基于物联网技术的智能停车场系统的设计

钱承山 蒋奇峰 茅韵怡 马闯 李雪晴

摘 要：针对传统停车场带来的停车效率低，停车场管理不便等问题，利用物联网相关技术，将软件、硬件相结合，设计了一种基于物联网技术的智能停车场管理系统。该系统将用以CC2530芯片为核心的ZigBee模块实现定位功能，采用RFID-RC522模块实现车辆进入停车场的初始计时，而采用US-100超声波测距模块、单片机STC89C54RD+芯片和终端检测节点构成空车位检测系统。在手持终端和上位机软件的设计上，选取Visual Studio 2013和Qt作为开发平台，并使用C#作为开发语言，系统上位机和下位机通过串口进行数据交流。实际应用证明，该系统使用方便，软硬件系统稳定，效果良好。

关键词：ZigBee；RFID；超声波；停车场

中图分类号：TN409 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）07-00-02

0 引 言

由于居民生活水平的提高以及汽车产业的发展，城市车辆的数量大幅度增长，因而产生了停车难，交通拥堵等问题。其中，停车位不足以及不能高效利用更是加重了停车难、违章乱停等现象。传统的停车场已经不能适应城市的现状[1]。在国内，为解决传统停车场带来的诸多问题，部分停车场已采用新型停车场设备，在一定程度上缓解了传统停车场带来的停车压力，但仍未从根本上解决停车问题[2]。与此同时，国外的智能停车场设备也开始在较多的停车场中投入使用[3]。功能完善的智能化停车场设备能够缓解城市现有的交通压力，改善停车环境，给车主提供便捷快速的停车服务。

1 系统总体设计概述

本文提出了一种基于物联网技术的智能停车场系统，该系统采用的技术方案包括ZigBee组网技术及定位技术，单片机技术，超声波传感器技术，RFID技术，Linux系统软件开发技术，VS平台软件开发技术，Qt平台软件开发技术。该智能停车场系统具有上位机综合管理，空车位检测，车辆定位等功能。总体结构框图如图1所示。

2 系统详细设计

2.1 协调器和节点的硬件设计

本系统在协调器和节点的设计上均采用TI公司生产的以CC2530为核心芯片的ZigBee模块，CC2530芯片的片上系统集成度高。它的高性能处理能力足以满足以ZigBee为基础的相关应用。CC2530 是用于2.4 GHz、ZigBee 和RF4CE 应用的一个真正的片上系统（SoC）解决方案[4]。它的材料成本低，能建立强大的网络。CC2530结合了RF 收发器的优良性能，具有业界标准的增强型8051 CPU，系统内可编程闪存，8 KB RAM和许多其它强大的功能。CC2530 具有不同的运行模式，使得它尤其适应超低功耗要求的系统，运行模式之间的转换时间短，进一步确保了低能源消耗[5]。

2.2 协调器的程序设计

协调器是ZigBee网络的重要组成部分，硬件上采用CC2530模块，软件上，在ZStack-1.4.2-1.1.0协议栈的基础上，在IAR7.30B开发环境下进行软件开发。协调器在整个系统中起到数据传输中介的作用，是上位机、各个硬件模块、下位机进行数据连接的桥梁[6]。在协调器的设计过程中，首先对其硬件、时钟、协议栈、串口等进行初始化，然后开始组建网络。在网络组建成功后，协调器和PC机控制端通过RS 232进行串口连接[7]。在整个系统中，协调器将上位机发送的信息指令送达各终端节点，接收各终端的信息并发送到上位机，从而实现上位机和各终端的实时通信。协调器程序设计流程图如图2所示。

2.3 节点的程序设计

2.3.1 参考节点的程序设计

本系统采用CC2530模块作为参考节点，主要用来实现车辆定位功能，由于系统在定位算法上使用RSSI算法，参考节点的主要作用是把待检测节点的RSSI值提取出来发送到终端[8]。参考节点是静止的，由人工放置，参考节点的数量根据需求而定，本系统设置4个参考节点。在具体的应用过程中，首先需要在上位机上设置参考节点的位置和相应的ID，然后再进行数据处理。参考节点程序设计流程图如图3所示。

2.3.2 待测未知节点的设计

待测未知节点在实际应用中即指每一个进入停车场的车辆，在本系统中供车主使用的手持终端由未知节点和基于Linux系统的软件服务终端组成[9]，未知节点采用CC2530模块，设计流程图如图4所示。未知节点可以主动发出定位请求也可以通过上位机命令被动定位，本系统采用的技术方案为上位机通过协调器下达的命令来发送接收RSSI信号，并经过数据处理将未知节点的位置信息显示在软件服务终端上，从而车主可以获取自己在停车场内的位置信息[10]。

2.4 RFID射频计时模块设计

本系统采用RFID-RC522模块作为该部分核心模块，该模块具有触发车辆停车计时开始与结束的功能，车主在进入或驶出停车场时，使用相应的RFID标签在读卡器上刷卡，读卡器将相关信息实时传送给上位机车辆管理软件，快速统计出车辆的停车时间[11]。RFID射频计时模块通信流程图如图5所示。

2.5 超声波车位检测模块设计

本系统的超声波车位检测模块的最小系统由超声波检测模块US-100，单片机STC89C54RD+芯片和终端检测节点组成，US-100超声波测距模块可实现2 m～4.5 m的非接触测距功能，满足停车场空车位检测的精度需求，同时该模块具有多种通信方式，内带看门狗，工作稳定可靠[12]。US-100超声波测距模块的测距信息经STC89C54RD+芯片处理后通过终端检测节点和协调器将信息上传至上位机，上位机接收信息后在软件相应部分显示空车位信息。超声波车位检测模块流程图如图6所示。

2.6 手持终端软件和上位机管理软件的设计

2.6.1 手持终端软件的设计

手持终端软件开发是以Linux为系统环境，界面和功能开发均在跨平台开发工具Qt上完成[13]。手持终端的主要功能是方便车主实时获取自己在停车场内的位置信息，从而能够快速找到停车位，提高停车效率。

2.6.2 上位机管理软件的设计

本系统上位机的主要功能是设置系统参考节点，监视停车场车位信息及车辆位置并实现对停车场内车辆的综合管理。在开发工具上选用Visual Studio 2013，基于.NET Framework 4.5.2 。上位机和协调器之间采用串口通信。

3 结 语

本文提出了一种基于物联网技术的智能停车场系统的设计方案。该系统结合了多种与物联网相关的技术，本文以该系统所处的社会背景为基础，分别从整体设计和详细设计方面对该系统进行介绍分析。该系统的主要功能模块为协调器和节点、超声波空车位检测模块、RFID射频计时模块、手持终端和上位机管理软件，所实现的功能包括空车位检测、车辆停车时间记录、停车场综合管理等。本系统在实际应用中能够为车主在停车场内停车提供便利，为停车场管理提供有效的管理措施，这在一定程度上缓解了城市的交通压力。

参考文献

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