低功耗手机室内定位的智能化车库系统设计

顾妙松　杨扬　梁子航　王家兴　马唯伦　白冰

摘 要：为满足日益增长的停车需求，大型停车场不断涌现，从而给车主入库泊车和回库取车带来不便，故旨在提高停车场运行效率的智能车库系统也将随之发展。该文针对我国对智能化车库的强烈需求和现有智能车库系统的一些弊端，提出了一种低功耗车位占用检测技术，利用Zigbee通信方式并与手机室内定位技术相结合设计了一套功能强大成本低廉维护简单的新型智能化车库系统。

关键词：智能车库 车位占用检测 室内定位 Zigbee通信

中图分类号：F416.6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）06（b）-0070-01

近年来，我国汽车保有量急剧增长。为了满足日益增长的停车需求，大型、超大型停车场不断涌现，而停车场规模的增大的同时，传统停车场管理系统的不足也日渐凸显。车主在偌大的车场中很难方便找到车位，既耽误时间又增加油耗和尾气排放量，降低了停车效率。因此，如何对现有的停车场管理系统进行智能化改造，已经成为停车场建设中的当务之急。

如今的智能车库系统的核心——车位占用信息采集已有很多的实现方案了，但是每一种方案都有各自明显的缺陷。早在20世纪60年代人们就开始采用地感线圈作为车位检测器，这种技术易造成环境污染，施工条件恶劣、施工量大，接线比较复杂，使用不便，还易受到外界环境的干扰。随后利用光敏电阻检测技术应运而生，其通过光敏电阻模块设定某个光照阈值，并与任意时刻亮度比较输出高低电平的检测方法对光线敏感，容易受到车灯等因素的干扰，还因车库内的结构需要单独调节每个车位的阈值，测量不准确。后续的基于超声波的检测方案，能耗相对较大，电源设计也存在诸多困难。[3]人们在科学探索的同时却忽略了为司机提供更加便捷高效的服务才是系统的最终目的，而这正是当前的智能车库的短板。

其中，车位占用传感器，用于检测其所管辖范围内车位的占用情况。Zigbee模块将所采集到的信息无线发送到用于信息汇总和加工的中控微型计算机。汇总信息的微机收集到信息后，可以根据不同的工作模式，对数据进行不同的加工，再通过zigbee发送给分布在车库各个关键路段的蓝牙发射器。蓝牙发射器一方面可用来向各个终端发送车库实时信息，另一方面也具有一定的室内定位能力故而在下文中，我们也称其为蓝牙信标。手机接收到蓝牙信标的信息后，就可以结合手机上的客户端，实现系统功能。

1 新型车位占用检测技术

空余车位检测是我们的智能车库的基本功能，以此为基础才能确定车库中空余车位的分布情况。为了对车库内的每个车位占用情况实现实时检测，同时又尽可能降低成本和能耗，我们设计了新型的车位占用检测装置。其中最便捷可靠的方案还是机械型的检测方法，因为该方案不需要对每个车位的检测设备提供电源。而为了简化接线，可以设计一个由机械开关和电阻搭建的8进制端口电路。每一个机械开关的开闭状态对应了一个或多个车位的占用状态，而通过合理设计，可以将端口内的所有车位的占用情况通过该电路的输入电阻值来反映。这样，通过模数转换，我们就可以将电阻值还原为车位占用信息了。

2 机械新型车位检测开关

为了使车位占用状态对应于开关的开合状态，我们特殊设计所需开关。

当车辆驶入车位时，车前轮就会推动机械开关向前旋转，从而实现电路的开合。为了使车轮不至于碾压过开关，在开关正面加装了两个滚轴。为了提高车位检测的可靠性，在车位两侧都加装机械开关。只有当两个开关同时闭合时，才能实现车位所在支路的导通。

机械开关外侧的浆部，一般要求足够长，其转轴所在的端部，要求有较高的机械强度。而弹簧应选易于形变的轻弹簧。从而使得车轮较小的推力就可以使其旋转。这套装置有别于传统的车位占用检测技术，在具有高度可靠性的前提下又具有成本低、能耗少、安装简单的特点。此外，在实际应用中，并没有必要对每个车位是否占用，进行精确的检测。司机离空车位很近时，就可以通过肉眼驶入空车位了。为了避免“精度过高”带来的浪费，我们可以把相邻的四个车位上的开关串联，从而将这四个车位变为一个“广义车位”，这样电阻网络检测时，就可以监测出这四个车位是否占满，也就是“一对多”的检测。从而使得我们的一个装置可以管辖32个车位，其低成本低功耗的优势就更加明显了。

3 蓝牙信标

当车辆入库时，司机开启客户端的，手机就可以直接与周边的蓝牙信标通信，从而确定当前位置。为了应对不同的工况，我们为蓝牙信标设计了3种不同的工作模式：

终端（一般为手机）中有客户端且客户端中已经下载了车库地图数据

终端中有客户端且客户端中还没有下载车库地图数据

终端中没有客户端，只有一个具备蓝牙通信功能的手机。

先判断发送对接请求的终端，是否具有客户端。如果有再判断其是否已有当前车库的地图数据。如果有地图，就直接发送此时车库内的车位分布信息；如果没有地图，就先向设备发送地图数据。如果没有客户端，就直接向设备发送图片格式的车库实时地图。此时，客户端就会结合主机发布的车位占用信息，通过Dijkstra算法，算出最适宜的路径，显示在手机中，同时在岔路口自动发出语音导引，十分人性化的将司机带入最近的空车位。同时系统会记录车主的停车位置。而当车主回到车库取车时，客户端就可以根据车主当前位置和停车的位置，计算出最便捷的路径。车主根据客户端的提示，就可以快捷地找到泊车了。

4 Zigbee通信

这套系统中选取了Zigbee通信方式，它是一组技术标准，主要关于安全、组网和应用软件等，以IEEE802.15.4标准为底层建立。我们利用Zigbee通信方式来实现车位占用检测单元与中控微机的通信和各个蓝牙信标与中控微机的通信。前者是为了将各个车位检测单元检测到的车位占用信息汇总到中控微机，后者是为了实现不同工作模式下蓝牙发射器能发布对应的信息。因为不同的工作模式，需要中控微机对信息做一些不同的处理，故而蓝牙与微机间的通信也是十分重要的。

5 结语

该文针对我国对智能化车库的强烈需求，提出了一种低功耗车位占用检测技术，并由该技术与手机应用相结合设计了一套功能强大成本低廉维护简单的新型智能化车库系统。创造性的利用机械开关与电阻网络实现了大范围低功耗的车位占用检测，并通过蓝牙信标定位技术结合智能手机实现了车辆入库导航、车主回库取车指引、停车费手机支付等多项实用功能。在模型实验中，也取得了较好的效果。

总之，这个基于低功耗车位检测技术的新型智能车库的研究与设计取得了很多现有车库所不及的突破，对于未来智能车库的设计研究有很好的参考意义。

参考文献

[1] 李超.室内停车场智能指引系统设计[D].北方工业大学，2012.

[2] 邓应伟.车场智能管理系统[D].湖南大学，2006.

[3] 周兆丰.基于ZigBee网络的智能停车场系统中低频唤醒技术的研究[D].华中师范大学，2007.endprint