基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能停車場系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

林楷焱，鐘俊健，陶 銘

（東莞理工學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，廣東 東莞 523808）

0 引 言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，機(jī)動(dòng)車的數(shù)量越來越多，傳統(tǒng)停車場尋找車位困難、管理復(fù)雜等問題凸顯。一個(gè)停車場系統(tǒng)的優(yōu)劣直接影響到停車的效率、停車場的管理成本以及利潤。因此，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一種可以幫助車主快速尋找空余車位且節(jié)能降耗的智能停車場對(duì)于解決智慧城市建設(shè)過程中的“停車難”問題具有重要意義。

本系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，采用STM32C8T6+ESP12S和樹莓派4B實(shí)現(xiàn)，通過消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸（Message Queuing Telemetry Transport, MQTT）協(xié)議與后臺(tái)系統(tǒng)連接，把傳感器采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_(tái)系統(tǒng)，并接受后臺(tái)系統(tǒng)發(fā)送的操控指令。后臺(tái)系統(tǒng)基于SpringBoot+MyBatis框架實(shí)現(xiàn)，主要接收硬件系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)并提供存儲(chǔ)及查詢等功能，以及發(fā)送操控指令到硬件系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)主要由硬件系統(tǒng)和后臺(tái)系統(tǒng)組成，通過MQTT服務(wù)器通信。

1.1 硬件系統(tǒng)架構(gòu)

硬件系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)4種功能。將STM32C8T6作為主控，實(shí)現(xiàn)空余車位展示、空余車位數(shù)量展示及智能照明。采用樹莓派4B實(shí)現(xiàn)車輛進(jìn)出場管理。所有功能模塊通過MQTT服務(wù)器與后臺(tái)系統(tǒng)交互。系統(tǒng)硬件架構(gòu)如圖1所示。

圖1 硬件系統(tǒng)架構(gòu)

1.2 后臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

后臺(tái)軟件系統(tǒng)采用SpringBoot+MyBatis框架實(shí)現(xiàn)，并參考了MVC三層框架（縱向上可劃分為模型層（Model）、視圖層（View）及控制層（Controller））。各層之間獨(dú)立，通過接口通信。主要實(shí)現(xiàn)錄入進(jìn)入車輛數(shù)據(jù)、錄入離開車輛數(shù)據(jù)、接收空余車位數(shù)量、錄入車位情況、查看車輛記錄、查看車位狀態(tài)、查詢報(bào)表、賬號(hào)管理、支付停車費(fèi)等功能。后臺(tái)軟件系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 后臺(tái)軟件系統(tǒng)架構(gòu)

2 系統(tǒng)部分功能流程

車輛進(jìn)出場管理功能模塊流程如圖3所示。STM32每個(gè)單位時(shí)間內(nèi)檢測(cè)有無物體，若無物體則繼續(xù)檢測(cè)，若有物體則拍照并進(jìn)行車牌快速端到端檢測(cè)與識(shí)別。識(shí)別發(fā)現(xiàn)并非車牌則返回第一步繼續(xù)檢測(cè)有無物體，若識(shí)別到車牌則上傳車牌數(shù)據(jù)（對(duì)于車輛進(jìn)入，則打開舵機(jī)開閘；對(duì)于車輛離開，則等待接收后臺(tái)發(fā)送繳費(fèi)成功通知，收到通知后啟動(dòng)舵機(jī)開閘）。在啟動(dòng)舵機(jī)開閘之后需要持續(xù)識(shí)別車輛是否離開，待車輛離開3 s后關(guān)閉舵機(jī)。

圖3 車輛進(jìn)出場管理功能模塊流程

智能照明功能模塊流程如圖4所示。通過傳感器識(shí)別有無人或者車輛在車位附近。

圖4 智能照明管理功能模塊流程

3 硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

車輛進(jìn)出場管理模塊由樹莓派4B作為主控板，搭載超聲波傳感器、舵機(jī)及攝像頭，硬件效果如圖5所示。超聲波傳感器持續(xù)監(jiān)測(cè)有無物體進(jìn)出場，若有物體則對(duì)物體拍照并上傳，然后調(diào)用阿里云接口識(shí)別車牌。本文所設(shè)計(jì)的車牌識(shí)別算法如下所示：

