基于物聯(lián)網(wǎng)和機器人技術(shù)的智慧停車系統(tǒng)設(shè)計

翟圃圃　李曉龍　隋永佳　楊立強　吳暉

摘 要：近年來隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和穩(wěn)步轉(zhuǎn)型，私家車的數(shù)量激增，隨之即來的停車難、尋車難等問題日益凸顯。基于此，系統(tǒng)主要對用戶終端、機器人作業(yè)、傳輸網(wǎng)絡(luò)等模塊進行設(shè)計，將物聯(lián)網(wǎng)與機器人技術(shù)進行有機結(jié)合，構(gòu)建雙向通信網(wǎng)絡(luò)與智慧交通網(wǎng)絡(luò)。通過機器人存取車實現(xiàn)車輛的自動存取，提高用戶存取車的效率，進一步地實現(xiàn)智慧停車;同時物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用實現(xiàn)了車位等信息的共享，為城市智慧化提供了一定的助力。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng) 存取車機器人 自動化停車 智慧停車

1 引言

我國私家車的增長速度高于城市停車基礎(chǔ)建設(shè)的速度，同時現(xiàn)有部分停車場存在車位利用率不高、空間利用不合理、車位指示不清等問題。隨著人們追求智慧生活的意愿日益強烈，停車問題亟待解決。目前應(yīng)用較廣的解決思路主要有以下兩條：一方面是改善停車場的結(jié)構(gòu)，提高空間利用率。如各種新型立體停車場，但其仍存 在設(shè)備復(fù)雜，故障率高，高峰時段依次取車時間長等問題。另一方面是擴大停車基 礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)規(guī)模，然而現(xiàn)存的資源是有 限的，以上方法不能從根本上解決部分停 車問題。

而隨著科技的發(fā)展和各產(chǎn)業(yè)的有機衍生和多元結(jié)合，越來越多的產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)交叉互聯(lián)、互促互助，形成了良好的智能融合。同時機器人具有效率高、靈活度高的特點，其應(yīng)用非常廣泛。本系統(tǒng)提供的一種思路是利用物聯(lián)網(wǎng)和機器人技術(shù)實現(xiàn)智慧停車。

系統(tǒng)采用嵌入式STM32處理器設(shè)計了機器人的智能控制終端;采用NB-IOT（窄帶物聯(lián)網(wǎng)）協(xié)議傳輸更新信息;在數(shù)據(jù)傳輸方面提出GPM-CNN，LP-CNN算法，實現(xiàn)云端和APP端的雙向穩(wěn)定的信息傳輸，用戶只需在APP端進行操作就可完成一鍵存取車。自動存取車的顯著特點之一就是提高了用戶的存取車效率，幫助構(gòu)建智慧出行體系，極大地方便了用戶的生活。

2 系統(tǒng)設(shè)計概況

2.1 系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)

基于物聯(lián)網(wǎng)和機器人技術(shù)的智慧停車系統(tǒng)旨在提高車位的利用率和改善人們的存取車方式，幫助人們更好的管理停車場，合理節(jié)省資源。系統(tǒng)一方面利用物聯(lián)網(wǎng)的高覆蓋性和精準(zhǔn)性收集車位信息，合理安排車位;另一方面擴大機器人技術(shù)的應(yīng)用范圍，借此實現(xiàn)自動化存取車、提高停車效率、實現(xiàn)智慧停車、為實現(xiàn)城市智能化提供一條可靠路徑。

根據(jù)系統(tǒng)功能的完備性分析，該系統(tǒng)分為以下三個模塊：

（1）用戶終端系統(tǒng)。用戶根據(jù)實名認證擁有唯一的注冊登錄賬號，用以收發(fā)車位信息和存取車服務(wù)指令。通過APP端的快捷操作實現(xiàn)預(yù)約停車、實時存取車及快捷計費支付。（2）機器人系統(tǒng)。自主停車機器人采用嵌入式STM32處理器設(shè)計其智能控制終端，通過圖像識別技術(shù)分析車牌信息，實現(xiàn)信息的感知。機器人由電能驅(qū)動，通過電磁引導(dǎo)技術(shù)進行定位，同時托輪器與機器人主體相互配合對車輛進行托舉，提高運輸?shù)姆€(wěn)定性。（3）傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過NB-IOT協(xié)議傳輸信息，采用GPM-CNN，LP-CNN算法，通過后臺服務(wù)器的存儲和大數(shù)據(jù)的計算實現(xiàn)云端與機器人和云端與用戶終端的雙向信息傳輸，構(gòu)建立體的交通網(wǎng)絡(luò)。

2.2 系統(tǒng)主要功能

（1）車位預(yù)約

用戶可查詢目標(biāo)停車場的車位信息，根據(jù)自己的實際需要選擇是否需要預(yù)約車位。在APP端預(yù)約車位后需在30分鐘內(nèi)到達，若超時未到則會被取消預(yù)約。車位被預(yù)約后云端向機器人端發(fā)送信息，被預(yù)約的車位限時內(nèi)為“禁停區(qū)”，避免車輛誤停造成混亂。

