基于Zigbee无线传感器网络在地下智能停车场中的应用

（湖南信息学院电子信息学院 湖南 长沙 410151）

0.引言

近年来，人们生活水平的提高，使私家车数量呈现急剧增长趋势，这也使停车难的问题正变得日益凸显出来，同时，迫于城市交通压力的不断增大，停车位的日益紧缺，再加上我国城市土地资源的紧张，加快城市地下停车场的建设，也已成为城市规划工作中的重要内容。不过，为了使地下停车场能够更好的为车辆停放服务，需要确保地下停车场中应用一种智能化的服务管理系统，这样才能使地下停车场实现对车辆的智能化管理，因此，在设计地下智能停车场时，需要通过无线网络的构建来提高地下停车场的服务水平。而Zigbee技术的出现，则无疑为地下智能停车场的服务管理系统设计提供了可靠的技术支撑，因此，探讨Zigbee无线传感器网络在地下智能停车场中的相关应用是十分必要的。

1.Zigbee无线传感器网络简介

无线传感器网络的英文简称又被称之为WSN，该网络是通过在需要进行监测的区域中布置大量的微型传感器，这些传感器的成本较低，而且能够对监测区域中的各种信息进行全面的采集，并利用无线通信的方式来实现这些信息数据的传输、共享与操作。可以说，无线传感器网络是一个具备多跳的自组织网络，其功能在于对感知进行协作，并对监测区域中的所有感知对象的信息进行采集与处理，然后将这些信息传输给监测人员。通常来说，通信距离越大，则相应的系统复杂程度、成本及功耗也会相应的增加，而无线信道在应用过程中是具备明显的易丢失性与多变性的，因此要想使该问题得到有效解决，就必须要对节点能源进行限制，这是因为在接收灵敏度处于固定值时，无线网络的发射功率和其接收半径的关系为P=R2-R5的，其中P代表发射功率，R代表接收半径，由此可见，无线网络在对数据进行长距离传输时，势必会使能耗大大增加，而系统的能量是有限的，则会使节点提前死亡，进而大大影响了系统的使用寿命。而Zigbee技术的出现，则是根据IEEE802.15.4规范来实现的，其在应用过程中具备低功耗、高安全、低复杂度、高通信效率以及低成本、低速率的优势，该技术的应用能够使电池寿命大大延长，其无线传感器网络的结构为拓扑结构，这使其能够在监测区域中布置大量的节点来实现数据的采集、传输与处理，因此非常适用于各种大型监控场所，为此，以下便对地下智能停车场中的ZigBee网络构建进行探讨。

2.基于Zigbee无线传感器网络在地下智能停车场中的系统设计

2.1 总体方案

为了能够对车辆的停车状态进行实时监控，需要在地下停车场的各个泊位中设置相应的超声波传感器，而这些超声波传感器则位于泊位下方，这样当车辆在进入泊位时，超声波传感器便会感知到车辆进入，并将车辆的相关信息发送到主协调节点当中，同时，如果车辆离开泊位或发生其他状况时，则监测信息也会随之发生变化，并由超声波传感器发送这些变化信息给主协调节点。而超声波传感器便是Zigbee无线传感器网络中监测节点的组成部分之一。此外，主协调协调在接收到各个监测节点所传递过来的信息时，会将这些信息进行汇总后一并发送到PC上位机当中，上位机中设置有专门的软件来对这些信息进行处理，并将其将换成能够用于数字信号，然后通过显示屏来对这些信息进行显示，同时，显示屏还能对泊位的空余信息进行实时显示，并引导车辆进入到空余车位当中。在基于Zigbee无线传感器的地下智能停车场系统中，其控制装置的核心为STC89C52RC单片机，其能够对监测区域中的各个节点进行控制，并将这些节点信息利用LCD显示屏进行显示。而监测区域中各个节点所使用的超声波传感器型号为HC-SR04，并通过Zigbee技术来实现地下智能停车场中的无线通讯，其是以CC2530芯片来作为主要控制装置的，并通过模块化设计来实现的。

在地下智能停车场中，其各个监测节点主要是通过CC2530单片机内核来充当控制装置，而对于这些无线网络监测节点来说，其主要包括HC-SR04超声波传感器、CC2530控制芯片及DS18B20数字温度计三个部分，这些无线网络监测节点与ZigBee网络进行连接，以此实现车位信息的检测，并通过计算机来对这些监测网络节点信息进行汇总。并且通过相关控制设备来对车位信息进行显示，同时还能为车辆的泊位停车提供引导服务。

