基于WSN的無人智能停車管理系統設計

王建亮 潘喆 魏也

摘 要：隨著人們對停車場的使用率越來越高，停車管理系統智能化需求也越來越高。通過實現智能化和網絡化管理能夠預定和査看多個停車場的車位情況，最終實現想停就停的方案，是停車場管理系統的最終目標。本設計是基于WSN的無人智能停車管理系統，上位機通過C#進行上位機管理系統的編寫，對下位機ZigBee傳來的數據進行實時監測，通過ZigBee無線的方式，接收終端節點上的車輛信息數據。ZigBee模塊主要以STM32單片機為主控制芯片搭載ZigBee模塊作為ZigBee節點，系統由協調器節點和終端節點兩部分組成，終端節點上搭載紅外傳感器對車輛進行停放與否的監測，實現了停車場的智能管理和精準使用。

關鍵詞：停車管理系統;無人智能;WSN;上位機

中圖分類號：TP311.52 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2021.03.046

本文著錄格式：王建亮，潘喆，魏也.基于WSN的無人智能停車管理系統設計[J].軟件，2021，42（03）：158-161

Design of Unmanned Intelligent Parking Management System Based on WSN

WANG Jianliang1，2， PAN Zhe2， WEI Ye3

（1.Tianjin College， University of Science and Technology Beijing， Tianjin? 301830; 2.Zhonghuan School of Information， Tianjin University of Technology， Tianjin? 300380;3.Civil Aviation University of China， Tianjin? 300300）

【Abstract】：As people use more and more parking lots， the demand for intelligent parking management systems is also increasing. It is the ultimate goal of the parking lot management system to be able to reserve and view the parking spaces of multiple parking lots through the realization of intelligent and networked management， and finally realize the stop-and-stop solution if you want. This design is an unmanned intelligent parking management system based on WSN. The upper computer uses C# to compile the upper computer management system， monitors the data from the lower computer ZigBee in real time， and receives vehicle information on the terminal node through ZigBee wireless. data. The ZigBee module mainly uses STM32 single-chip microcomputer as the main control chip. The ZigBee module is used as the ZigBee node. The system consists of two parts： a coordinator node and a terminal node. The terminal node is equipped with infrared sensors to monitor whether the vehicle is parked or not， which realizes the intelligence of the parking lot. Management and precise use.

【Key words】：parking management system;unmanned intelligence;WSN;upper computer

0 引言

近年來，隨著人們生活水平的提高，汽車數量的增長速度更是驚人。由于我國城市對停車問題的認識滯后于車輛增長速度，所以導致了停車發展設施規劃滯后，停車管理水平低、有關法律體系尚不健全等狀況的出現。無論是居住區、商業區、還是在城市道路兩側，停車位缺乏的現象比比皆是，亂停亂放現象非常嚴重。

針對于市面上智停車難管理和產品單一的問題，設計了一款基于WSN的無人智能停車管理系統，本系統由上位機和下位機組成，下位機采用物聯網技術之一的ZigBee技術進行組網，采用STM32單片機作為主控制芯片搭載ZigBee無線通信模塊的CC2530，板載ZigBee無線通信天線，下位機實現對汽車停放的檢測，通過紅外傳感器進行檢測并上傳數據到終端節點，并可以通過OLED液晶顯示屏進行車位信息的顯示。上位機通過設計PC端上位機管理界面，實現后臺對停車場車位的信息實時監測，并作出管理。

1系統的總體架構

系統基于ZigBee無線傳感器網絡架構模型組織起來，下位機部分ZigBee自組網，通過ZigBee協議棧實現無線通信功能，上位機是通過C#語言實現的，在VS平臺搭建的上位機管理系統。本設計是基于ZigBee的停車管理系統的設計，將STM32+CC2530芯片作為下位機的主控芯片，用物聯網技術ZigBee組網來進行數據的上傳和下發，通過液晶顯示屏對車位信息進行顯示和管理，引導泊車，終端節點搭載多個紅外傳感器模塊，從而進行實時監控。設計的目的是搭建合理，快捷的通訊網絡系統，給人們帶來更便捷的生活。

系統的架構圖如圖1所示：

2系統硬件設計

2.1主控芯片

STM32F103ZET6屬于Cortex-M系列中的Cortex- M3內核。它具有特別強大的性能，使用主流的ARM內核，有豐富的外設，多達11個定時器，256K FLASH，48K SRAM，2個IIC接口，5個串口，3個SPI接口已經還具有CAN總線通信接口，在這個智能停車管理系統中，為了滿足功能要求，需要使用到主控制芯片的許多外設來進行開發。為了滿足以上要求選取意法半導體公司的STM32F103ZET6作為系統的控制芯片。

2.2 ZigBee模塊

ZigBee模塊的在硬件設計上的主要控制芯片是CC2530，主控制芯片在無線收發電路的電磁場電磁波的傳遞方式下的協作下完成ZigBee網絡的建立，數據采集獲取與轉發機制，無線數據的收發處理實在ZigBee協議棧的基礎上實現的。所以通過本設計需使用成本與性能和操作性方便的前提下選擇方案，所以本設計選擇的是微控制器和無線收發集于一體的SOC片上系統芯片的方案。

在ZigBee節點的硬件設計中，CC2530需要實現了對傳感器數據的采集，經過I/O信號采集、A/D轉換，定時器電路，串口回調機制來實現數據傳輸功能。通過串口可實現協調器節點和上位機界面的通信。

