基于Z ig B ee的智能车位引导系统

梅瑞麟，贾兴强，汪 青，张 梦，晏 涛

（湖北文理学院机械工程学院，湖北 襄阳441100）

0 引言

现代社会，伴随着人均汽车占有量的日益增长，居民日常停放车辆所面临的问题也越发突出。当前国内停车场管理系统有着普及率低、种类多样但部署成本高、可靠性低[1]的缺点。现有的车位检测技术主要有：人工观察车位状态；超声波车位探测器；地感线圈车位检测和红外车位检测等。其中人工观察车位状态被广泛采用，但人工成本高，效率低。超声波车位探测器有着方向性强，安装方便的优点但易受温度影响，测距精度不足[2]。地感线圈车位检测优点在于灵敏度高但破坏地面，安装成本高。红外车位检测虽然能够自动检测车位，但布线复杂，维护成本高[2]。

ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于短距离、低功耗且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输。在工业控制、智能农业、医疗护理、家庭自动化和远程控制等领域有着充分的应用和广阔的前景[3]。ZigBee技术采用CC2530射频收发器，执行2.4GHz IEEE 802.15.4标准，基于Smart RF 03技术，有着性能稳定且功耗极低的特点，可有效、可靠的实现短距离通信。其无线通信数据传输率可达到250 kbps，能够快速的实现多点对多点的组网[3]。

为了解决居民停车难的问题，弥补现有车位检测系统的技术不足，本文在ZigBee技术的基础上，集成了光敏电阻传感器，设计了一种无线通信的车位检测与引导系统，可以有效地提高停车效率，缓解停车压力。

1 工作原理及组成

1.1 工作原理

使用光敏电阻传感器判断车位车辆停放状态，其原理是在每个车位的正下方安装一个光敏传感器，当光敏传感器无遮挡时输出高电平判定无车，有遮挡时输出低电平判定有车。

通过光敏电阻传感器对车位情况进行采实时集，并由ZigBee协调器设备将各个传感器收集到的车位信息通过无线方式传输给中央控制器进行处理，后发送给显示模块，显示模块给出空闲的车位位置，同时引导车辆进入空闲车位。

1.2 系统组成

智能车位引导系统主要包括中央控制系统、车位检测系统、ZigBee协调器系统，各系统结构组成如下所示：

（1）中央控制系统：中央控制器AT89C52单片机在接收到串口传来的数据后对数据进行处理、统计，并将车位占用的实时信息发送到停车场内的显示模块上从而指引驾驶员选择行车路线。

（2）车位检测系统：光敏电阻检测到停车位的信息变化，并将信号传给ZigBee终端设备，ZigBee终端设备将车位已泊车的信息通过ZigBee网络发送到中央控制系统。中央控制系统经过比对选出最优停车位，同时发出指令，修改停车场入口处的车位显示器。

（3）ZigBee协调器系统：ZigBee协调器设备通过无线方式收集到的车位状态信息进行汇总、打包，进而通过一条RS232串口线连接到单片机AT89C52.ZigBee协调器还可以在收集到的车位信息的基础上，通过中央控制器对车位照明灯与状态灯进行控制。

智能车位引导系统的结构框图如图1所示。

图1 系统结构图

2 系统硬件设计

2.1 传感器模块

传感器模块与采用灵敏型光敏电阻传感器，将光信号转换为电信号输出，内部原理如图2所示，图中VCC表示外接3.3 V～5 V电压，GND表示外接地线，AO表示数字量输出接口，DO表示模拟量输出接口。

图2 光敏电阻传感器模块原理图

光敏电阻传感器模块在无光条件或者光强低于设定阈值时，无光源触发，DO端口输出高电平，串口不向ZigBee终端设备发送数据；当外界环境光强超过设定阈值时，DO端口输出低电平，串口不断向ZigBee终端设备发送脉冲。光敏电阻传感器与Zig－Bee终端设备实物图如图3所示。

图3 光敏传感器与Z ig B ee终端设备图

2.2 无线通信模块

无线通信技术的应用相当普遍，无线通信具有免去铺设线路、布线便利的优点。无线通信采用多节点形成网络，从而使监控点扩充便利、路由自动形成[4，5]。这种通过数千个小的节点之间互相通信，采用相互传递的方法有效地提高了工作效率，实现了大范围的监控。可以实现无线通信功能的技术有多种，基于IEEE 802.15.4标准的ZigBee技术最具有代表性，它将数千个小的监控点作为节点进行通信并基于ZigBee协议完成，协调器与主控板的通信由串口通信完成[4，5]。Zig－Bee协议是基于IEEE 802.15.4标准，并扩展了应用层和网络层，两者分别为软件与硬件的标准。ZigBee协调器设备实物图如图4所示。

图4 Z ig B ee协调器实物图

无线传感网络的基本平台由多个传感器节点构成，无线传感器节点既要实现数据的采集和处理，也要实现数据的传输和路由，集成有路由和端节点的功能[6]，其基本组成如图5所示。

图5 无线传感器节点基本组成

2.3 单片机最小系统

单片机的最小系统通常指最小应用系统。对于51系列单片机，最小系统包括时钟电路、供电电路、复位电路等。时钟电路是计算机的心脏，控制着计算机的工作节奏AT89C52单片机允许的时钟频率的典型值是12 MHz，本设计采用12 MHz[7]。单片机最小系统如图6所示。

图6 单片机最小系统电路图

采用图7所示的串口转换电路，通过MAX232将输入的+5 V电压转化成RS232输出规定的+10 V电压。在工业应用中，芯片受电源噪声影响较大，通常会为VCC电源增加去耦电容C10.电容C6，C7，C8，C9可实现电源的电路变换。MAX232的11脚T1IN与单片机的TXD端P3.1连接，12脚R1OUT与单片机的RXD端P3.0连接，13脚R1IN和14脚T1OUT分别与DB9的2、3口相连接。数据通过DB9向单片机AT89C52发送数据[8]。

图7 串口转换电路图

3 软件系统设计

采用C语言对AT89C52单片机ZigBee协调器设备进行了嵌入式开发，并采用模块化的编程思想，对各个子程序进行了单独的设计并最后在主程序中调用。程序流程图如图8所示。

图8 程序流程图

4 实验内容

使用光敏传感器、ZigBee终端设备、ZigBee协调器等模块，模拟了停车场内车位部署情况并对本系统进行了安装调试，模拟车位部署图如图9所示。当车辆未完全驶入车位时，光敏传感器LED灯全亮，表示车位无车；当车辆完全驶入车位时，光敏传感器LED灯熄灭，表示车位有车。车位状态对照图如图10所示。

图9 模拟车位部署图

图10 车位状态对照图

5 结束语

本文设计的基于ZigBee的智能车位引导系统，以ZigBee无线模块为基础，选择光敏传感器采集车位信息，采用无线传输方式，该系统布线简单、维护方便、安装成本低、适用于各类停车场。且通过Zig－Bee节点与节点、节点与协调器组成的无线网络具有数据传输可靠，数据处理能力强等优点，能够及时为车主显示并提供空闲车位信息，提高停车效率，有效缓解现代都市停车难、寻位难的现状。