2.2 软件设计

在基于Zigbee无线传感器网络的地下智能停车场系统中，ZigBee无线传感器网络中包含有ZigBee协议栈，该协议栈的移植是利用的LAR EWARM来实现的，在开启LAR EWARM以后，其会利用Fileopen-workspace指令来激活协议栈中的代码源，待源代码完成编译后通过Debug and Download指令来实现CC2530芯片中协议栈的移植。然后为这些ZigBee无线传感器网络中的各个监测节点进行供点，便可实现对车位占用及空余等状态信息的检测与传输，同时利用控制主机中的读取串口来对数据进行读取，从而使车位信息得以在LCD显示屏中进行显示。

3.基于Zigbee无线传感器网络的地下智能停车场功能分析

在基于Zigbee无线传感器网络的地下智能停车场中，其共包括入口管理模块、泊位管理模块、出口管理模块及管理中心模块。并通过中央监控计算机来对地下智能停车场中的各类信息实现集中式处理。

3.1 入口管理

在入口管理模块中，其主要包括发卡机、摄像头、ZigBee路由器、电动栏植、车位显示屏及挡车栏杆六个部分，当车辆在靠近地下停车场10m范围以内时，ZigBee路由器便能对车辆中的射频卡片信号进行感知，并获得该车辆的MAC地址，然后通过协调器为该车辆分配相应的网络地址，同时，停车卡终端会根据该地址来实现和ZigBee网络中的相关设备实施通信，在中央处理计算机接收到车辆的MAC地址时，会对该地址进行核实，然后通过显示屏来对空闲车位进行显示，并通过摄像头对车牌进行拍摄，利用计算机中的识别软件来对车牌进行识别，并对车辆中的射频卡片所记录的停车时间进行读取与存储，然后升起电动栏杆放行。

3.2 泊位管理

车辆在进入地下智能停车场时，可对车位进行自行选择，而在泊位管理模块中，则主要包含泊位指标装置、显示屏、无线传感器、智能路标及Zigbee路由器等，当车辆选择某一泊车位时，利用RSSI定位技术来对信号的强度进行接收，然后将通过泊位中的cc2530芯片对信息进行收集并反馈给中英控制计算机来对该车辆的位置信息进行反馈。此外，地下智能停车场还能为车辆和空余泊车位进行精确匹配，其主要是通过超声波传感器来对车辆进行感应的，同时通过停车卡中的cc2431芯片来对车辆的车牌、停车时间、停车卡编号等相关信息进行记录与保存，并修改显示屏中的车位信息。当车辆离开该车位时，CC2530芯片会把车位空闲信息反馈给中央控制系统，由系统对车辆原停车卡中的连入信息进行核对，如核对没有连入，则会触发防盗警戒功能，并放下栏杆阻止车辆离开。

3.3 出口管理模块

出口管理模块共包括收费管理窗口、摄像头、电动栏杆、Zigbee路由器、挡车装置五个部分，当车辆靠近出口时，Zigbee路由器会对停车卡进行自动检测，并通过摄像头对车牌信息进行拍摄，待识别结果和原记录车牌相同时，中央控制系统会根据车辆的停车时间进行费率计算，并进行收费，然后利用网络将信息发送到显示屏当中，在收费人员收费完毕后，则会提升电动栏杆进行放行。

3.4 管理中心

管理中心模块的功能主要是对地下停车场的出入口位置实施监控与管理，并掌握泊位的使用情况及安全状态，该系统能够对车辆的相关信息进行管理，并对收费的费率进行设置，然后输出相应的财务报表，同时对车位进行进行实时的管理，对显示屏中的信息进行实时更新。当泊车位全部处于占用状态时，则会在显示屏中提示当前无空余车位，并停止客户进入地下停车场中进行泊车。同时，管理中心模块还能对车辆的停车情况实施汇总，以使停车场中的车位得到最大限度的利用，并借助于各个监测节点中分布的传感器来确保消防安全，并对地下停车场中的排风机、摄像头等设备进行控制与管理，从而有效确保停车场的车辆安全，在某些情况时，管理中心模块还能向警方提供车位中的车辆具体信息及历史停放信息。

4.结语

综上所述，本文通过对基于Zigbee无线传感器网络的地下智能停车场管理服务系统的设计及功能进行了分析，从而探讨了Zigbee无线传感器网络技术在地下智能停车场管理工作中的相关应用，可以说，Zigbee无线传感器网络技术的出现，极大程度的保障了地下停车场对车辆停放及出入的有效管理，提高了地下停车场的智能化、自动化程度，提高了地下停车场的服务质量，并且有效缓解了城市停车难的问题，这也使Zigbee无线传感器网络技术的应用价值得以真正体现出来。