低功耗手機(jī)室內(nèi)定位的智能化車庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

顧妙松　楊揚(yáng)　梁子航　王家興　馬唯倫　白冰

摘 要：為滿足日益增長的停車需求，大型停車場不斷涌現(xiàn)，從而給車主入庫泊車和回庫取車帶來不便，故旨在提高停車場運(yùn)行效率的智能車庫系統(tǒng)也將隨之發(fā)展。該文針對我國對智能化車庫的強(qiáng)烈需求和現(xiàn)有智能車庫系統(tǒng)的一些弊端，提出了一種低功耗車位占用檢測技術(shù)，利用Zigbee通信方式并與手機(jī)室內(nèi)定位技術(shù)相結(jié)合設(shè)計(jì)了一套功能強(qiáng)大成本低廉維護(hù)簡單的新型智能化車庫系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：智能車庫 車位占用檢測 室內(nèi)定位 Zigbee通信

中圖分類號：F416.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）06（b）-0070-01

近年來，我國汽車保有量急劇增長。為了滿足日益增長的停車需求，大型、超大型停車場不斷涌現(xiàn)，而停車場規(guī)模的增大的同時(shí)，傳統(tǒng)停車場管理系統(tǒng)的不足也日漸凸顯。車主在偌大的車場中很難方便找到車位，既耽誤時(shí)間又增加油耗和尾氣排放量，降低了停車效率。因此，如何對現(xiàn)有的停車場管理系統(tǒng)進(jìn)行智能化改造，已經(jīng)成為停車場建設(shè)中的當(dāng)務(wù)之急。

如今的智能車庫系統(tǒng)的核心——車位占用信息采集已有很多的實(shí)現(xiàn)方案了，但是每一種方案都有各自明顯的缺陷。早在20世紀(jì)60年代人們就開始采用地感線圈作為車位檢測器，這種技術(shù)易造成環(huán)境污染，施工條件惡劣、施工量大，接線比較復(fù)雜，使用不便，還易受到外界環(huán)境的干擾。隨后利用光敏電阻檢測技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，其通過光敏電阻模塊設(shè)定某個(gè)光照閾值，并與任意時(shí)刻亮度比較輸出高低電平的檢測方法對光線敏感，容易受到車燈等因素的干擾，還因車庫內(nèi)的結(jié)構(gòu)需要單獨(dú)調(diào)節(jié)每個(gè)車位的閾值，測量不準(zhǔn)確。后續(xù)的基于超聲波的檢測方案，能耗相對較大，電源設(shè)計(jì)也存在諸多困難。[3]人們在科學(xué)探索的同時(shí)卻忽略了為司機(jī)提供更加便捷高效的服務(wù)才是系統(tǒng)的最終目的，而這正是當(dāng)前的智能車庫的短板。

其中，車位占用傳感器，用于檢測其所管轄范圍內(nèi)車位的占用情況。Zigbee模塊將所采集到的信息無線發(fā)送到用于信息匯總和加工的中控微型計(jì)算機(jī)。匯總信息的微機(jī)收集到信息后，可以根據(jù)不同的工作模式，對數(shù)據(jù)進(jìn)行不同的加工，再通過zigbee發(fā)送給分布在車庫各個(gè)關(guān)鍵路段的藍(lán)牙發(fā)射器。藍(lán)牙發(fā)射器一方面可用來向各個(gè)終端發(fā)送車庫實(shí)時(shí)信息，另一方面也具有一定的室內(nèi)定位能力故而在下文中，我們也稱其為藍(lán)牙信標(biāo)。手機(jī)接收到藍(lán)牙信標(biāo)的信息后，就可以結(jié)合手機(jī)上的客戶端，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。

1 新型車位占用檢測技術(shù)

空余車位檢測是我們的智能車庫的基本功能，以此為基礎(chǔ)才能確定車庫中空余車位的分布情況。為了對車庫內(nèi)的每個(gè)車位占用情況實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測，同時(shí)又盡可能降低成本和能耗，我們設(shè)計(jì)了新型的車位占用檢測裝置。其中最便捷可靠的方案還是機(jī)械型的檢測方法，因?yàn)樵摲桨覆恍枰獙γ總€(gè)車位的檢測設(shè)備提供電源。而為了簡化接線，可以設(shè)計(jì)一個(gè)由機(jī)械開關(guān)和電阻搭建的8進(jìn)制端口電路。每一個(gè)機(jī)械開關(guān)的開閉狀態(tài)對應(yīng)了一個(gè)或多個(gè)車位的占用狀態(tài)，而通過合理設(shè)計(jì)，可以將端口內(nèi)的所有車位的占用情況通過該電路的輸入電阻值來反映。這樣，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換，我們就可以將電阻值還原為車位占用信息了。

2 機(jī)械新型車位檢測開關(guān)

為了使車位占用狀態(tài)對應(yīng)于開關(guān)的開合狀態(tài)，我們特殊設(shè)計(jì)所需開關(guān)。

當(dāng)車輛駛?cè)胲囄粫r(shí)，車前輪就會推動機(jī)械開關(guān)向前旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)電路的開合。為了使車輪不至于碾壓過開關(guān)，在開關(guān)正面加裝了兩個(gè)滾軸。為了提高車位檢測的可靠性，在車位兩側(cè)都加裝機(jī)械開關(guān)。只有當(dāng)兩個(gè)開關(guān)同時(shí)閉合時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)車位所在支路的導(dǎo)通。

