基于城市私有车位共享理念下物联网智能车位锁的研究与设计*

曹阳明，崔丹丹，李苗，陆奇志，潘飞

基于城市私有车位共享理念下物联网智能车位锁的研究与设计*

曹阳明，崔丹丹，李苗，陆奇志，潘飞

（新疆交通职业技术学院，新疆 乌鲁木齐 831401）

为了解决城市停车难问题，在传统D型车位锁的基础上采用ATmega 328p芯片作为微控制器，SIM900A作为通讯模块实现与云平台之间数据传输，设计基于城市私有车位共享理念下的物联网智能车位锁，在私有车位拥有者设置的开放时间段内社会车辆可以付费使用，不仅有助于解决城市停车难的问题，同时可为私有车位拥有者增加额外收益，实现双赢。

私有车位；智能车位锁；物联网

引言

随着城市化进程的发展和人民生活水平的提高，城市汽车保有量急剧增长，据公安部统计，截至2020年6月我国汽车保有量达到2.7亿辆，城市公共停车车位少，购买车位贵，停车费用高的问题已经成为城市市民的一块“心病”，针对我国现有城市私有车位的利用效率不高的问题，充分利用现有城市私有停车位资源成为了缓解“城市停车难问题”的有效措施。相关学者针对此问题也进行了研究，谢静、李维学等学者通过STM32芯片作为微控制器，利用无线通信技术实现车位的信息化管理[1-2]。郑东平等学者利用蓝牙模块实现对车位锁的智能近距离无线控制[3-4]，张汇锋利在车位锁上加装NBIoT通讯组网模块实现在开放云平台上构建车位管理应用系统[5]。新型物联网智能车位锁的推广与应用已经成为人们关注的热点话题。

1 系统功能与工作流程分析

产品功能包括实现对车位锁的远程开启或关闭控制、车位使用状态的实时监控以及与云平台服务器之间数据传输，保存车位拥有者对车位开放或私有状态的设置及共享时间段信息。

智能车位锁安装完成后，首先进行系统自检，车位锁摆臂上升车位关闭，GSM模块联网获取云平台上车位私者设置的车位开放时间段，等待接收云平台发送车位锁关闭或开启的控制信号，车位锁根据控制信号控制摆臂上升或关闭实现车位的开启或关闭，并将车位状态信息上传云平台。

图1 系统工作流程分析图

2 物联网智能车位锁的总体设计方案

物联网智能车位锁设计方案包括物联网智能车位锁，云平台服务器以及配套APP。物联网智能车位锁获取云平台控制信号实现对车位锁的控制，监测车位使用状态信息上传云平台；云平台服务器存储车位状态、位置、开放时间段、用户使用停车位时间信息以及停车费用的计算等；APP可用于设置车位共享时间段、查询车位、预定车位、遥控开锁以及停车费用支付。

（1）硬件设计与仿真

物联网智能车位锁在传统D型车位锁模型基础上，加装物联网智能车位锁控制系统，以便推广应用于城市私有车位共享。车位锁控制系统模块组成包括Arduino Uno开发板、SIM900A无线通讯模块、直流减速电机、超声波测距模块、光电限位开关、报警装置、供电模块等组成。

Arduino Uno控制器：基于ATmega328P的微控制器，是Arduino开源生态中一款主流开发板，具有14个数字IO引脚，6个模拟IO引脚以及USB接口、电源插口、复位按键等，操作使用便捷，可快速上手操作应用于实践。控制器接收云端服务器发送的控制信号及采集超声波测距模块检测的车位使用状态信息，根据共享控制策略实现对车位锁开关的控制，并通过GPRS通讯模块实现与云平台服务器之间的数据传输。

图2 物联网智能车位锁系统组成

系统供电：采用4节18650锂电池供电，两两串联再并联给系统提供约7.4V的直流电。

直流减速电机：电机的正反转控制车位锁摆臂在设定范围内转动，达到车位开启或关闭的作用。

L298N驱动模块：控制器发送控制信号给驱动模块，控制直流减速电机正反转，并且可为控制器提供5V电源。

GSM900A通讯模块：实现车位锁控制器与云端服务器之间的数据传输。

图3 控制系统仿真电路图

报警装置：在车位锁未开启时，当车辆靠近或强行驶入时，有源蜂鸣器发出语音报警提示。

HC-SR04超声波测距模块：实时采集当前车位使用情况，判断车辆是否驶出当前车位。

光电限位开关：检测D型车位锁摆臂是否运动到限定位置，若到达限定位置则发送信号给控制模块，控制电机停止转动，避免烧坏电机。

（2）基于可视化编程平台的APP的开发

App Inventor是由谷歌开发的在线可视化Android编程平台，编程人员无需掌握复杂的编程语言，采用堆积木的方式实现APP的开发与设计。

私有车位拥有者或管理者：根据对车位的使用或管理情况通过APP设置相应的开放共享时段，并可实时查看车位使用及收益情况。

寻找车位者：可通过APP查看当前位置附近或出行目的地车位情况，根据自身需求预定车位，到达目的地后可通过APP打开车位锁，实现快速停车及使用后付费支付。

图4 APP界面展示

3 结束语

本文提出了一种基于传统D型车位锁模型和物联网通讯技术用于实现城市私有车位共享的车位锁，构建了城市私有车位共享理念下控制共享策略模型，完成了物联网智能车位锁控制系统的设计与仿真，采用可视化编程的方法实现了APP的开发。实验结果表明：充分利用城市私有车位现有资源，解决城市私有车位共享性差、停车难的问题，具有重要实践意义。

[1] 谢静,蒋秀林.基于物联网技术的私有车位共享系统设计与实现[J].宿州学院学报,2019,34(01):68-71.

[2] 李维学,潘炫桦,张萍.基于无线通信的共享智能车位锁[J].电子世界,2018(13):110-112.

[3] 郑东平.基于蓝牙技术的智能车位锁的设计与实现[J].计算机产品与流通,2020(01):112.

[4] 熊英鹏,毛佳昌.基于蓝牙的智能车位锁设计[J].科技视界,2019 (25):33-35.

[5] 张汇锋.基于NBIoT的车位管理系统研究与设计[D].济南:山东大学,2019.

Research and Design of IOT Intelligent Parking Lock Based on the Concept of Urban Private Parking Space Sharing*

Cao Yangming, Cui Dandan, Li Miao, Lu Qizhi, Pan Fei

（Xinjiang Vocational and Technical College of Communications, Xinjiang Urumqi 831401）

In order to solve the problem of urban parking difficulty, based on the traditional D-type parking lock, Atmega 328p chip is used as the microcontroller. sim900a is used as the communication module to realize data transmission with cloud platform. The intelligent parking lock of Internet of things is designed based on the concept of urban private parking space sharing. Social vehicles can pay to use during the opening time set by private parking space owners. It not only helps to solve the problem of urban parking difficulties, but also increases additional benefits for private parking space owners, so as to achieve a win-win situation.

Private parking spaces; Intelligent parking lock; Internet of things

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.07.014

U461.99

A

1671-7988(2021)07-39-03

U461.99

A

1671-7988(2021)07-39-03

曹阳明（1991-），男，汉族，湖南邵阳人，讲师，硕士研究生学历，就职于新疆交通职业技术学院，主要研究方向为电工电子技术、自动化控制技术、数字化建设。

新疆交通职业技术学院教育教学科研项目 J-20-01（基于城市私有车位共享理念下智能车位锁的研究与设计）。