基于城市私有車位共享理念下物聯網智能車位鎖的研究與設計*

曹陽明，崔丹丹，李苗，陸奇志，潘飛

基于城市私有車位共享理念下物聯網智能車位鎖的研究與設計*

曹陽明，崔丹丹，李苗，陸奇志，潘飛

（新疆交通職業技術學院，新疆 烏魯木齊 831401）

為了解決城市停車難問題，在傳統D型車位鎖的基礎上采用ATmega 328p芯片作為微控制器，SIM900A作為通訊模塊實現與云平臺之間數據傳輸，設計基于城市私有車位共享理念下的物聯網智能車位鎖，在私有車位擁有者設置的開放時間段內社會車輛可以付費使用，不僅有助于解決城市停車難的問題，同時可為私有車位擁有者增加額外收益，實現雙贏。

私有車位；智能車位鎖；物聯網

引言

隨著城市化進程的發展和人民生活水平的提高，城市汽車保有量急劇增長，據公安部統計，截至2020年6月我國汽車保有量達到2.7億輛，城市公共停車車位少，購買車位貴，停車費用高的問題已經成為城市市民的一塊“心病”，針對我國現有城市私有車位的利用效率不高的問題，充分利用現有城市私有停車位資源成為了緩解“城市停車難問題”的有效措施。相關學者針對此問題也進行了研究，謝靜、李維學等學者通過STM32芯片作為微控制器，利用無線通信技術實現車位的信息化管理[1-2]。鄭東平等學者利用藍牙模塊實現對車位鎖的智能近距離無線控制[3-4]，張匯鋒利在車位鎖上加裝NBIoT通訊組網模塊實現在開放云平臺上構建車位管理應用系統[5]。新型物聯網智能車位鎖的推廣與應用已經成為人們關注的熱點話題。

1 系統功能與工作流程分析

產品功能包括實現對車位鎖的遠程開啟或關閉控制、車位使用狀態的實時監控以及與云平臺服務器之間數據傳輸，保存車位擁有者對車位開放或私有狀態的設置及共享時間段信息。

智能車位鎖安裝完成后，首先進行系統自檢，車位鎖擺臂上升車位關閉，GSM模塊聯網獲取云平臺上車位私者設置的車位開放時間段，等待接收云平臺發送車位鎖關閉或開啟的控制信號，車位鎖根據控制信號控制擺臂上升或關閉實現車位的開啟或關閉，并將車位狀態信息上傳云平臺。

圖1 系統工作流程分析圖

2 物聯網智能車位鎖的總體設計方案

物聯網智能車位鎖設計方案包括物聯網智能車位鎖，云平臺服務器以及配套APP。物聯網智能車位鎖獲取云平臺控制信號實現對車位鎖的控制，監測車位使用狀態信息上傳云平臺；云平臺服務器存儲車位狀態、位置、開放時間段、用戶使用停車位時間信息以及停車費用的計算等；APP可用于設置車位共享時間段、查詢車位、預定車位、遙控開鎖以及停車費用支付。

（1）硬件設計與仿真

物聯網智能車位鎖在傳統D型車位鎖模型基礎上，加裝物聯網智能車位鎖控制系統，以便推廣應用于城市私有車位共享。車位鎖控制系統模塊組成包括Arduino Uno開發板、SIM900A無線通訊模塊、直流減速電機、超聲波測距模塊、光電限位開關、報警裝置、供電模塊等組成。

Arduino Uno控制器：基于ATmega328P的微控制器，是Arduino開源生態中一款主流開發板，具有14個數字IO引腳，6個模擬IO引腳以及USB接口、電源插口、復位按鍵等，操作使用便捷，可快速上手操作應用于實踐。控制器接收云端服務器發送的控制信號及采集超聲波測距模塊檢測的車位使用狀態信息，根據共享控制策略實現對車位鎖開關的控制，并通過GPRS通訊模塊實現與云平臺服務器之間的數據傳輸。

