基于微信硬件云的智能車位鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張宏鵬 尹小亮

(西安工業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院 西安 710021)

基于微信硬件云的智能車位鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張宏鵬 尹小亮

(西安工業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院 西安 710021)

為了方便快捷實(shí)現(xiàn)車位鎖的遠(yuǎn)程控制,設(shè)計(jì)了基于微信硬件云的智能車位鎖系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由WiFi通訊模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、紅外傳感器模塊、溫濕度傳感器模塊、微信硬件云、設(shè)備應(yīng)用層和微信客戶端組成。文中給出了系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)方案、軟件設(shè)計(jì)流程圖以及整個(gè)系統(tǒng)的工作流程圖。經(jīng)測(cè)試,該系統(tǒng)功耗低、操作簡(jiǎn)便、實(shí)時(shí)性好。

微信硬件云; 智能車位鎖; 設(shè)備應(yīng)用層; WiFi

Class Number TN929.5

1 引言

“停車難”一直是市政交通的傳統(tǒng)頑疾,爆炸式增長(zhǎng)的機(jī)動(dòng)車輛和日漸萎縮的車位數(shù)量成了難以調(diào)和的矛盾,對(duì)此,廣大車主以及政府職能部門均頭疼不已[1]。

為了解決這個(gè)問題,不得不提到資源共享,共享經(jīng)濟(jì)模式正在不斷改變我們的生活,如果將閑置的車位合理利用,在一定程度上緩解“停車難”的同時(shí),還可以為車位主帶來一定的收入[2]。此種共享模式是通過物聯(lián)網(wǎng)作為媒介來實(shí)現(xiàn)的,微信直連是最優(yōu)的物聯(lián)網(wǎng)解決方案[3]。本設(shè)計(jì)通過微信控制車位鎖,幫助停車位”自動(dòng)上鎖解鎖”以及幫私人車主”出租車位”；智能車位鎖是這個(gè)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的實(shí)體介質(zhì),通過WiFi傳輸,用戶可以通過微信控制車鎖的升降架實(shí)現(xiàn)”自動(dòng)上鎖解鎖”。而在微信端,用戶可以選擇共享功能,把自己閑置的私人車位”放租”出去。

2 微信硬件平臺(tái)介紹

微信硬件平臺(tái)是微信在連接人、連接企業(yè)和服務(wù)之后,推出的連接硬件設(shè)備的物聯(lián)網(wǎng)解決方案。微信硬件平臺(tái)以微信用戶ID體系為基礎(chǔ),以用戶價(jià)值為依歸,立志于打造用戶和設(shè)備廠家共贏的物聯(lián)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)人,設(shè)備、廠家的互聯(lián)互通。微信硬件云端是運(yùn)行與微信硬件相關(guān)服務(wù)、接口提供 API 和數(shù)據(jù)交換服務(wù)的微信側(cè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)層。

3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

智能車位鎖的系統(tǒng)框圖如圖1所示。該系統(tǒng)包括WiFi通訊模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、紅外傳感器模塊和溫濕度傳感器模塊。WiFi通訊模塊將處理后的數(shù)據(jù)上傳至云端(微信硬件云)存儲(chǔ),并且下發(fā)來自云端(微信硬件云)的控制命令。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊通過控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn),用微信來實(shí)現(xiàn)解鎖和上鎖。紅外傳感器模塊用來檢測(cè)車位是否有車輛存在,待檢測(cè)到車輛駛離車位后,自動(dòng)升起車位鎖。溫濕度傳感器用來檢測(cè)車位鎖是否有積水,若積水過多,啟動(dòng)報(bào)警。

圖1 智能車位鎖的系統(tǒng)框圖

4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

4.1 WiFi模塊

在設(shè)計(jì)中,WiFi模塊采用的是深圳市安信可科技有限公司生產(chǎn)的ESP8266-12F超低功耗WiFi模塊,該模塊核心處理器ESP8266在較小尺寸封裝中集成了業(yè)界領(lǐng)先的Tensilica L106 超低功耗32 位微型MCU,帶有16 位精簡(jiǎn)模式,主頻支持80 MHz 和160 MHz,支持RTOS,集成WiFi MAC/ BB/RF/PA/LNA,板載天線[4]。該模塊支持標(biāo)準(zhǔn)的IEEE802.11 b/g/n 協(xié)議,完整的TCP/IP協(xié)議棧。ESP8266 是高性能無(wú)線SOC,以最低成本提供最大實(shí)用性,為WiFi 功能嵌入其他系統(tǒng)提供無(wú)限可能[5]。如圖2是ESP8266-12F模塊電路設(shè)計(jì)：

圖2 ESP8266-12F模塊電路

4.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

在系統(tǒng)中主要通過改變直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)解鎖和上鎖,電機(jī)的正反轉(zhuǎn)是通過GPIO口控制兩個(gè)繼電器,達(dá)到改變電機(jī)的極性來實(shí)現(xiàn)的[6]。圖3是電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路設(shè)計(jì)。