2.3 紅外傳感器模塊

利用紅外傳感器的檢測障礙物的原理，準確檢測停車場車位是否停放的信息。當模塊檢測到前方障礙物信號時，電路板上綠色指示燈點亮電平同時OUT端口持續輸岀低電平信號，該模塊檢測距離2～30cm，檢測距離可以通過電位器進行調節，順時針調電位器，檢測距離增加;逆時針調電位器，檢測距離減少。傳感器主動紅外線反射探測，因此目標的反射率和形狀是探測距離的關鍵。其中黑色探測距離最小，白色最大;小面積物體距離小，大面積距離大。傳感器模塊輸岀端口OUT可直接與單片機IO口連接即可，也可以直接驅動一個繼電器;連接方式：VCC-VCO;GND-GND;OUT-IO。比較器采用LM393，工作穩定;可釆用3～5V直流電源對模塊進行供電。當電源接通時，紅色電源指示燈點亮，具有3mm的螺絲孔，便于固定、安裝;電路板尺寸：3.1CM×15CM，每個模塊在發貨已經將閾值比較電壓通過電位器調節好，非特殊情況，請勿隨意調節電位器。

2.4 OLED液晶顯示屏模塊

采用的是SSD1306是一款單芯片CMOS OLED/PLED驅動器，帶有有機/聚合物發光控制器。二極管點陣圖形顯示系統。它由128個段和64個公用部分組成。通過SPI接口時序傳遞指令，OLED應用比較廣泛比如電子廣告牌，手機顯示屏，計算器，電梯指示屏等。

3 軟件設計

3.1 總體設計

系統的總體設計分為上位機和下位機兩部分，下位機軟件設計主要是通過使用ZigBee協議棧進行智能車車管理的下位機無線通信部份的協議傳輸，上位機的軟件開發，智能停車管理系統，主要是通過C#軟件編程，上位機管理界面的軟件開發平臺是Visual Studio，編程語言使用的是C#。通過C#的SerialPort窗體控件編寫上位機管理界面，使得界面與下位機通過串口進行數據的傳輸與指令下發操作。

3.2 ZigBee協議棧

本協議棧定義了通信硬件和軟件在不同層次如何協調工作。在網絡通信領域，在每個協議層的實體通過對信息打包與對等實體通信。在通信的發送方，用戶需要傳遞的數據包按照從高層到低層的順序依次通過各個協議層，每一層的實體按照最初預定消息格式在數據信息中加入自己的信息，比如每一層的頭信息和校驗等，最終抵達最低層的物理層，變成數據位流，在物理連接間傳遞。在通信的接收方數據包依次向上通過協議棧，每一層的實體能夠根據預定的格式準確的提取需要在本層處理的數據信息，最終用戶應用程序得到最終的數據信息并進行處理。

3.3 通訊協議

對于無線通信，就一定具備它的無線通信通信協議，終端節點搭載紅外傳感器，終端節點采集到的信號，通過終端節點進行組包，并通過協議棧，組包無線發送到協調器節點，通過協調器節點在將其發送至上位機停車管理系統，這樣就可以對停車場的停車位進行智能的管控了。上位機和下位機之間完成了規定的數據通信格式，實現了產品開發者對所設計模塊的控制，通過基于串口通訊協議之上的數據格式，對下位機模塊實現控制，指令的下發與上傳。

3.4 ZigBee網絡程序設計

ZigBee組網的應用是基于Zstack協議棧進行開發的，通過實時性操作系統OSAL來實現ZigBee的組網，整個協議棧通過尋找節點ID號，創建隊列出棧，一系列算法過程來實現整個操作系統的運行。在Zstack中使用組網函數，通過協調器向網絡中的節點發出綁定請求，等待各終端節點應答，建立起安全機制，給每個終端節點分配PAN標識符，各終端節點按優先級依此對協調器發起的網絡機制進行響應。包括對硬件的初始化，協議棧的初始化，建立連接網絡。在網絡建立的一開始，首先啟動協調器節點，因為協調器節點才可以創建和配置網絡。

3.5 紅外傳感器程序設計

本設計通過CC2530作為單片機的信號數據處理以及其本身特有支持Zigbee無線通訊技術，在ZigBee終端節點上搭載三個紅外傳感器，模擬三個車位信息，通過傳感器是否檢測到障礙物判斷車位是否有停車，軟件設計終端節點采集外紅傳感器信號，由紅外采集模塊采集信號輸入，然后單片機采集信號，啟用定時器定時采集并檢測是否有車停放。紅外采集傳感器軟件設計流程如圖2所示。

3.6 上位機管理系統界面設計

對于上位機界面的開發我們采用C#語言，是一種面向對象的高級程序語言，語法和C/C++很像，C#用起來很方便，可以應用到很多的場景中去。C#帶有簡單的窗體編輯工具，在上面可以添加我們所需要的控件，在SerialPort控件完成與下位機網關的數據通信，集成了COM，微軟的WIN32組件技術。通過窗體化增加設計界面，然后自動生成代碼，整體操作簡單方便。

4 結語

對于基于WSN的智能停車管理系統整體測試調試，搭建了樣機進行驗證。整體搭建的硬件設備有兩塊ZigBee模塊、紅外傳感器模塊，其中協調器模塊通過USB連接線連接到PC，在PC上通過上位機GUI界面可以實時監測到整個停車場系統的停放信息，方便了客戶車輛的停放和管理員的合理化管控。