基于互聯網技術的智能車庫管理系統設計

(齊魯工業大學(山東省科學院)機械與汽車工程學院 山東 濟南 250353)

隨著我國經濟水平的飛速發展，居民收入水平日益提高，私家車擁有數量逐年急速上升，因而產生了停車難、交通擁堵等問題。其中，停車位不足以及不能高效利用更是加重了停車難、違章亂停等現象，因此傳統的停車場已經不能適應現狀。

物聯網是新一代信息技術的重要組成部分，指通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等各種信息傳感設備，實時采集任何需要監控、連接、互動的物體或過程，采集其聲、光、熱、電、力學、化學、生物、位置等各種需要的信息，按約定的協議，把任何物體與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的與互聯網結合形成的一個巨大網絡。其目的是實現物與物、物與人，所有的物品與網絡的連接，方便識別、管理和控制。

基于物聯網技術的智能車庫管理系統的設計研究具有十分重要的意義。它可以實現將讀取的車輛信息、車輛停放時間、收費情況、停車場車位情況、環境信息等數據存入數據庫，方便存檔和調用，車庫管理員更加簡單快捷的管理車庫的各個信息，實現快速信息處理，縮短服務時間，提高工作效率。對于車主來說，進出車庫更加方便，燈光引導系統引導車輛快速準確地停入車位，節省了車主的寶貴時間。

一、系統總體方案設計

車庫管理系統的服務對象主要是車庫管理者和停車用戶，建設物聯網智能車庫管理系統的目的是為了更好的為車庫管理者和停車用戶服務。對車庫管理者來說，他們需要一個能夠有效管理車庫的車庫管理系統，比如能夠快捷查詢出入車庫的車輛的停放時間以及車主身份等功能；對停車用戶來說，他們希望能夠快速且安全的進出車庫的需求。

(一)系統的功能。本次設計是基于物聯網技術的智能車庫管理系統，利用web技術實現智能化的管理。本文研究的車庫管理系統結合了射頻識別技術、無線通信技術、物聯網技術和嵌入式技術等。該系統實現的功能主要有：(1)利用射頻識別技術對車牌進行識別。(2)利用物聯網技術對進出停車場的車輛信息進行上傳管理，主要包括車主信息、車牌號、停車時間以及扣費信息等。(3)利用ZigBee技術對停車位的狀態進行實時采集和發布，停車位的狀態包括車位空閑、被占用和被預約等狀態。(4)通過智能燈光控制器完成了對進出車庫進行有效的燈光導航。(5)監控中心對收集到的信息進行分析和處理，對車輛行駛路徑進行規劃，以燈光的形式實施燈光導航，并在物業管理中心計算機上實時顯示車庫的運行狀態。

(二)系統的組成。系統包含以下幾個部分：車牌射頻識別和信號處理部分、區域內部無線傳感器網絡部分、智能燈光控制部分。(1)車牌射頻識別和信號處理部分。車庫內車輛射頻識別和信號處理部分屬于感知層。當車輛進出車庫口時，運用射頻識別技術完成對車牌信息的采集。然后將采集的信息進行初步的處理，將數據格式轉換成統一的編碼方式。(2)區域內部無線傳感器網絡部分。將收集的數據經過無線通信方式上傳、管理，以報證信息傳遞的快速、穩定、安全、可靠，無線通信部分屬于物聯網技術傳輸層。(3)智能燈光控制部分。當車輛進出車庫口時，智能燈光控制部分完成了對地下車庫照明系統的智能控制以及照明和車位信息的智能感知。

(三)車輛出入庫流程。1.車輛入庫。車輛進入車庫前，系統運用車牌射頻識別技術識別出車牌號，道閘起桿，同時記下車輛入庫時間，并將車輛的車位信息發送到相關車位的測控節點，車輛進入車庫后，道閘落桿，保證一車一桿。移動的車輛觸發到智能燈光控制器的傳感器，該控制器通過控制電路開啟相應燈光，觸發則開，離開則閉，達到燈光跟隨的效果，實現了車庫的燈光導航和照明節能。當車輛靠近車位時，車位前的測控節點識別出車牌號與數據庫中的車輛信息比對成功后打開車位擋車器，車輛成功停進車位后，車位測控節點將信息傳給車庫管理員控制中心服務器，更新車位的使用情況。2.車輛出庫。車輛離開車位時，車位測控節點將車輛離開的信息傳給控制中心，系統得到車輛離開信息后，計算車輛停車時間以及停車費用，同時啟動燈光控制系統，引導車輛到達車庫門口，然后再次啟動車牌識別系統，待車主交完停車費后，道閘起桿，管理員將車位狀態更改為空閑狀態，車輛離開車庫后，道閘落桿。

二、物聯網智能車庫的關鍵技術

(一)射頻識別(RFID)技術。射頻識別，RFID(Radio Frequency Identification)技術，又稱無線射頻識別，是一種通信技術，可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸。車輛識別模塊依靠RFID技術通過射頻信號獲取數據信息，并將信息進行濾波、放大、調制解調和數模變換等處理，處理后的數字信號會被送到后臺的主機，進行相應的處理并命令執行機構進行動作。

