基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的先進(jìn)泊車系統(tǒng)設(shè)計

黃炳源 張袁 戴朦 錢絲雨

摘要：隨著國民經(jīng)濟(jì)增長，居民消費(fèi)水平日益增高，汽車在中國家庭的普及已十分廣泛。汽車保有量不斷增長，停車設(shè)施需求也隨之?dāng)U大。為了緩解目前停車難的現(xiàn)狀，我們提出了一個基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的先進(jìn)泊車系統(tǒng)的設(shè)計，該系統(tǒng)通過ZigBee、傳感器和微信小程序等技術(shù)，能夠收集城市內(nèi)已登記的停車場的車位信息，從而給車主提供信息服務(wù)，從而減少了停車場的管理成本和車主的時間成本，提高了停車位的利用率，緩解了城市的污染問題和擁堵問題。與此同時，該系統(tǒng)具有兼容性強(qiáng)，容易維護(hù)，便于安裝等特點(diǎn)，可以方便地實(shí)裝在各大停車場中。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);停車場;ZigBee;傳感器;微信小程序

1 概述

當(dāng)前，“停車之痛”已成為城市通病，因停車問題引發(fā)的糾紛屢見不鮮。無論在北京、上海等超大型城市，還是重慶、成都等特大城市，甚至人口只有幾萬、十幾萬的縣城和鄉(xiāng)鎮(zhèn)，停車難都給群眾生活和政府管理帶來了深深的煩惱。近年來，國內(nèi)汽車保有量保持快速增長，停車難問題日益凸顯。[1]

然而在全國汽車保有量如此之高的前提下，在機(jī)動車密度更加高的各大城市中心由于已經(jīng)被高度開發(fā)，地皮的缺少、市中心地皮的高昂地價等原因?qū)е滦峦＼噲龅囊?guī)劃數(shù)量減少，因此泊車位的增速緩慢。同時，某些停車場由于建造時間早，導(dǎo)致其自動化程度低，僅靠人力不能對停車場進(jìn)行高效率的管理，甚至由于人力資源的過度使用，導(dǎo)致人力成本提高的同時車主由于不能便捷地找到停車位，停車后忘記車的位置和麻煩的扣費(fèi)流程而使用戶體驗(yàn)低下。其次，統(tǒng)計表明，一個正常的駕駛員在一個大城市中想找到一個可用的停車位約需要八分鐘，尋找車位的過程中難免會由于國內(nèi)巨大的汽車保有量而再次產(chǎn)生擁堵，機(jī)動車產(chǎn)生的尾氣也不能忽視。

為此，本文提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的先進(jìn)泊車系統(tǒng)的設(shè)計，能夠減少停車場的管理成本和車主的時間成本，提高停車位的利用率，緩解城市的污染問題和擁堵問題

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

本系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)包括服務(wù)器端，客戶端，地鎖模塊，單片機(jī)模塊，ZigBee模塊和車輛檢測模塊組成。服務(wù)器端在接收到用戶客戶端請求信號后，根據(jù)得到的車位信息給空閑車位的智能地鎖節(jié)點(diǎn)發(fā)送短信息（鎖定車位），智能地鎖節(jié)點(diǎn)接收到信息后，由空閑狀態(tài)進(jìn)入待命狀態(tài)（智能地鎖在空閑狀態(tài)時，沒有通過微信小程序預(yù)訂車位的車主能夠直接停入，進(jìn)入待命狀態(tài)后地鎖模塊將鎖止，只能由預(yù)訂車主的客戶端點(diǎn)擊打開地鎖停入，或者由管理員強(qiáng)制解除），同時服務(wù)器端開始計時（若客戶在地鎖待命狀態(tài)后，工作狀態(tài)之前取消訂單，則按照預(yù)定到取消訂單的時間計費(fèi)，若成功使用，則根據(jù)工作狀態(tài)開始到結(jié)束的時間來計費(fèi)），當(dāng)預(yù)訂車輛進(jìn)入停車場并到達(dá)停車位后，可在微信小程序上點(diǎn)擊我已到達(dá)信號，隨后服務(wù)器端通過協(xié)調(diào)器傳輸信號給智能地鎖，從而驅(qū)動地鎖模塊開鎖，進(jìn)入工作狀態(tài)。用戶離開后，車輛檢測模塊檢測到用戶離開，單片機(jī)發(fā)出信號給地鎖模塊解除鎖定，同時，智能地鎖給服務(wù)器端發(fā)送工作完畢信息，服務(wù)器端計費(fèi)結(jié)束，并將相應(yīng)扣費(fèi)等信息傳送給客戶端。地鎖重新回到待命狀態(tài)，自此完成一次工作循環(huán)。

3 硬件部分

3.1 單片機(jī)模塊

單片機(jī)模塊能夠處理來自ZigBee模塊的信號、地鎖模塊和車輛檢測模塊的信號。我們選用STM32F103主控芯片，STM32F103芯片具有高性能，功耗合理，后期開發(fā)方便和擴(kuò)展性能強(qiáng)的特點(diǎn)，能夠跟其他模塊很好地進(jìn)行兼容，從而保證了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和服務(wù)質(zhì)量。

3.2 地鎖模塊

地鎖模塊是一個由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的鎖芯，當(dāng)需要鎖定的時候步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動鎖芯升起，從而阻礙車輛停入，當(dāng)鎖定解除時，步進(jìn)電機(jī)帶動鎖芯復(fù)位。