4.3 紅外傳感器模塊

該設(shè)計(jì)中,紅外傳感器選用的是QT30CM,最長(zhǎng)可以檢測(cè)到40CM,5V供電,可直接帶動(dòng)繼電器,在輸出和正極之間加1K左右的上拉電阻可直接接單片機(jī)的IO口[7]。當(dāng)車位無(wú)車輛時(shí),同相端IN1+電壓大于反相端IN1-端電壓,電壓比較器的輸出端OUT輸出高電平電壓,此時(shí)LED3燈不亮。當(dāng)車位有車輛時(shí),同相端IN1+電壓小于反相端IN1-端電壓,電壓比較器的輸出端OUT輸出低電平電壓,此時(shí)LED3燈亮。圖4是紅外傳感器模塊電路設(shè)計(jì)。

4.4 溫濕度傳感器模塊

系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用數(shù)字信號(hào)輸出溫度、濕度已校準(zhǔn)的 DHT11數(shù)字溫濕度傳感器。該模塊通過數(shù)字采集技術(shù)和溫度、濕度傳感器技術(shù),保障產(chǎn)品擁有高可靠性以及優(yōu)秀的穩(wěn)定性[8]。DHT11 具備小體積、低功耗、快響應(yīng)、高性價(jià),可進(jìn)行長(zhǎng)距離信號(hào)傳輸,非常適合分布式應(yīng)用等特點(diǎn)[9]。圖5是溫濕度傳感器模塊電路設(shè)計(jì)。

圖3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路

圖4 紅外傳感器模塊電路

圖5 溫濕度傳感器模塊電路

5 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用的是微信直連的方式,所謂“直連”指硬件設(shè)備直接連接微信提供的服務(wù)端(即微信硬件云),廠商無(wú)需為硬件搭建專用的遠(yuǎn)程服務(wù)端?！爸边B”SDK提供設(shè)備端到服務(wù)端的連接數(shù)據(jù)通路,同時(shí)將提供設(shè)備的連接鑒權(quán),局域網(wǎng)發(fā)現(xiàn),固件管理,統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)上報(bào),狀態(tài)更新等功能。

設(shè)備通過WiFi接入微信硬件云服務(wù)器,整個(gè)通信過程是手機(jī)微信客戶端發(fā)送出的控制指令轉(zhuǎn)發(fā)到設(shè)備應(yīng)用層,設(shè)備應(yīng)用層再轉(zhuǎn)發(fā)到云服務(wù)器,云服務(wù)器再轉(zhuǎn)發(fā)到設(shè)備,設(shè)備改變狀態(tài)；同理設(shè)備更新的狀態(tài)到云服務(wù)器再轉(zhuǎn)發(fā)到微信客戶端顯示出來。智能車位鎖的框架如圖6所示。

智能車位鎖的程序流程圖如圖7所示。首先初始化WiFi 模塊保證其能夠與微信硬件云正常通信。然后WiFi 模塊監(jiān)測(cè)是否收到來自微信的控制命令。若是電機(jī)控制命令,則根據(jù)當(dāng)前車位鎖位置決定正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)；若沒有收到來自微信端的控制命令,那么就進(jìn)行濕度的采集,檢測(cè)紅外感應(yīng)器的狀態(tài)。

圖6 智能車位鎖框架

圖7 智能車位鎖程序流程圖

6 數(shù)據(jù)交互

目前設(shè)備直連SDK主要為硬件創(chuàng)建了上行和下行的數(shù)據(jù)通道。設(shè)備應(yīng)用層不需要處理登錄,鑒權(quán)等網(wǎng)絡(luò)邏輯,只需要負(fù)責(zé)按微信硬件云平臺(tái)的格式生成數(shù)據(jù)并調(diào)用SDK接口上報(bào)數(shù)據(jù),同時(shí)解析和處理服務(wù)器返回或推送下來的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)即可。微信硬件云端和接入者的設(shè)備云端消息交互,分成三種消息類型：微信硬件云端查詢?cè)O(shè)備消息；微信硬件云端設(shè)置設(shè)備消息；設(shè)備通知微信硬件云端消息。

1) 微信硬件云端查詢或設(shè)置設(shè)備消息：當(dāng)微信硬件云端側(cè)需要查詢或者設(shè)置設(shè)備信息的時(shí)候,微信硬件云端將會(huì) POST 查詢消息到接入者注冊(cè)的 URL 上,接入者收到請(qǐng)求后,立即返回成功收到請(qǐng)求。待接入者異步查詢成功后,將查詢結(jié)果 POST給微信硬件云端。