RFID是一項易于操控，簡單實用且特別適合用于自動化控制的靈活性應用技術?？勺杂晒ぷ髟诟鞣N惡劣環境下：短距離射頻產品不怕油漬、灰塵污染等惡劣的環境，可以替代條碼，例如用在工廠的流水線上跟蹤物體；長距射頻產品多用于交通上，識別距離可達幾十米，如自動收費或識別車輛身份等。射頻識別系統具有讀取方便、快捷識別、數據容量大、使用壽命長、應用范圍廣和動態實時通信等系統優勢。

(二)Zigbee技術。ZigBee技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進行數據傳輸以及典型的有周期性數據、間歇性數據和低反應時間數據傳輸的應用。

停車位測控節點由ZigBee通訊模塊外接聲響—光敏傳感器構成，當車輛停在停車位時，車身擋住光線造成光敏電阻阻值增大，輸出端輸出低電平，與之相連ZigBee節點接收到低電平信號將車位狀態傳回給控制器，在上層界面上顯示該車為被占用。

ZigBee通訊模塊核心芯片為CC2430，符合IEEE802.15.4標準，采用跳頻技術，工作在2.4GHz頻段，傳輸距離較遠，可組網絡節點數目較多。工作電壓一般為3.3V，可以使用電源供電也可以使用電池供電。具有低成本、低功耗、網絡容量大、小數據快速傳輸且安全可靠的特點。

三、智能車庫的模塊設計

(一)車牌識別模塊。該模塊采用射頻識別技術，對小區出入車輛的信息進行自動收集后實時發送信息到數據處理中心，由數據處理中心對數據進行分析和處理，通過調用其他相關功能模塊，共同完成智能化停車。車輛識別模塊主要由前端信息采集、信息傳輸、數據處理和系統營運中心四部分組成。

前端信息采集單元用來對車輛即時狀態信息進行采集；信息傳輸單元用來把采集來的信息傳遞給后面的數據處理中心；數據處理中心主要用來分析處理各處傳來的數據信息，并且執行相關程序；系統營運中心負責與對車庫內車位信息的管理。

圖1 停車引導模塊工作流程圖

圖2 光敏傳感器原理圖

(二)停車引導模塊。停車引導模塊由信息采集、通信傳輸、控制中心、燈光引導、信息發布等部分組成，其工作流程如圖1所示。其中，信息采集部分主要負責車位使用狀態和道路實時狀況等信息進行采集，由車位測控節點和道路測控節點構成。以車位測控節點為例說明測控節點功能設計，程序主要是由三個部分組成，第一部分負責系統初始化和變量定義，第二部分負責車輛信息的獲取，第三部分負責對是否有數據幀需要被處理的判斷，并執行相應操作。車輛通過系統的燈光引導找到正確的車位信息，當車位測控節點接收到系統發來的車輛信息，與識別的車輛信息比對成功后，打開車位擋車器，并及時通過無線網絡通信模塊將車位狀態信息發送至控制中心服務器，更新車位的使用情況。

(三)停車位檢測模塊。智能泊車系統中，停車位檢測模塊由ZigBee通訊模塊外接聲響—光敏傳感器構成，光敏傳感器以光敏元件為媒介把光信號轉換為電信號，并將信息即時傳給控制中心。

(四)無線網絡通信模塊。數據接收基于ZigBee技術完成，將來自各個模塊的數據判斷、處理后，對合法數據幀進行處理后發送到數據處理模塊。數據發送也是基于ZigBee技術完成，發送數據部分負責偵聽串口數據、解析數據幀、判斷數據的有效性和合法性、處理數據幀、發送數據幀給傳感網絡。

四、總結與展望

(一)總結。近年來物聯網行業快速發展，出現了越來越多的為用戶生活提供便攜的智能應用，而停車場價格跌宕起伏及開車一族的日益增多，用戶與停車場迫切的需要這么一款泊車管理平臺。文中就開發一款可以廣泛應用的基于物聯網的智能車庫管理系統的基本功能進行研究。該智能車庫管理系統主要由車牌射頻識別和信號處理部分、區域內部無線傳感器網絡部分、智能燈光控制部分組成。本文的主要研究內容如下：(1)介紹并分析了停車場的現狀與發展，并且根據此分析，做出了本系統的功能需求。(2)分析了用戶即停車場迫切需要的最主要的兩個功能：實時查詢最新的車位信息和停車位引導功能，為用戶提供便攜、為車庫管理者考慮。(3)在作出的功能需求的基礎上，綜合考慮各個模塊，設計系統，并分析了系統設計與實現工作的完整流程。

(二)展望。將物聯網技術應用到智能車庫管理系統中，推動了車庫管理系統實現信息化、智能化、現代化的發展。本文研究取得的成果只是初步的，在研究過程中不斷地發現問題并解決問題，但仍有許多地方需要改進：(1)改善ZigBee網絡的覆蓋范圍的同時解決好數據傳輸的穩定性。(2)對車輛的燈光引導缺乏靈活性，在車輛出入的高峰期其利用率和效果不太理想，對車輛的引導規劃還需要繼續研究。(3)車牌識別系統中傳感器的感應距離問題需要進一步的完善。(4)解決多個商業區停車場聯網的問題，使管理者可以使用一個系統管理多個車庫信息。