圖5 車輛進(jìn)出場管理模塊硬件示意圖

根據(jù)車牌識(shí)別結(jié)果判斷是否為車輛，若是車輛，則將車牌信息通過MQTT上傳至后臺(tái)系統(tǒng)。在車輛進(jìn)入時(shí)舵機(jī)開閘，在車輛離開時(shí)將等待后臺(tái)通知繳費(fèi)情況并決定是否開啟舵機(jī)開閘。樹莓派作為主控板檢測(cè)到車輛進(jìn)出場時(shí)記錄的信息如圖6所示。

圖6 車輛進(jìn)出場記錄信息

STM32C8T6作為空余車位展示模塊的主控板，由3 V電池盒連接升壓模塊進(jìn)行供電。STM32會(huì)在設(shè)定時(shí)間通過超聲波傳感器檢測(cè)車輛入庫過程，然后控制紅（有車）、綠（無車）、黃（緩沖）燈顯示車位相應(yīng)的狀態(tài)并將數(shù)據(jù)通過ESP12S上傳到后臺(tái)系統(tǒng)。車位有車、無車及緩沖示意圖如圖7所示。

圖7 車位有車、無車及緩沖示意圖

空余車位數(shù)量展示硬件示意圖如圖8所示。以STM32C8 T6為主控板，后臺(tái)系統(tǒng)通過MQTT服務(wù)器把空余車位數(shù)量以及車位總量發(fā)送給ESP12S，ESP12S通過串口轉(zhuǎn)發(fā)給STM32，最后STM32控制數(shù)碼管展示相關(guān)信息。

圖8 空余車位數(shù)量展示硬件示意圖

智能照明功能模塊硬件示意圖如圖9所示。以STM32C8T6為主控板，通過紅外傳感器探測(cè)有無人或者車輛，若有則把燈光調(diào)至正常亮度并持續(xù)一段時(shí)間，若無則降低亮度以降低能耗。

圖9 智能照明功能模塊硬件示意圖

4 后臺(tái)軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

硬件系統(tǒng)通過MQTT把車牌號(hào)信息發(fā)送到后臺(tái)系統(tǒng)后，車輛進(jìn)入，后臺(tái)系統(tǒng)查詢數(shù)據(jù)庫該車是否離開或者有無該車記錄，若該車未離開，則記錄該車進(jìn)入停車場的時(shí)間并把數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫。車輛出場后，后臺(tái)系統(tǒng)查詢數(shù)據(jù)庫該車是否離開停車場，若離開，則計(jì)算費(fèi)用并更新支付狀態(tài)。

當(dāng)空余車位展示模塊把車位狀態(tài)信息通過MQTT發(fā)送到后臺(tái)系統(tǒng)后，后臺(tái)系統(tǒng)更新數(shù)據(jù)庫，并通過MQTT發(fā)送最新的車位數(shù)量信息給空余車位數(shù)量展示模塊。車輛出廠支付信息如圖10所示。

圖10 車輛出場支付

此外，系統(tǒng)管理員也可登錄后臺(tái)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，查詢車輛進(jìn)出場記錄、車位實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，以及生成指定起始時(shí)間范圍內(nèi)的報(bào)表信息。車輛出場時(shí)，用戶可訪問支付頁面，支付頁顯示車牌號(hào)、待支付金額、車輛進(jìn)出場時(shí)間。確認(rèn)信息無誤后點(diǎn)擊“確認(rèn)支付”，后臺(tái)更新支付狀態(tài)并發(fā)送開啟舵機(jī)指令開閘。

5 結(jié) 語

本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種智能停車場系統(tǒng)。其中，硬件系統(tǒng)采用STM32C8T6+ESP12S和樹莓派4B實(shí)現(xiàn)，后臺(tái)系統(tǒng)采用SpringBoot+MyBatis框架實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)具備車輛進(jìn)出場管理、空余車位管理、智能照明等功能，可以方便用戶快速尋找空余車位并實(shí)現(xiàn)停車場的節(jié)能降耗。作為智慧城市建設(shè)與發(fā)展過程中的重要一環(huán)，停車場智能化管理的問題將愈加凸顯，本系統(tǒng)雖然實(shí)現(xiàn)了預(yù)設(shè)的功能，但仍需進(jìn)一步完善。