機(jī)械開關(guān)外側(cè)的漿部，一般要求足夠長，其轉(zhuǎn)軸所在的端部，要求有較高的機(jī)械強(qiáng)度。而彈簧應(yīng)選易于形變的輕彈簧。從而使得車輪較小的推力就可以使其旋轉(zhuǎn)。這套裝置有別于傳統(tǒng)的車位占用檢測技術(shù)，在具有高度可靠性的前提下又具有成本低、能耗少、安裝簡單的特點(diǎn)。此外，在實(shí)際應(yīng)用中，并沒有必要對每個(gè)車位是否占用，進(jìn)行精確的檢測。司機(jī)離空車位很近時(shí)，就可以通過肉眼駛?cè)肟哲囄涣?。為了避免“精度過高”帶來的浪費(fèi)，我們可以把相鄰的四個(gè)車位上的開關(guān)串聯(lián)，從而將這四個(gè)車位變?yōu)橐粋€(gè)“廣義車位”，這樣電阻網(wǎng)絡(luò)檢測時(shí)，就可以監(jiān)測出這四個(gè)車位是否占滿，也就是“一對多”的檢測。從而使得我們的一個(gè)裝置可以管轄32個(gè)車位，其低成本低功耗的優(yōu)勢就更加明顯了。

3 藍(lán)牙信標(biāo)

當(dāng)車輛入庫時(shí)，司機(jī)開啟客戶端的，手機(jī)就可以直接與周邊的藍(lán)牙信標(biāo)通信，從而確定當(dāng)前位置。為了應(yīng)對不同的工況，我們?yōu)樗{(lán)牙信標(biāo)設(shè)計(jì)了3種不同的工作模式：

終端（一般為手機(jī)）中有客戶端且客戶端中已經(jīng)下載了車庫地圖數(shù)據(jù)

終端中有客戶端且客戶端中還沒有下載車庫地圖數(shù)據(jù)

終端中沒有客戶端，只有一個(gè)具備藍(lán)牙通信功能的手機(jī)。

先判斷發(fā)送對接請求的終端，是否具有客戶端。如果有再判斷其是否已有當(dāng)前車庫的地圖數(shù)據(jù)。如果有地圖，就直接發(fā)送此時(shí)車庫內(nèi)的車位分布信息；如果沒有地圖，就先向設(shè)備發(fā)送地圖數(shù)據(jù)。如果沒有客戶端，就直接向設(shè)備發(fā)送圖片格式的車庫實(shí)時(shí)地圖。此時(shí)，客戶端就會結(jié)合主機(jī)發(fā)布的車位占用信息，通過Dijkstra算法，算出最適宜的路徑，顯示在手機(jī)中，同時(shí)在岔路口自動發(fā)出語音導(dǎo)引，十分人性化的將司機(jī)帶入最近的空車位。同時(shí)系統(tǒng)會記錄車主的停車位置。而當(dāng)車主回到車庫取車時(shí)，客戶端就可以根據(jù)車主當(dāng)前位置和停車的位置，計(jì)算出最便捷的路徑。車主根據(jù)客戶端的提示，就可以快捷地找到泊車了。

4 Zigbee通信

這套系統(tǒng)中選取了Zigbee通信方式，它是一組技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，主要關(guān)于安全、組網(wǎng)和應(yīng)用軟件等，以IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)為底層建立。我們利用Zigbee通信方式來實(shí)現(xiàn)車位占用檢測單元與中控微機(jī)的通信和各個(gè)藍(lán)牙信標(biāo)與中控微機(jī)的通信。前者是為了將各個(gè)車位檢測單元檢測到的車位占用信息匯總到中控微機(jī)，后者是為了實(shí)現(xiàn)不同工作模式下藍(lán)牙發(fā)射器能發(fā)布對應(yīng)的信息。因?yàn)椴煌墓ぷ髂Ｊ?，需要中控微機(jī)對信息做一些不同的處理，故而藍(lán)牙與微機(jī)間的通信也是十分重要的。

5 結(jié)語

該文針對我國對智能化車庫的強(qiáng)烈需求，提出了一種低功耗車位占用檢測技術(shù)，并由該技術(shù)與手機(jī)應(yīng)用相結(jié)合設(shè)計(jì)了一套功能強(qiáng)大成本低廉維護(hù)簡單的新型智能化車庫系統(tǒng)。創(chuàng)造性的利用機(jī)械開關(guān)與電阻網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了大范圍低功耗的車位占用檢測，并通過藍(lán)牙信標(biāo)定位技術(shù)結(jié)合智能手機(jī)實(shí)現(xiàn)了車輛入庫導(dǎo)航、車主回庫取車指引、停車費(fèi)手機(jī)支付等多項(xiàng)實(shí)用功能。在模型實(shí)驗(yàn)中，也取得了較好的效果。

總之，這個(gè)基于低功耗車位檢測技術(shù)的新型智能車庫的研究與設(shè)計(jì)取得了很多現(xiàn)有車庫所不及的突破，對于未來智能車庫的設(shè)計(jì)研究有很好的參考意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 李超.室內(nèi)停車場智能指引系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].北方工業(yè)大學(xué)，2012.

[2] 鄧應(yīng)偉.車場智能管理系統(tǒng)[D].湖南大學(xué)，2006.

[3] 周兆豐.基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的智能停車場系統(tǒng)中低頻喚醒技術(shù)的研究[D].華中師范大學(xué)，2007.endprint