基于物聯(lián)網技術的小區(qū)智能停車系統(tǒng)設計

李瑋瑤，王飛飛，呂海蓮

（平頂山學院 河南 平頂山 467000）

隨著我國經濟水平的飛速發(fā)展，我國私家車擁有量逐年急速上升，小區(qū)車位的智能化管理已經成為提升住戶居住環(huán)境，物業(yè)服務水平的重要工作[1]。近幾年物聯(lián)網技術的不斷發(fā)展，紅外感應器、射頻識別 （RFID）、M2M、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備越來越多的被應用到各行各業(yè)的智能化管理中，以實現對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理[2]。目前我國大多數小區(qū)的車位管理還停滯在人工管理、缺乏統(tǒng)一標準和技術規(guī)范、缺乏統(tǒng)一的資源平臺管理的狀態(tài)[3]。因此，本文在分析現有小區(qū)停車管理系統(tǒng)的基礎上，采用新型的射頻識別技術和無線通信技術，設計了一種基于物聯(lián)網的智能停車管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括車輛自動識別、車輛自動引導基本模塊和數據處理核心模塊等部分，能夠實現車輛識別、車位預約、停車引導等功能。

1 系統(tǒng)總體設計

1.1 系統(tǒng)架構設計

本小區(qū)智能停車系統(tǒng)采用2.5G/3G通信技術完成管理軟件和控制節(jié)點間的信息傳輸，通過在小區(qū)內所有停車場區(qū)域及停車位布放無線傳感節(jié)點從而形成一個無線傳感網（停車位自組網絡），利用該網絡完成停車和道路信息情況的監(jiān)控和數據采集，并由數據處理中心完成相關數據的處理。系統(tǒng)由車輛識別模塊、停車引導模塊、信息傳輸模塊、數據處理中心模塊組成[4]。系統(tǒng)總體架構設計如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構圖Fig.1 System overall design

車輛識別模塊負責對小區(qū)出入車輛的ID信息進行駣集、傳輸。

停車引導模塊包括負責接收車位預定請求，自動計算最優(yōu)停車位，反饋預定結果和停車引導地圖，根據停車時間計算停車費用。

數據信息傳輸模塊通過2.5G/3G通信技術負責將采集到的數據傳遞給數據處理中心，數據采集則通過在社區(qū)內設置多個傳感器構成協(xié)同感知網絡實現[5]。

數據處理中心模塊負責將各個模塊傳遞過來的數據進行分析、處理，并發(fā)布相關的處理指令。

1.2 系統(tǒng)硬件選擇

ZigBee技術是一種新型短距離無線通信技術，在WSN中有著廣泛的應用，具有應用簡單、功耗低、成本低、可靠性高等特點[6]。本系統(tǒng)本著可靠、易用原則選用ZigBee技術進行車輛識別和車位監(jiān)測，系統(tǒng)采用的主要硬件有：

車載電子標簽：Freescale公司的MC13213芯片，該芯片平常處于低功耗休眠狀態(tài)，當被采集器喚醒后無線發(fā)送車輛的ID數據，之后立即回到休眠狀態(tài)。

停車位測控節(jié)點：Freescale公司的MC13213芯片。

停車場主控節(jié)點：由2個MC13213無線傳感網絡微控制器完成控制、GTM900B （華為 GPRS）和 EM770W （華為WCDMA 3G）兩個遠距離無線通信模塊完成通信。

數據收發(fā)處理：ColdFire系列芯片MCF52223，該芯片可以通過SCI接口或USB接口與EM770W進行通信，與3G/2.5G模塊接口便捷[7]。

2 系統(tǒng)實現

本系統(tǒng)由基礎模塊和核心模塊組成，基礎模塊包括車輛識別模塊和停車引導模塊，核心模塊為數據處理中心模塊，下面對這3個模塊的設計進行詳細描述。

2.1 車輛識別模塊

2.1.1 模塊結構設計

該模塊采用射頻識別技術，通過采集器掃描車載電子識別標簽，對小區(qū)出入車輛的信息進行自動駣集后實時發(fā)送信息到數據處理中心，由數據處理中心對數據進行分析和處理，通過調用其他相關功能模塊，計算出最佳停車路線，共同完成智能化停車。車輛識別模塊主要由車載信息、前端信息采集、信息傳輸、數據處理、系統(tǒng)營運中心及用戶端應用系統(tǒng)六部分組成，該模塊的結構設計如圖2所示。