圖2 物聯網智能車位鎖系統組成

系統供電：采用4節18650鋰電池供電，兩兩串聯再并聯給系統提供約7.4V的直流電。

直流減速電機：電機的正反轉控制車位鎖擺臂在設定范圍內轉動，達到車位開啟或關閉的作用。

L298N驅動模塊：控制器發送控制信號給驅動模塊，控制直流減速電機正反轉，并且可為控制器提供5V電源。

GSM900A通訊模塊：實現車位鎖控制器與云端服務器之間的數據傳輸。

圖3 控制系統仿真電路圖

報警裝置：在車位鎖未開啟時，當車輛靠近或強行駛入時，有源蜂鳴器發出語音報警提示。

HC-SR04超聲波測距模塊：實時采集當前車位使用情況，判斷車輛是否駛出當前車位。

光電限位開關：檢測D型車位鎖擺臂是否運動到限定位置，若到達限定位置則發送信號給控制模塊，控制電機停止轉動，避免燒壞電機。

（2）基于可視化編程平臺的APP的開發

App Inventor是由谷歌開發的在線可視化Android編程平臺，編程人員無需掌握復雜的編程語言，采用堆積木的方式實現APP的開發與設計。

私有車位擁有者或管理者：根據對車位的使用或管理情況通過APP設置相應的開放共享時段，并可實時查看車位使用及收益情況。

尋找車位者：可通過APP查看當前位置附近或出行目的地車位情況，根據自身需求預定車位，到達目的地后可通過APP打開車位鎖，實現快速停車及使用后付費支付。

圖4 APP界面展示

3 結束語

本文提出了一種基于傳統D型車位鎖模型和物聯網通訊技術用于實現城市私有車位共享的車位鎖，構建了城市私有車位共享理念下控制共享策略模型，完成了物聯網智能車位鎖控制系統的設計與仿真，采用可視化編程的方法實現了APP的開發。實驗結果表明：充分利用城市私有車位現有資源，解決城市私有車位共享性差、停車難的問題，具有重要實踐意義。

[1] 謝靜,蔣秀林.基于物聯網技術的私有車位共享系統設計與實現[J].宿州學院學報,2019,34(01):68-71.

[2] 李維學,潘炫樺,張萍.基于無線通信的共享智能車位鎖[J].電子世界,2018(13):110-112.

[3] 鄭東平.基于藍牙技術的智能車位鎖的設計與實現[J].計算機產品與流通,2020(01):112.

[4] 熊英鵬,毛佳昌.基于藍牙的智能車位鎖設計[J].科技視界,2019 (25):33-35.

[5] 張匯鋒.基于NBIoT的車位管理系統研究與設計[D].濟南:山東大學,2019.

Research and Design of IOT Intelligent Parking Lock Based on the Concept of Urban Private Parking Space Sharing*

Cao Yangming, Cui Dandan, Li Miao, Lu Qizhi, Pan Fei

（Xinjiang Vocational and Technical College of Communications, Xinjiang Urumqi 831401）

In order to solve the problem of urban parking difficulty, based on the traditional D-type parking lock, Atmega 328p chip is used as the microcontroller. sim900a is used as the communication module to realize data transmission with cloud platform. The intelligent parking lock of Internet of things is designed based on the concept of urban private parking space sharing. Social vehicles can pay to use during the opening time set by private parking space owners. It not only helps to solve the problem of urban parking difficulties, but also increases additional benefits for private parking space owners, so as to achieve a win-win situation.

Private parking spaces; Intelligent parking lock; Internet of things

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.07.014

U461.99

A

1671-7988(2021)07-39-03

U461.99

A

1671-7988(2021)07-39-03

曹陽明（1991-），男，漢族，湖南邵陽人，講師，碩士研究生學歷，就職于新疆交通職業技術學院，主要研究方向為電工電子技術、自動化控制技術、數字化建設。

新疆交通職業技術學院教育教學科研項目 J-20-01（基于城市私有車位共享理念下智能車位鎖的研究與設計）。