基于NB-IoT的智慧停車系統(tǒng)研究

黃健安 郭新 胡光雄 易煥銀 劉買花

[摘? ? 要]文章介紹了設計的一種基于NB-IoT的智慧停車系統(tǒng)，以解決當前停車難、停車位需求大的問題。硬件以高性能的芯片STM32F302RC作為MCU，由地磁模塊信息的采集模塊、NB-IoT數據處理模塊、低功耗供電模塊和通信模塊組成。軟件部分由底層驅動程序開發(fā)、采樣數據的軟件處理、停車位數據的軟件分析和處理、智能停車系統(tǒng)的主程序的設計和上位機的數據傳輸軟件處理等實現智慧停車系統(tǒng)。

[關鍵詞]NB-IOT;MCU;數據處理;智慧停車

[中圖分類號]F724.6 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）07–0–02

Smart Parking System Based on NB-IOT

Huang Jian-an，Guo Xin，Hu Guang-xiong，Yi Huan-yin，Liu Mai-hua

[Abstract]Describes the design of a smart parking system based on NB-IOT to solve the current problems of difficult parking and high parking demand. ， The hardware uses the high-performance chip STM32F302RC as the MCU， which is composed of a geomagnetic module information acquisition module， an NB-IOT data processing module， a low-power power supply module and a communication module. The software part consists of the development of the underlying driver program， the software processing of sampling data， the software analysis and processing of parking space data， the design of the main program of the intelligent parking system and the data transmission software processing of the upper computer to realize the intelligent parking lot.

[Keywords]NB-IOT; MCU; data processing; smart parking

1 概述

隨著人民生活質量的不斷提高，汽車幾乎已成為每個家庭的必需品。傳統(tǒng)的停車場存在找停車位難、找車更難和收費不清晰等問題。為解決這個問題，國內外涌現了很多無線智能停車系統(tǒng)，但存在覆蓋范圍差、信號干擾性強、成本高和功耗大等缺點。

基于NB-IoT（窄帶物聯網）的智慧停車系統(tǒng)，以高性能的芯片STM32F302RC作為MCU，采用NB-IoT技術的車輛檢測器直接將信息上報給運營商無線網絡，通過上位機或手機進行停車場信息傳送。NB-IoT為當下流行的物聯網遠程通信模塊，能通過多種協(xié)議，如UDP、TCP/IP、http、LWM2M協(xié)議與計算機收發(fā)信息，從簡單到復雜，都能實現遠程控制，具有覆蓋廣、連接多、成本低和低功耗的優(yōu)點，適用于智能停車，智能抄表、智能監(jiān)控、物流跟蹤、智慧農業(yè)等物聯網應用領域。

本智慧停車系統(tǒng)硬件部分由地磁模塊信息的采集模塊、NB-IoT數據處理模塊、低功耗供電模塊和通信模塊組成。軟件部分由底層驅動程序開發(fā)、采樣數據的軟件處理、停車位數據的軟件分析和處理、智能停車系統(tǒng)的主程序的設計和上位機的數據傳輸軟件處理等實現智慧停車系統(tǒng)。

2 硬件設計

基于NB-IoT的智慧停車系統(tǒng)是通過MCU平臺上的嵌入式監(jiān)控軟件，能夠初始化NB-IoT模塊，檢測車位的相關信息和模塊本身的電池電量值等，并通過NB-IoT網絡傳送到服務器，實現對車位信息的監(jiān)測并上傳到服務器。前端把收集到的大量數據，處理并通過友好的界面推送給用戶，如圖1所示。

本系統(tǒng)設計的一套基于低功耗MCU的車位信息監(jiān)測終端。硬件原理如圖2所示。

3 軟件設計

軟件工作流程：模塊上電，初始化MCU，初始化NB-IoT模塊，檢測車位信息，檢測電池電壓，把模塊ID、電池電壓狀態(tài)打包，通過NB網絡上報給服務器，等待服務器回應（若服務器沒回應超時，再上報數據，超時上報3次，不再上報），設置NB-IoT模塊為省電模式，關斷檢波電源，MCU進入休眠，等待超時喚醒，喚醒后重復上述流程。工作流程如圖3所示。

3.1 MCU初始化

為了使工作頻率和通信波特率更精準，MCU使用外部晶體。MCU使能內部ADC模塊，初始化UART用作NB-IoT模塊的通信。初始化定時器用作系統(tǒng)計時。

3.2 NB-IoT模塊初始化

初始化NB模塊，模塊注冊上網絡，處于接收發(fā)送狀態(tài)。

3.3 數據處理

初始化UART模塊，切換接口為PC機與MCU通信，正常情況下，UART是負責MCU和NB-IoT通信。制定PC機和MCU的通信協(xié)議。

（1）可實時查詢車位的信息。

（2）可實時上報車輛的停車時長。

3.4 車位信息檢測

（1）車位信息信號通過濾波器、檢波管、檢測切換開關和MCU的ADC采樣。

（2）采樣值獲取，如圖4所示，每采樣一次持續(xù)100 ms，共采樣200次，去掉最大的2個點和得到次最大的8個值再取平均值。

（3）采樣值通過篩選和處理，傳送給MCU。

3.5 電池電壓檢測

（1）通過電池電壓檢測端口，AD采樣。

（2）采樣值獲取：每隔100 ms采樣一次，共采樣10次，去掉最大和最小值再取平均值。

（3）采樣值與電池低電壓門限比較，低于門限則產生電池電壓低告警狀態(tài)1，大于等于門限值則為正常狀態(tài)0。

3.6 數據傳輸

如圖5所示，基于APP或微信小程序呈現給用戶，采用TCP/IP網絡協(xié)議進行數據傳輸。車位檢測終端喚醒后發(fā)信息給應用平臺，平臺收到發(fā)應答標志（ACK）給終端。終端得知平臺收到握手信號以后，則把最新的車位數據上報給平臺。平臺回ACK標志表示收到。如果有固件更新流程，則進入固件更新流程，如果沒有固件更新流程，則終端進入休眠模式。

4 結束語

本文設計的系統(tǒng)采用先進的地磁設備，通過自主軟件算法可準確確定停車位是否空或占用，基于NB-IoT的數據收發(fā)進行嚴格的錯報判斷，確保沒有丟失，安裝和維護方便，實時監(jiān)控，高效泊車，有效優(yōu)化停車場資源。

參考文獻

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[3] 徐馳，孫善寶，薛長青.一種基于NB-IOT的智能停車場管理系統(tǒng)及方法：CN201810321550.1[P].2018-07-24.

基金項目：廣州市科學技術局2020年市基礎研究計劃基礎與應用基礎研究專題一般項目（202002030476）;教育部科技發(fā)展中心高校產學研創(chuàng)新基金一新一代信息技術創(chuàng)新項目（2019J02001）。