基于物联网技术的私有车位共享系统设计与实现

谢 静，蒋秀林

蚌埠医学院公共基础学院，安徽蚌埠，233030

伴随着我国经济的快速增长，人民生活水平不断提升，城市人口迅速增长，机动车的保有量也在迅速增多，尤其是私人小汽车保有量增速迅猛，然而城市停车位数量却増长缓慢[1-2],且停车位资源分配不均衡、信息化水平较低[3-4],造成了城市停车难的问题[5]。

本文结合移动互联网技术背景和共享经济模式，设计一种“互联网+”模式的车位共享系统，从而实现空闲车位和停车位需求的对接，以消除停车问题中的信息不对称，进而缓解城市停车难问题[6-7]。

1 系统总体设计

车位共享系统由手机客户端App、服务器端和智能地锁组成，采用C/S架构，它们之间的数据交换通过Internet实现，系统总体架构如图1所示。其中手机移动客户端App是系统功能实现的关键，用户可在客户端App发布分享空闲车位，同时车主直接通过App可查找、预订他人分享的车位，此外通过App还可遥控车位锁的升降。系统通过智能地锁的升降来实现对车位的信息化管理和车位状态的检测。云服务器端主要功能是与智能地锁、客户端进行数据交互，确保数据在传输过程中的稳定性、可靠性及可控性。其主要模块包括：智能地锁数据接口、数据库数据接口、Android端数据接口。

图1 系统架构图

系统开发包括硬件设计与软件设计两部分。硬件设计包括智能地锁的通信模块、微控制器模块、地磁感应模块、电源模块的设计；软件设计分为车位锁控制系统及客户端和服务器端软件设计。本文设计的车位共享系统运行流程如图2所示。

图2 系统流程图

2 系统硬件设计

智能车位锁是整个车位共享系统的核心硬件，主要由微控制器MCU模块、地磁感应模块、通信模块和电源模块四部分组成。当用户预订车位成功后，云服务器将信息传输至智能车位锁，用户可通过App遥控开锁；此外，智能车位锁周期性地通过地磁感应模块实时检测车位状态。

微控制器模块：微控制器是实现智能车位锁的核心硬件，微控制器主要负责地磁传感器数据的分析和预处理，并结合地磁数学模型进行车位当前状态的精确识别、控制通信模块进行无线数据传输。因STM32F103芯片具有多组GPIO口，组网方便，故在该系统中，采用STM32F103芯片作为微控制器组建车位锁网络；利用STM32F103芯片的PA口与通信模块中的SIM800C的TTL串口RXD/TXD相连实现串口通信以接受车位锁控制信息。

通信模块：因智能车位锁多在室外使用，且其分布较分散，故采用无线通信方式。GPRS具有成本低、覆盖面广、兼容TCP/IP协议、不易掉线等特点，且能满足中低速数据通信要求，故采用GPRS方式通信。因SIM800C能够嵌入到用户设备中，且支持GSM/GPRS模块，故此处采用SIMCom公司的SIM800C通信模块实现智能车位锁与服务器的通信功能。采用插入一张开通GPRS流量的SIM卡的SIM800C模块通过串口与STM32F103的USART2进行通信，就可以实现微控制器与服务器的连接，通信方式如图3所示。

图3 通信方式图

地磁感应模块：地磁感应模块在微控制器的控制下负责周期性地检测车位状态。因地磁传感器体积小，抵抗外界干扰能力高于地磁线圈，并且输出为数字信号，无须外接模拟信号的处理电路，信号处理方便[8]；另外地磁传感器安装方便，无须封闭车道，对路面破坏较小，维修时只需检查地磁传感器即可[9]，故本系统采用地磁传感器检测车位状态。