圖2 車輛識別模塊結構圖Fig.2 Structure chart of vehicle identification module

前端信息采集單元負責對車輛即時狀態(tài)信息進行采集；信息傳輸模塊負責把采集來的信息傳遞給后面的數據處理中心；數據處理中心主要負責分析處理各處傳來的數據信息，執(zhí)行相關請求，并把執(zhí)行結果傳送出去；系統(tǒng)營運中心以及用戶終端應用系統(tǒng)等則負責與用戶的交互，把數據處理結果以用戶容易理解的形式給傳遞給用戶。

2.1.2 車輛識別模塊中數據傳輸

為確保采集器對車載電子識別標簽準確讀取，防止其他電磁波信號的干擾[8]，當采集器發(fā)出讀取信號，首先處理模塊采用曼徹斯特編碼方式對讀取信號進行編碼處理，再將編好的信號發(fā)送給電子識別標簽，電子識別標簽則將收到的信號進行相應的解碼和分析。為保證采集數據的完整性駣用奇偶校驗和循環(huán)冗余校驗的糾錯檢錯機制，原理如圖3所示。

圖3 信號傳輸原理圖Fig.3 Schematic of signal transmission

2.2 停車引導模塊

停車引導模塊由信息采集、控制中心、通信傳輸、信息發(fā)布等部分組成，其工作流程設計如圖4所示。

圖4 停車引導模塊流程圖Fig.4 Flow chart of parking guidance module

其中，信息采集部分主要針對車位使用和實時道路狀況等信息進行采集，采用中心計算機式采集方法，由車位測控節(jié)點和道路測控節(jié)點組成。以車位測控節(jié)點為例說明節(jié)點控制程序設計，程序主要由3個部分組成，第一部分完成系統(tǒng)初始化和變量定義，第二部分完成車載電子標簽信息的獲取，第三部分完成對是否有數據幀需要被處理的判斷，并執(zhí)行相應操作。

車位測控節(jié)點接收到從車載電子識別標簽發(fā)來的車輛ID信息后，打開車位擋車器，通過2.5 G或3G模塊將ID信息發(fā)送至控制中心服務器，更新車位的使用情況。

用戶可通過通過網絡預訂車位時，控制中心將該ID信息傳給車位測控節(jié)點，只有該ID車輛到達時，才打開擋車器。

2.3 數據處理中心模塊設計

2.3.1 數據接收

數據接收基于RF-ZigBee模塊完成。首先判斷來自各個模塊數據幀是否正確、合法，對合法數據幀進行處理后通過SCI模塊發(fā)送到2.5G/3G數據處理模塊。每當數據接收模塊收到一個IRQ中斷，中斷處理程序就開始接收數據幀并將數據放入緩存。應用程序通過循環(huán)掃描方式查看緩存區(qū)是否有數據，一旦發(fā)現數據就取出并進行有效性檢查和相應處理最后轉發(fā)數據。為確保及時收集系統(tǒng)資源，將已發(fā)送數據幀緩存區(qū)定時清除。

2.3.2 發(fā)送數據

發(fā)送數據同樣基于RF-ZigBee模塊完成。發(fā)送數據部分負責偵聽串口數據、解析數據幀、判斷數據的有效性和合法性、處理數據幀、發(fā)送數據幀給傳感網絡。

2.3.3 中斷處理函數設計

主要包括IRQ中斷和UART的中斷。使用了IRQ3和UART0/USB中斷。IRQ3負責同步接收串口的數據。每次出現IRQ3中斷，將接收計數標志清0。UART0/USB負責接收數據，每接收到一個數據，接收計數標志加1，直至達到數據幀的長度后作對應的校驗，若正確將置對應的標志位

2.3.4 數據處理主函數設計

該函數主要由兩部分組成，第一部分完成對控制中心的GPRS/WCDMA模塊發(fā)送的數據進行監(jiān)聽和處理、處理后通過串口同步信號和UART0發(fā)送到MC13213無線傳感網絡主控節(jié)點模塊。第二部分完成對USB/UART接收數據的監(jiān)聽和解析、封裝為數據幀，通過GPRS/WCDMA模塊發(fā)送到監(jiān)控中心的服務器上。

3 結束語

本小區(qū)智能停車管理系統(tǒng)實現了車輛識別、車位預約、停車引導等功能，通過ZigBee，無線傳感網、RFID、2.5G/3G通信等技術完成了“車—停車位—停車場”相互感知，幫助小區(qū)物業(yè)工作者擺脫了人工指揮、停車難、停車亂、工作效率低下的現狀，既方便了車主也使小區(qū)物業(yè)管理更加自動化、規(guī)范化。實際應用說明，本文的工作具有較高的產業(yè)化價值。

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