基于物聯網技術的先進泊車系統設計

黃炳源 張袁 戴朦 錢絲雨

摘要：隨著國民經濟增長，居民消費水平日益增高，汽車在中國家庭的普及已十分廣泛。汽車保有量不斷增長，停車設施需求也隨之擴大。為了緩解目前停車難的現狀，我們提出了一個基于物聯網技術的先進泊車系統的設計，該系統通過ZigBee、傳感器和微信小程序等技術，能夠收集城市內已登記的停車場的車位信息，從而給車主提供信息服務，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，該系統具有兼容性強，容易維護，便于安裝等特點，可以方便地實裝在各大停車場中。

關鍵詞：物聯網;停車場;ZigBee;傳感器;微信小程序

1 概述

當前，“停車之痛”已成為城市通病，因停車問題引發的糾紛屢見不鮮。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、十幾萬的縣城和鄉鎮，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，在機動車密度更加高的各大城市中心由于已經被高度開發，地皮的缺少、市中心地皮的高昂地價等原因導致新停車場的規劃數量減少，因此泊車位的增速緩慢。同時，某些停車場由于建造時間早，導致其自動化程度低，僅靠人力不能對停車場進行高效率的管理，甚至由于人力資源的過度使用，導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流程而使用戶體驗低下。其次，統計表明，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巨大的汽車保有量而再次產生擁堵，機動車產生的尾氣也不能忽視。

為此，本文提出一種基于物聯網技術的先進泊車系統的設計，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 系統總體設計

本系統總體結構包括服務器端，客戶端，地鎖模塊，單片機模塊，ZigBee模塊和車輛檢測模塊組成。服務器端在接收到用戶客戶端請求信號后，根據得到的車位信息給空閑車位的智能地鎖節點發送短信息（鎖定車位），智能地鎖節點接收到信息后，由空閑狀態進入待命狀態（智能地鎖在空閑狀態時，沒有通過微信小程序預訂車位的車主能夠直接停入，進入待命狀態后地鎖模塊將鎖止，只能由預訂車主的客戶端點擊打開地鎖停入，或者由管理員強制解除），同時服務器端開始計時（若客戶在地鎖待命狀態后，工作狀態之前取消訂單，則按照預定到取消訂單的時間計費，若成功使用，則根據工作狀態開始到結束的時間來計費），當預訂車輛進入停車場并到達停車位后，可在微信小程序上點擊我已到達信號，隨后服務器端通過協調器傳輸信號給智能地鎖，從而驅動地鎖模塊開鎖，進入工作狀態。用戶離開后，車輛檢測模塊檢測到用戶離開，單片機發出信號給地鎖模塊解除鎖定，同時，智能地鎖給服務器端發送工作完畢信息，服務器端計費結束，并將相應扣費等信息傳送給客戶端。地鎖重新回到待命狀態，自此完成一次工作循環。

3 硬件部分

3.1 單片機模塊

單片機模塊能夠處理來自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，后期開發方便和擴展性能強的特點，能夠跟其他模塊很好地進行兼容，從而保證了整個系統的穩定性和服務質量。

3.2 地鎖模塊

地鎖模塊是一個由步進電機驅動的鎖芯，當需要鎖定的時候步進電機驅動鎖芯升起，從而阻礙車輛停入，當鎖定解除時，步進電機帶動鎖芯復位。

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射相應的超聲波進行反射回應來完成對車輛的檢測工作。[2]超聲波檢測器無需進行路面破壞，使用效果不受路面質量限制，具有安裝便利、可移動、使用時間長、硬件價格便宜等優點，可批量生產。在判定車輛通過，超聲波檢測器也能表現出較高的精度。[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。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節點以及協調器網關組成，其將會自動建立由協調器和節點組成的ZigBee網絡，能夠接收服務器端的信息來對各個地鎖節點進行管理分配，反之也可以將各個地鎖節點的狀態反饋給服務器端。本系統的ZigBee模塊采用cc2530芯片為核心，同時用ESP8266模塊作為ZigBee網關來與上位機交換數據，并以此組建一個魯棒性強，易于使用多個終端進行控制的分布式ZigBee網絡。

4 軟件部分

4.1 客戶端

客戶端能夠讓用戶在手機上進行賬戶登錄，提出停車需求，與云端服務器進行信息互動，并實現收費功能。微信小程序在2017年1月正式發布。截止2018年1月，上線的微信小程序數量達到58萬個，小程序用戶數量達4億，是微信用戶總數量的一半。小程序是微信一種新的功能，是基于微信程序運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用。微信小程序迎合了人們對手機應用程序方便快捷的需求，應用時無須安裝、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，同時兼容多個手機系統，易于開發，因此本文通過微信小程序開發平臺來編寫客戶端，用戶通過微信掃小程序碼，即可實現上述的客戶端功能。

4.2 服務器端

云端服務器能夠對智能地鎖進行管理分配，給智能地鎖發送開鎖命令，接收來自地鎖的上鎖狀態，處理來自客戶端的需求信息以及將反饋信息發送給客戶端。本文通過MySQL來建立數據庫以記錄各個車位的編號，占用信息和計費狀態等信息。同時基于C++語言來編寫上位機軟件，

使其能夠顯示數據庫的信息以及對各個車位的地鎖節點進行控制和信息交換還有與客戶端進行信息交換。

5 結語

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，因此改進各種新舊停車場的管理機制已經變成了一個亟待解決的問題。本文通過應用物聯網技術到停車場的管理之中，從而設計一套停車場管理系統，既能保證停車的效率，又降低了停車場管理的成本。

本文基于物聯網的智能停車場管理系統，主要由客戶端微信小程序，服務器端和地鎖節點三大部分組成。客戶端通過微信小程序實現了用戶在手機上進行賬戶登錄，提出停車需求，與云端服務器進行信息互動，并實現收費功能。服務器端通過MySQL數據庫和基于C++的上位機軟件實現數據的存儲，分析以及對地鎖節點進行控制和與客戶端的信息交換功能。地鎖節點集成了單片機模塊，地鎖模塊，車輛檢測模塊和ZigBee模塊，實現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：

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

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

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

[4]杜炎恒.淺談微信小程序的商業價值[J].現代經濟信息，2018（21）：288289.

項目：本文受河海大學大學生創新性實踐項目經費資助（項目編號：201810294069）