（2）自動存取車

系統(tǒng)采用“先到先服務(wù)”的原則，支持多臺機器人同時工作，提高存取車效率。當(dāng)車輛行駛至所述停車平臺即機器人上方時， 氣彈簧液壓桿帶動機器人車輪彈出，托起機 器人主體升高直至接觸到車輛底盤，壓力傳 感器檢測車輛底盤與機器人是否完全接觸， 完全接觸后托輪器伸出，蓄電池為滑塊提供 動力帶動托輪器在滑道上縱向移動，同側(cè)托 輪器分別相向而行，卡住車輪，實現(xiàn)車輪的 穩(wěn)定托舉。最后機器人在處理器的控制下通過電磁引導(dǎo)技術(shù)進行定位。到達指定停車位時，托輪器松開車輪分別向兩端運動，后收回嵌入機器人主體。氣彈簧液壓桿縮短降低機器人直至車輪完全接觸地面，之后機器人退出完成停車。

取車時用戶只需在APP端發(fā)送取車指令，機器人自動到達停車位以同樣的方式取出車輛。

（3）智能快捷繳費

系統(tǒng)自機器人將車輛停到指定位置時開始計費，自機器人托舉汽車離開停車位時停止計費。機器人的控制終端將停車時間及狀態(tài)等信息上傳至云服務(wù)器，最后在APP端實現(xiàn)自動繳費（圖2）。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

移動端是提高系統(tǒng)便捷度的重要方法之一，用戶在手機上可自主選擇服務(wù)，存取車等服務(wù)僅需一個按鍵即可傳送指令。目前移動端主要是基于Android Studio開發(fā)的Java語言系統(tǒng)。

APP端的主要結(jié)構(gòu)如下圖所示。用戶管理模塊實現(xiàn)用戶的注冊登錄、實名認證等服務(wù)，該系統(tǒng)只為合法用戶提供服務(wù);車位信息模塊用以查詢用戶目標(biāo)停車場的車位狀態(tài);支付查詢模塊實現(xiàn)用戶停車的智能繳費和歷史記錄;數(shù)據(jù)存儲模塊采用Java Script框架，完成后臺數(shù)據(jù)的存儲更新，及時與云端交換信息，完成信息更新。

4 系統(tǒng)硬件設(shè)計

4.1 自動存取車機器人

4.1.1 機器人主體

機器人未工作時呈矩形，整體長度為5.2米，寬度為1.25米。車輪和托輪器均處于收縮的狀態(tài)，確保車輛能順利駛到其上方，為托輪器的彈出工作提供足夠的空間，提高系統(tǒng)的實用性。其縱向兩側(cè)設(shè)有滑道，使托輪器能順利移動。整體外殼采用鋁合金，具有一定的強度，經(jīng)濟性較好。

4.1.2 托輪裝置

該裝置由滑塊、托輪器、電動液壓桿組成。托輪器共有8個，分別安裝于機器人主體最前端、最后端與中間對稱線兩側(cè)。托輪器未工作時收縮嵌入到機器人側(cè)面的凹槽內(nèi)，工作時電動液壓桿推動托輪器伸出，滑塊在機器人兩側(cè)的滑道行進，帶動托輪器運動。同側(cè)的托輪器分別相向行進，兩兩組合，能完全卡住輪子，提高托舉的穩(wěn)定性。

4.1.3 機器人底盤

機器人底盤包括車輪、氣彈簧液壓桿、車輪嵌槽。車輪設(shè)有4個，未工作時半嵌入車輪嵌槽內(nèi)，降低機器人的高度，確保車輛能順利駛?cè)霗C器人上方，避免對汽車底盤和機器人造成損傷。車輪底盤安裝磁傳感器帶，運用電磁技術(shù)進行導(dǎo)航，提高其行進過程中的穩(wěn)定性，降低成本。

4.2 圖像識別模塊

機器人裝有Open mv攝像頭，車輛駛來是進行拍攝采集信息，采集車牌信息后由圖像處理模塊進行識別存儲，用于車輛的存取車及計費依據(jù)。車牌信息存儲的同時在地區(qū)的智慧交通網(wǎng)實現(xiàn)共享，在必要情況下為公安等部門提供憑據(jù)。

4.3 智能控制終端

機器人的智能控制終端主要是采用嵌入式STM32處理器。將數(shù)據(jù)采集、處理、融合、挖掘等進行邊緣計算，降低數(shù)據(jù)傳輸帶寬占用，提高實時性。處理器與智能傳輸實現(xiàn)信息的實時更新，組成了智能化的控制終端。

5 結(jié)語

綜上所述，部分停車問題的解決方法可向高速發(fā)展的智能技術(shù)投去目光，同時也依賴于我國科技的發(fā)展和各行各業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，智慧停車系統(tǒng)的基礎(chǔ)更是良好的產(chǎn)業(yè)互動和可持續(xù)的能量轉(zhuǎn)化。本文設(shè)計的基于物聯(lián)網(wǎng)的機器人技術(shù)的智慧停車系統(tǒng)具有一定的實用性，運用機器人為人們提供存取車服務(wù)，發(fā)達的物聯(lián)網(wǎng)提高用戶的存取車效率。該系統(tǒng)將智能化元素進一步地融入人們的生活，推動城市建設(shè)向智慧化邁進。

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