电源模块：此处设计的智能车位锁主要用于路边停车位或者小区停车位，故使用蓄电池供电。

3 系统软件设计

系统软件设计主要包括智能车位锁控制系统设计、云服务器和数据库设计以及Android客户端设计组成。

3.1 智能车位锁控制系统设计

智能车位锁控制系统主要控制车位锁的自检、与云服务器通信、检测车位状态、车位锁升降等功能。

系统开机后，车位锁首先进行自检，自检内容包括检查GPRS模块联网状态、电池电量是否充足等。若自检一切正常，且车位状态空闲，则升起车位锁，进入休眠状态，等待接收服务器发来的指令；当接收到服务器发来开锁指令后，降下车位锁以便停车并检测车位状态，当检测到车位空时结束计时并发送离开时间到服务器，同时升起车位锁，进入下一次循环，等待新的停车任务[10]。具体的工作流程如图4所示。

图4 智能车位锁工作流程图

3.2 云服务器与数据库设计

该车位共享系统采用C/S模式。用户在客户端上进行操作，客户端将用户的请求发送给服务器，服务器对客户端的请求进行处理，从数据库服务器得到相应的结果并返回给客户端。为节省资源，本系统采用阿里云服务器，购买后可在服务器上部署Server虚拟机，在虚拟机上安装本系统所需的数据库。本系统安装的是MySQL数据库。数据库中主要存储的信息表有：用户信息表、小区信息表、小区停车场信息表、车位信息表等。用户信息表主要用来存储用户的注册信息，如用户名、密码、是否业主、绑定的支付方式等，如表1所示；小区信息表主要存储小区名称、小区所在区域、小区地址、小区地图、小区停车价格等，如表2所示；小区停车场信息表主要存储车场位置、车场名称、车场内部图等，如表3所示；车位信息表主要存储车位所在小区、车位所在停车场、车位位置、车位业主电话、车位是否出租、车位出租时段、车位是否预订等信息，如表4所示。为方便服务器与Android客户端通信，数据传输采用JSON数据格式，服务器周期性地自动读取数据库中的数据。

表1 用户信息表

表2 小区信息表

表3 停车场信息表

表4 停车位信息表

3.3 Android客户端设计

本车位共享系统的服务对象主要是需要停车的车主和有车位需要发布的业主。对于业主，可以通过Android客户端进行车位认证，认证后可以发布车位；对于车主，可以通过Android客户端实时查看目的地周边可租用的车位、对空闲车位进行预订，当用户到达预订车位后，点击App中的开锁按钮，就可以通过服务器发送指令打开车位锁，并且系统开始计时；车主结束停车离开车位后，点击App的关闭车位锁按钮，服务器就会结束计时。

本设计中Android客户端软件的界面设计思路如下：首先在登录界面登录注册，如图5、6所示，输入正确的用户名和密码后，就会跳转到初始主界面。初始主界面提供车位发布和车位查找功能，如图7所示。车位发布主要针对车位业主，提供车位认证，如图8所示，认证成功后就可直接发布车位。车位查找针对需要找车位的车主，可以查找当前位置或是目的地周边的车位，如图9所示。找到空闲车位后可以对车位进行预订，如图10所示。预订成功后可以通过App实现车位锁的开锁和关锁。

打开App即进入登录界面，用户需要在界面中输入用户名和密码，然后点击登录按钮，手机将用户名与密码通过4G/WiFi 网络发送到服务器，等待反馈，验证成功后即进入到操作界面初始界面。第一次使用还需要进行注册。

4 结 语

在当前城市机动车数量持续增加，“停车难”问题愈演愈烈的背景下，本文结合物联网技术设计出一套适合我国国情的车位共享系统。该系统一方面通过智能车位锁智能高效地解决了车位的非法占用问题，另一方面为私有车位的业主提供了车位出租的接口，此外，该系统利用物联网技术实时采集停车位资源信息，实现停车位资源的信息化管理和共享，为车主寻找停车位提供了方便。此系统可有效减轻市政交通管理压力，具有较高的经济和社会效益。