3.3 車輛檢測模塊

車輛檢測模塊由一個超聲波測距模塊組成，超聲波車輛檢測器主要的工作原理是反射回波原理，指在具體車輛檢測中通過發(fā)射相應(yīng)的超聲波進(jìn)行反射回應(yīng)來完成對車輛的檢測工作。[2]超聲波檢測器無需進(jìn)行路面破壞，使用效果不受路面質(zhì)量限制，具有安裝便利、可移動、使用時間長、硬件價格便宜等優(yōu)點(diǎn)，可批量生產(chǎn)。在判定車輛通過，超聲波檢測器也能表現(xiàn)出較高的精度。[3]

車輛檢測模塊能夠檢測車輛的到來或者離開，并將反饋信息返回給中央處理模塊。同時通過不同顏色的燈光顯示地鎖的狀態(tài)。此處我們選擇HCSR04超聲波模塊，該模塊成本低，精度符合需求，測距性能穩(wěn)定，能夠滿足檢測車輛是否在車位上這一功能。

3.4 ZigBee模塊

ZigBee模塊由ZigBee節(jié)點(diǎn)以及協(xié)調(diào)器網(wǎng)關(guān)組成，其將會自動建立由協(xié)調(diào)器和節(jié)點(diǎn)組成的ZigBee網(wǎng)絡(luò)，能夠接收服務(wù)器端的信息來對各個地鎖節(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理分配，反之也可以將各個地鎖節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)反饋給服務(wù)器端。本系統(tǒng)的ZigBee模塊采用cc2530芯片為核心，同時用ESP8266模塊作為ZigBee網(wǎng)關(guān)來與上位機(jī)交換數(shù)據(jù)，并以此組建一個魯棒性強(qiáng)，易于使用多個終端進(jìn)行控制的分布式ZigBee網(wǎng)絡(luò)。

4 軟件部分

4.1 客戶端

客戶端能夠讓用戶在手機(jī)上進(jìn)行賬戶登錄，提出停車需求，與云端服務(wù)器進(jìn)行信息互動，并實(shí)現(xiàn)收費(fèi)功能。微信小程序在2017年1月正式發(fā)布。截止2018年1月，上線的微信小程序數(shù)量達(dá)到58萬個，小程序用戶數(shù)量達(dá)4億，是微信用戶總數(shù)量的一半。小程序是微信一種新的功能，是基于微信程序運(yùn)用之上的又一個程序。微信小程序是一種不需要下載、安裝，用戶“掃一掃”或搜一下即可打開使用的應(yīng)用。微信小程序迎合了人們對手機(jī)應(yīng)用程序方便快捷的需求，應(yīng)用時無須安裝、觸手可及、用完即走、無須卸載。[4]

由于微信小程序使用人群廣，同時兼容多個手機(jī)系統(tǒng)，易于開發(fā)，因此本文通過微信小程序開發(fā)平臺來編寫客戶端，用戶通過微信掃小程序碼，即可實(shí)現(xiàn)上述的客戶端功能。

4.2 服務(wù)器端

云端服務(wù)器能夠?qū)χ悄艿劓i進(jìn)行管理分配，給智能地鎖發(fā)送開鎖命令，接收來自地鎖的上鎖狀態(tài)，處理來自客戶端的需求信息以及將反饋信息發(fā)送給客戶端。本文通過MySQL來建立數(shù)據(jù)庫以記錄各個車位的編號，占用信息和計費(fèi)狀態(tài)等信息。同時基于C++語言來編寫上位機(jī)軟件，

使其能夠顯示數(shù)據(jù)庫的信息以及對各個車位的地鎖節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制和信息交換還有與客戶端進(jìn)行信息交換。

5 結(jié)語

隨著目前我國的汽車保有量越來越大，各位車主停車的需求將會越來越旺盛，因此改進(jìn)各種新舊停車場的管理機(jī)制已經(jīng)變成了一個亟待解決的問題。本文通過應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)到停車場的管理之中，從而設(shè)計一套停車場管理系統(tǒng)，既能保證停車的效率，又降低了停車場管理的成本。

本文基于物聯(lián)網(wǎng)的智能停車場管理系統(tǒng)，主要由客戶端微信小程序，服務(wù)器端和地鎖節(jié)點(diǎn)三大部分組成。客戶端通過微信小程序?qū)崿F(xiàn)了用戶在手機(jī)上進(jìn)行賬戶登錄，提出停車需求，與云端服務(wù)器進(jìn)行信息互動，并實(shí)現(xiàn)收費(fèi)功能。服務(wù)器端通過MySQL數(shù)據(jù)庫和基于C++的上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲，分析以及對地鎖節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制和與客戶端的信息交換功能。地鎖節(jié)點(diǎn)集成了單片機(jī)模塊，地鎖模塊，車輛檢測模塊和ZigBee模塊，實(shí)現(xiàn)了對車位的占用控制，車輛的到位檢測和信息交換功能。

參考文獻(xiàn)：

[1]2018年國內(nèi)停車位需求近3億個[J].商業(yè)文化，2018（07）：72.

[2]孫志陽.淺析智能交通中的車輛檢測技術(shù)及發(fā)展[J].居舍，2017（32）：154155.

[3]高藝嘉.車輛檢測及感知技術(shù)應(yīng)用研究[J].工程技術(shù)研究，2017（04）：5657.

[4]杜炎恒.淺談微信小程序的商業(yè)價值[J].現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)信息，2018（21）：288289.

項(xiàng)目：本文受河海大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)踐項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)資助（項(xiàng)目編號：201810294069）