2) 設(shè)備通知微信硬件云端消息：當(dāng)設(shè)備狀態(tài)有變化或者有消息需要通知微信硬件云端側(cè)時(shí)候,設(shè)備云 POST 消息給微信硬件云端。微信硬件云端立即返回成功收到請(qǐng)求。待微信硬件云端將消息處理成功后,將處理消息成功的行為POST 給接入者的注冊(cè) URL 上。

下面以設(shè)備主動(dòng)上報(bào)數(shù)據(jù)為例：

設(shè)備應(yīng)用層 POST 方式推送消息給微信硬件云端服務(wù)器,JSON格式:

{

“msg_type”: “notify”,

“services”: {

“operation_status”: {

“status”: 1

},

“l(fā)ock”: {

“is_locked”: 1 ,

……

}

……

}

}

微信硬件云端響應(yīng)JSON格式包,里面帶有本次notify的唯一標(biāo)識(shí)msg_id,設(shè)備收到下面的回包時(shí)表示服務(wù)器已經(jīng)承接了設(shè)備的該項(xiàng)請(qǐng)求。

{

“error_code”: 0,

“error_msg”: “ok”,

“msg_id”: 1234567890123456

}

其中：“msg_type”為消息類型命令字,notify代表通知消息；“services”為能力項(xiàng)鍵值集合；“operation_status”與“status”為通知微信側(cè),必須帶有運(yùn)行狀態(tài)能力項(xiàng)服務(wù)；“l(fā)ock”為微信硬件云平臺(tái)規(guī)范的一項(xiàng)能力及其屬性值；“error_code”是判斷微信是否成功接收,0代表成功；“error_msg”為微信返回成功接收的信息；“msg_id”為消息序列號(hào),用于異步通信,由微信生成,接收方異步接收到Notify時(shí)跟本次的Notify對(duì)應(yīng)。

設(shè)備通過onResponseCallback接收到響應(yīng)以后,只能說明設(shè)備的請(qǐng)求服務(wù)器已經(jīng)接收到了,處理結(jié)果需要通過異步的方式推送下來onNotifyCallback,并通過onResponseCallback中的msg_id來對(duì)應(yīng)請(qǐng)求,異步推送下來的通知報(bào)文如下：

{

“asy_error_code”: 0,

“asy_error_msg”: “ok”,

“msg_id”: 1234567890123456,

“msg_type”: “notify”,

“services”: {

“operation_status”: {

“status”: 1

},

“l(fā)ock”: {

“is_locked”: 1 ,

……

}

...

}

}

7 系統(tǒng)測(cè)試

智能車位鎖設(shè)備控制是通過微信實(shí)現(xiàn)的。在將系統(tǒng)硬件通過WiFi模塊連接到云端(微信硬件云)后,就可以使用微信客戶端實(shí)時(shí)查看車位鎖狀態(tài)以及控制目標(biāo)設(shè)備。經(jīng)過多次測(cè)試,系統(tǒng)能有效準(zhǔn)確的獲取到車位鎖狀態(tài),以及紅外傳感器能準(zhǔn)確檢測(cè)出車位是否有車輛存在。圖8所示是測(cè)試時(shí)的應(yīng)用界面截圖,圖9所示為系統(tǒng)硬件實(shí)物圖的正面和背面。

圖8 測(cè)試時(shí)的應(yīng)用界面截圖

圖9(a) 系統(tǒng)硬件實(shí)物圖(正面)

圖9(b) 系統(tǒng)硬件實(shí)物圖(背面)

8 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)中,只實(shí)現(xiàn)了通過微信控制車位鎖的升降,今后可以在微信端加入地圖菜單,求租者就可以搜索到自己心儀的車位,然后預(yù)定,當(dāng)然此時(shí)應(yīng)該添加停車計(jì)費(fèi)功能。通過智能平臺(tái)將碎片化的車位資源整合分享出去,在很大程度上解決停車位緊張的問題,真正實(shí)現(xiàn)共享經(jīng)濟(jì)模式。

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Design of Intelligent Parking Lock System Based on WeChat Hardware Cloud

ZHANG Hongpeng YIN Xiaoliang

(College of Electronic and Information Engineering, Xi’an Technological University, Xi’an 710021)

In order to realize the remote control of the parking lock, the intelligent parking lock system based on WeChat hardware cloud is designed. The system mainly consists of WiFi communication module, motor drive module, infrared sensor module, temperature and humidity sensor module, WeChat hardware cloud, device application layer and client of WeChat. This paper gives the system design of hardware circuit and flow chart of software design, and the whole work flow chart of system. After testing, the system has low power consumption, easy operation and good real-time performance.

WeChat hardware cloud, intelligent parking lock, device application layer, WiFi

2016年8月11日,

2016年9月20日

張宏鵬,男,博士,講師,研究方向：物聯(lián)網(wǎng)。尹小亮,男,碩士研究生,研究方向：物聯(lián)網(wǎng)。

TN929.5

10.3969/j.issn.1672-9722.2017.02.038