場的管理落后、布線復雜、維護困難等問題。