基于ZigBee的智能停车管理系统设计

杨标 徐建 张建强 刘世焯 程丽妮

摘要：如今物联网技术广泛地应用于智能交通、环境保护、智能家居等众多领域。人们现在的生活方式大大改变。然而在拥挤的城市之中，汽车与车位之间的矛盾越来越突出，公共停车场越来越不能满足停车需求，智能化的停车场正在逐渐成为现代社会的需求之一。文章研究了基于ZigBee的智能停车管理系统的设计，系统通过搭建ZigBee无线传感器网络，通过传感器监测车位信息，将所有节点采集到的数据信息传输到汇聚节点，使用GSM将数据发送至服务器，客户通过手机APP随时查询和预订空停车位。能实现自动管理车位，停车自动计费，无需人工管理，满足了智能停车场管理的要求。

关键词：ZigBee；传感器；停车场；智能管理

机动车的数量随着时间的推移依然会呈现一个较大的增长趋势，这是一个不争的事实，同时由于人口转移导致的城市人口不断增加。更是给城市带来了沉重的压力。同时，传统的停车场管理在效率和安全性方面满足不了社会发展的要求，因而也给人们的生活带来了较大的不便。目前，国外的停车场管理系统已基本进入智能化无人收费的阶段，其运用的收费介质已经由传统的接触读写类，转变为非接触式的设备，可以实现管理系统的无人操作。相比之下，国内的部分停车场还处于人工管理的阶段。本系统的提出就是为了解决这一问题。

1 系统总体设计

智能停车管理系统是将停车资源整合，向公众提供信息服务提高了停车场利用率、降低成本管理、提高管理效率具有重要意义。它的总体结构包括数据处理系统、数据检测传输系统、传感器模块以及车位锁定系统、数据管理平台[1]。其结构如图1所示。

2 系统硬件设计

系统通过使用地磁传感器用来检测车辆的存在以及车辆大小的辨认，将采集到的数据通过ZigBee网络发送到数据汇聚节点，微处理器对数据进行处理后上传至云端服务器，通过服务器对数据进行整合。微处理器接收数据后在触摸屏上显示数据，方便管理人员的管理。同时根据触摸屏接收到的操作信息，使系统进行相应的动作[2]。

2.1 地磁传感器

地磁传感器用于检测车辆的存在以及车辆的尺寸识别。数据采集在本系统的设计中发挥了关键性的作用。地球磁场在0.5?0.6高斯之间，地磁场很强。当一个磁性物体，如汽车置身于磁场之中时，就会产生磁场扰动，此时放置于附近的地磁传感器能测量出地磁场强度的变化，从而对车辆的存在进行判断[3]。传感器的精确度较高且易安装、维修比较方便，不必封闭车道、对路面破坏小，而且此传感器对非磁性物体没有反应，因此可以减少误检。

2.2 车位锁定系统

车位锁定采用的是自动车障柱，正常情况下是车障柱是隐藏在道路下，当车位被预订后，上位机通过控制继电器启动车障柱，使车位不能停进车，当预订用户到达车位后，只需通过手机端APP确认就可以将车障柱降下，将自己的车停入车位中。此时车障柱将再次升起，该系统确保了停车的秩序与安全性。

2.3 信息查询系统

与传统的停车场不同，智能停车系统利用传感器实时检测停车数据，采用标准化协议的方式将停车场资源通过联网服务平台进行共享，通过APP将停车位信息发布，从而将孤立的停车场集结成停车网络为大众所用。用户打开客户端即可查找，当有需要时用户使用手机端APP读取服务器中的数据，并提供查询、预定、付费等业务功能[4]。

3 系统软件设计

智能停车系统利用互联网访问，以手机APP为载体，应用端程序通过远程访问末端节点检测的车位信息向出行者提供停车场（位）的具体位置，当前车位的实时数据等信息，指引驾驶员找到停车点并合理停车，采集停车的动态信息，更新显示数据。同时兼顾车位预定以及自动收费，路线指引等功能。

采用客户机/服务器（Client/Server，C/S）架构，完成对停车场的管理功能，包括停车场的状态信息显示，空余车位统计，收费情况，车位使用次数统计等均以图表的形式显示。停车场管理人员可实时监测停车场内状况，方便管理[5]。

软件具体功能如下[6-7]。

（1）车位信息查询：系统根据传感器检测有无车辆停放，通过路由、协议栈将信息发送至APP手机客户端，用户可直接查询。

（2）停车预定：上位机软件提供了预定的选项，根据车主的定位信息显示附近最近的停车地点，预定即可获得停车权限。

（3）停车时间限制：如果从预定开始至到达停车点时间超过30 min，则自动取消停车资格。

（4）车位引导：系统是通过传感器节点实现实时监控停车场车位状态的，根据停车场的平面图和节点位置显示即可简单找到停车位。

（5）自动收费：自动闸机锁定车辆则开始计时，末端节点自动计算停车费用。

（6）车位统计：系统设置了统计的程序，根据数量信息简单计算求和，统计处总占车位数，空车位数。

4 系统模型

遵循以上描述，做出了初步的系统模型（见图2）。

其中对于车库管理的操作界面如图3所示，系统能够显示各个车库中车辆数，并能对指定的车位进行开锁或锁定。触摸屏将触摸的信息进行反馈给微处理器从而系统进行相应动作。

5 结语

本系统的提出相对于人工找寻停车位，给驾驶者提供停车信息指南，指引停车将会有效地提高车位使用率，也为人们节省了大量的时间，同时由于盲目无序地寻找所导致的交通堵塞问题也将有所缓解。现在大多数的停车位有的集中分布于城市中心地带，也有的位置分散不好寻找，那么利用率就会存在很大问题，缺乏准确的信息共享，就很有可能出現有的地方无处可停，而有的地方空了一片。系统设置有车位统计功能，可用于统计车位使用次数等信息，车辆的流动状况，停车需求分析、交通拥堵情况等功能都可设计实现，数据传输至互联网，依托于大数据的时代背景，这些统计的信息将被分析出可靠的信息，为有关部门的管理提供数据支撑，为交通问题集中管理提供新方法。

[参考文献]

[1]张真，王蒙蒙.基于共享车位的RFID智能停车管理系统的设计[J].信息通信，2017（10）：70-72.

[2]王强.智能停车管理系统的设计与实现[D].北京：北京交通大学，2016.

[3]李超龙.基于RFID的车位感知模型研究及智能停车管理系统的设计与实现[D].北京：北京邮电大学，2015.

[4]王浩.基于RFID和ZigBee技术的智能停车引导及车位管理系统设计[J].山东交通学院学报，2014（1）：14-18.

[5]郭昌飞.基于Zigbee的无线传感器组网技术研究与应用[D].北京：北京信息科技大学，2013.

[6]刘军.基于ZigBee的智能停车场管理系统的设计与实现[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2012.

[7]孙彩云.基于ZigBee的无线组网技术研究[D].太原：中北大学，2011.