基于Zigbee技术的停车场管理系统设计

韦倾,陈娇英,陈延明

(1.广西大学 电气工程学院，广西 南宁 530004；2.广西工业职业技术学院，广西 南宁 530001)

0 引言

随着信息技术、数据库技术、无限传感网络技术、网络层技术、数据链等技术的飞速发展，发达国家对城市交通泊位智能化管理技术应用已远远走在世界前列[1]；据资料查询，我国机动车与泊车位比例为4.84∶1，部分发达城市比例达31∶1[2-4]。面对目前城市交通停车场管理效率低、实时性差、车位信息更新慢等泊车难题，智能化泊车管理效率提高迫在眉睫。特别是大型立体结构停车场泊位多，分布复杂。在停车高峰空余泊位不多情况下，司机为了寻找泊位可能要来回寻找多次，跑很多冤枉路。如何更好解决司机停车难题？本文设计的基于Zigbee 无线网络技术的大型停车场智能管理系统,利用Zigbee 无线节点的自组织网络结构,实现节点之间的无线通信,有效地完成信息传递,诱导信息实时性和准确性。同时方便扩展网络规模，将多个停车场互联网统筹管理，对停车场的空闲停车位数据进行精确统计，及时显示空闲车位数量及位置，确保为司机所分配的泊位最佳，并能提供最优泊车路径。使停车场管理更智能化、人性化。本方案在实际应用中具有一定的推广应用价值。

1 系统总体设计

Zigbee是IEEE802154协议的代名词,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信技术,工作频段为2.4 GHz,传输速率达250 kbit/s，并且自组网功能，在近距离、分布式物联网中获得成功应用[5-7]。本文利用Zigbee技术和超声波雷达测距技术，设计了一套停车场管理系统，其组成如图1所示。

图1 大型停车场智能管理系统

1.1 Zigbee无线网络协调器

Zigbee无线网络协调器硬件组成见图2。协调器是Zigbee 无线网络系统的控制核心。一个Zigbee无线网络必须有一个协调器[8-9],作用是控制整个无线网络的命令和数据的传播。

图2 Zigbee无线网络协调器硬件组成

1.2 驻车探测器模块

驻车探测器模块硬件组成如图3所示。

图3 驻车探测器模块硬件组成

将驻车探测器安装在停车位旁。超声波测距模块可提供6 m范围的非接触式距离测量功能。当车位有车停驻时，超声波测距传感器检测到的距离小于1 m；根据回测距信息可以判断停车位是否空闲。信息由路由器传给Zigbee 无线网络协调器。每个路由器都可以通过用户编程拥有16位的地址编号。理论上，一个Zigbee 网络最多可容纳65 535个路由器，这对于一个大型的停车库使用是绰绰有余的。

1.3 驻车信息显示模块

驻车信息显示模块结构如图4所示。驻车信息显示模块接收Zigbee 无线网络协调器发来的驻车信息[10]。可显示空车位数量，并以图形方式显示所有空车位编号及位置。驻车信息显示模块可安装在车库入口或道路分支处，供司机观看参考。

图4 驻车信息显示模块结构

2 系统软件设计

2.1 Zigbee无线网络协调器的控制软件设计

Zigbee无线网络协调器的核心控制部件是STC8A单片机，它是增强型51单片机，用标准的51单片机软件完成应用软件开发，编程语言用C51，程序代码由PC机的USB接口(转换为UART)直接由单片机的串口烧写到Flash存储器中。协调器的控制程序流程如图5所示。

Zigbee模块DRF1609的初始化命令：指令头(0XFC)+指令字节数(0X21)+07+全部参数(共32字节)+校验和(1个字节)。

编程参数：节点类型、PAN ID、频道选择、传输模式、自身地址编号、波特率选择等。同一网络中参数相同，节点类型为01，波特率选择根据数据流量设置，地址编号为0X0000。采用查询方式建立地址编号列表，即先默认网络中的路由器和终端数量为65535，地址编号范围为0X0001—0XFFFF，协调器逐一发出查询指令，如果得到正确回复，则保留该地址编号；如果得不到正确回复，则删除该地址编号。建立有效地址列表流程程序如图6所示。在查询驻车信息时，被查询的驻车探测器模块启动超声波测距，超声波测距及等待时间设定为60 ms。网络通信为点对点通信方式。

图5 协调器控制程序流程

Fig.5 Flow chart of the control program of the coordinator

图6 建立有效地址列表程序流程

Fig.6 Establishing the program flow chart of effective address list

2.2 驻车探测器模块控制软件设计

驻车探测器模块在Zigbee无线网络中属于从属地位，其工作过程完全由Zigbee无线网协调器控制，所以Zigbee模块配置为路由器模式[11-12]。SN—SR014超声波测距模块有3种工作模式，本方案设计采用串行工作模式，模块上电识别后,进入待机状态，串口输出格式为TTL电平，波特率为9600,n,8,1。当RX口接收到0X55指令后，模块开始进行1次测距,并从引脚TX输出1帧,含4个8位数据.帧格式为0XFF+H_DATA+L_DATA+SUM。

① 0XFF：为一帧开始数据, 用于判断;

② H_DATA：距离数据的高8位;

③ L_DATA：距离数据的低8位;

④ SUM: 数据和,用于效验。

其0XFF+H_DATA+L_DATA=SUM(仅低8位)。驻车探测器模块控制程序流程如图7所示。

2.3 驻车信息显示模块控制软件设计

驻车信息显示模块的功能是显示停车场空位数量和位置信息。安装在停车场关键位置或车内，设置为终端设备，只接收和发送自身相关的数据。LCD显示模块采用320X240点阵的320240G—905—PL。该模块采用SPI串口控制，和STC8A单片机的SPI口直接相连。JLX320240G—905—PC 型液晶显示模块作为普通的图像型液晶显示模块使用，可以从字库 IC 中读出内置的字库的点阵数据写入到 LCD 驱动 IC 中，以达到显示汉字的目的。驻车信息显示模块控制程序流程如图8所示。

图7 驻车探测器模块控制程序流程

Fig.7 Controling program flow chart of parking detector module

图8 驻车信息显示模块控制程序流程

Fig.8 Controling program flow chart of parking information display module

3 系统调试与实验

为了验证所设计方案的正确性，制作了一套实验装置，包括一个Zigbee无线网络协调器，一个驻车信息显示模块和22个驻车探测器模块。驻车探测器随机安装在职工宿舍楼地下停车库。当车位上有车停驻时，驻车信息显示模块在相应位置显示实心的方块图；当车位为空时，驻车信息显示模块在相应位置显示空心的方块图(图9)。实验证明Zigbee网络系统收发数据实时，超声波检测采集车位信息精准。实践证明本设计方案是正确可行的。

图9 驻车信息显示模块显示图

4 结语

本文设计的基于Zigbee技术的停车场管理系统，通过试点实验测试，系统能精确、快速、实时、稳定显示停车场驻车信息(空位数量和空位编号位置)，采用超声波测距和Zigbee技术自组网通讯实现系统智能化管理，安装方便，价格低廉。可以跨区域联网，不仅可以完成单个车库的智能化管理，还可以将多个停车场联网成大型的无线网络智能管理系统，实现低成本、高效率的智能化统筹管理。