基于Arduino 的智能車輛管理系統(tǒng)原型設(shè)計與實現(xiàn)

王鴻彬

摘要：Arduino平臺，開源、方便上手、便捷靈活的特點，使得它非常適用于快速搭建基于各種傳感器的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用原型。該文以停車場為應(yīng)用場景，使用Arduino電子原型平臺結(jié)合C#編寫的上層管理程序設(shè)計并實現(xiàn)了一套用于高職層次物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教學(xué)與實訓(xùn)的智能車輛管理系統(tǒng)模擬沙盤。

關(guān)鍵詞：Arduino；C#；智能車輛管理；物聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）09-0199-01

Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺，包含硬件（各種型號的Arduino板和傳感器）和軟件（Arduino IDE）。Arduino能通過各種各樣的傳感器來感知環(huán)境，通過控制燈光、馬達(dá)和其他的裝置來反饋、影響環(huán)境[1]?；贏rduino平臺，可以快速搭建各種模擬物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的電子原型[2]。C#是面向?qū)ο蟮木幊陶Z言。它簡單、快速的特點，使得程序員可以快速地編寫各種基于MICROSOFT .NET平臺的應(yīng)用程序[3]，特別是在實現(xiàn)Windows應(yīng)用程序方面優(yōu)勢非常明顯。本文中的智能車輛管理系統(tǒng)正是利用上述兩項的優(yōu)勢設(shè)計并實現(xiàn)了一套集門禁管理、停車場實時監(jiān)控、燈光控制、停車指引等功能為一體的用于物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教學(xué)與實訓(xùn)的電子原型。

1 設(shè)計思路與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該電子原型使用Arduino Uno開發(fā)板作為下位機，運行使用C#編寫的通信Service和管理程序的PC作為上位機，通過一臺數(shù)據(jù)庫/通信服務(wù)器存儲數(shù)據(jù)和傳送指令，配合各種傳感器和網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成了整個原型的軟硬件環(huán)境。如圖1。

圖中數(shù)據(jù)庫/通信服務(wù)器和Arduino開發(fā)版聯(lián)合組成了控制和通信的中樞，用于讀取各傳感器狀態(tài)信息，發(fā)送控制信號，控制進/出口閘機、照明系統(tǒng)、LED顯示屏，并為管理客戶端提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2 功能描述

圖1對系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)進行了描述，本節(jié)將對系統(tǒng)中各個部分的功能及實現(xiàn)原理進行詳細(xì)描述。

LED顯示屏：讀取數(shù)據(jù)庫信息，顯示停車場實時顯示車位占用情況，下停車場示意圖中顯示為占用停車位位置，同時顯示總車位數(shù)，停車書和剩余車位數(shù)。

對射開關(guān)組（停車場）：停車場每個車位均裝有對射開關(guān)用于探測車位占用情況，系統(tǒng)實施讀取開關(guān)狀態(tài)，并將數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫。

對射開關(guān)組（路）：探測道路上車輛行駛情況，當(dāng)有車輛在道路上行駛時，按照車輛行駛路線，分段開啟道路照明，實現(xiàn)照明系統(tǒng)智能開啟。

進門RFID讀卡器：用于讀取進出門車輛卡片信息，判斷該車是否為授權(quán)車輛，同時將車輛信息以語音播報的方式在進門控制室進行播報，以方便相關(guān)人員核對實際進門車輛是否與登記信息相符。

出門RFID讀卡器：用于讀取出門車輛卡片信息，結(jié)合該車進門信息生成計費數(shù)據(jù)，并進行計費管理。

車位狀態(tài)指示燈：與車位對射開關(guān)組合，通過點亮或關(guān)閉指示燈，指示車位占用狀態(tài)，并通過燈光指引車輛快速找到為占用車位。

光感開關(guān)：避免照明系統(tǒng)在光線充足的情況下開啟，以節(jié)省能源。

Arduino控制板：讀取停車場對射開關(guān)狀態(tài)，生成停車場占用信息數(shù)據(jù)，讀取道路對射開關(guān)狀態(tài)，獲取車輛在道路行駛的路徑，將上述信息按通信協(xié)議編碼并發(fā)送到數(shù)據(jù)庫/通信服務(wù)器。通過RFID讀卡器讀取車輛卡片信息，查詢數(shù)據(jù)庫核對卡片授權(quán)信息、車輛登記信息、進門信息，控制進/出門閘機進行開閘和畢閘操作。根據(jù)道路車輛行駛信息控制照明系統(tǒng)分段開啟照明。

數(shù)據(jù)庫/通信服務(wù)器：由于本系統(tǒng)數(shù)據(jù)量和通信量都不大，故將數(shù)據(jù)庫和通信兩類服務(wù)安裝在同一臺服務(wù)器。數(shù)據(jù)庫用于本系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)存儲和查詢。通信服務(wù)負(fù)責(zé)根據(jù)各種通信協(xié)議從Arduino主控板讀取各類傳感器數(shù)據(jù)。另外，該服務(wù)器還負(fù)責(zé)驅(qū)動用于顯示停車場實施狀態(tài)的LED顯示屏。

管理客戶端：主要負(fù)責(zé)停車場示意圖生成與維護；停車卡的制卡、銷卡，車輛信息維護；閘機、照明系統(tǒng)的手動控制；停車場實時數(shù)據(jù)的監(jiān)控。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

本文所述系統(tǒng)是為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生實訓(xùn)開發(fā)的，系統(tǒng)中分別應(yīng)用了C#（PC端程序和通信服務(wù)）、SQL-SERVER和Ardunio，篇幅所限下面只列出部分核心代碼。

Arduno代碼：

void loop（）

{

uchar i，tmp；

uchar status；

uchar RC_size；

uchar blockAddr；

char data1；

int val，isCardRead；

isCardRead=0；

val=Serial.read（）；

if（val=='U'）

{

steperUp（）；

}

if（val=='D'）

{

steperDown（）；

}

if（val=='O'）

{

digitalWrite（relay，HIGH）；

}

if（val=='C'）

{

digitalWrite（relay，LOW）；

}

}

4 結(jié)束語

本文所述原型已在教學(xué)實踐中的得到應(yīng)用，C#結(jié)合Arduino快速、簡單、易用、可拓展性強的特點使得本套系統(tǒng)在實訓(xùn)教學(xué)中非常受學(xué)生的歡迎，不但能夠加強學(xué)生對物聯(lián)網(wǎng)各層應(yīng)用的理解，而且能夠極大的調(diào)動學(xué)生的積極性、主動性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。這些正是Arduino自身的優(yōu)點所在。

參考文獻(xiàn)：

[1] 施智雄. Arduino 在大學(xué)工科教學(xué)中應(yīng)用探索[J]. 西昌學(xué)院學(xué)報， 2012（3）.

[2] 蔡睿妍. Arduino的原理及應(yīng)用[J]. 電子設(shè)計工程， 2012（16）.

[3] Christian Nagel， Jay Glynn， Morgan Skinner. C#高級編程[M]. 北京： 清華大學(xué)出版社， 2013.