基于NB-IOT私家泊位共享系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

周磊 鄭文濤 安永麗

摘要：【目的】以NB-IOT低速率窄帶寬物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心，設(shè)計(jì)一套停車位信息化決策平臺，將私家車位進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)管理?！痉椒ā肯到y(tǒng)硬件選用STM32F103ZET6作為核心控制器，HC_SR04超聲波作為狀態(tài)監(jiān)測模塊，依托NB-IOT蜂窩物聯(lián)網(wǎng)平臺，云端智能管理控制系統(tǒng)，結(jié)合終端APP實(shí)現(xiàn)車位租入、租出、設(shè)備狀態(tài)采集上報(bào)等功能?！窘Y(jié)果】設(shè)備租出狀態(tài)下，通過該系統(tǒng)的引導(dǎo)租賃者能夠準(zhǔn)確找到車位，入駐車位。非租賃狀態(tài)下，車位主能夠任意設(shè)置自己的車位狀態(tài)，不影響自己使用。【結(jié)論】該系統(tǒng)可靠穩(wěn)定，依托NB-IOT技術(shù)，將大量的閑散車位進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)管理，提升車位利用率。

關(guān)鍵詞：NB-IOT;物聯(lián)網(wǎng);STM32;車位共享

中圖分類號：U491.7? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? 文章編號：1009-3044（2018）34-0268-03

近年來，國內(nèi)停車市場受到互聯(lián)網(wǎng)+、移動支付的沖擊，車位共享這一技術(shù)理念得以逐步完善。車位聯(lián)網(wǎng)能夠促進(jìn)車位信息的散播，減少信息的不對稱性，提高車位利用率及周轉(zhuǎn)率。這一創(chuàng)新模式受到社會資本的強(qiáng)烈追捧。本研究設(shè)計(jì)了一套基于NB-IOT窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的車位管理決策平臺，應(yīng)用STM32F103ZET6微控制器與多種傳感器技術(shù)，將大量私人閑散車位進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)管理。通過NB-IOT直接實(shí)現(xiàn)無網(wǎng)關(guān)化，結(jié)合NB-IOT通信網(wǎng)絡(luò)的特性及實(shí)際應(yīng)用情況，利用藍(lán)牙通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)“一位雙用”。與傳統(tǒng)技術(shù)解決方案相比，本設(shè)計(jì)能更好適應(yīng)嚴(yán)苛的工作環(huán)境。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

依據(jù)NB-IOT平臺部署模式，基于NB-IOT的車位管理決策平臺主要有NB-IOT采集終端，NB-IOT管理平臺和云端調(diào)控平臺構(gòu)成（圖1）。其中NB-IOT采集終端主要由超低功耗STM32F103ZET6芯片、BC-95模組、藍(lán)牙模塊、超聲波以及電機(jī)構(gòu)成。采集終端所獲得的車位狀態(tài)信息直接傳輸?shù)絅B-IOT基站，通過COAP協(xié)議直接與NB-IOT管理平臺通信。云端調(diào)控平臺負(fù)責(zé)鑒別用戶身份，對終端用戶的請求做出相應(yīng)的決策，以及遠(yuǎn)程自動控制[1]。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 主控板電路設(shè)計(jì)

按系統(tǒng)需求將硬件端分解為個(gè)5互相解耦的功模塊，分別實(shí)現(xiàn)：設(shè)備通信功能、電壓監(jiān)測功能、車輛狀態(tài)檢測功能、操作提示功能、車鎖升降控制功能。由于BC95處于PSM（深度休眠態(tài)）時(shí)，設(shè)備無法直接收到下行指令，因此我們在設(shè)備端采用局域網(wǎng)通信技術(shù)將下行數(shù)據(jù)發(fā)送到設(shè)備。由STM32F103ZET6內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)電壓采集功能。由微控制器將設(shè)備采集的狀態(tài)信息通過BC95模組推送到云端。主控板電路設(shè)計(jì)框圖如圖2所示。

2.2 通信模塊電路設(shè)計(jì)

2.2.1 通信模塊簡介

通信模塊采用移遠(yuǎn)的BC95。通過簡單的AT指令設(shè)置就能實(shí)現(xiàn)串口到網(wǎng)絡(luò)的雙向數(shù)據(jù)傳輸，易于開發(fā)。BC95具有PSM、CONNECT、PSM三種工作態(tài)。無數(shù)據(jù)交互時(shí)模塊進(jìn)入PSM（Deep-Sleep） 狀態(tài)，只有模塊有數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)才會激活網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸， PSM態(tài)下不能再接收來自基站的數(shù)據(jù)，但會定時(shí)激活網(wǎng)絡(luò)去獲取數(shù)據(jù)。由于這種低功耗工作模式大大降低了NB網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性，因此我們選擇在硬件端通過藍(lán)牙通信的方式與設(shè)備交互。

2.2.2 電路設(shè)計(jì)

通信模塊部分電路原理圖如圖3所示。通信模塊采用NB-IOT系列中的BC95作為射頻模組，與專用的NB-IOT物聯(lián)網(wǎng)卡進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，最后經(jīng)由800MHz射頻天線將設(shè)備數(shù)據(jù)直接發(fā)送到NB-IOT基站[2，3]。為確保電源有更好的電源供電性能，在靠近BC-95的電源輸入端并聯(lián)有一個(gè)低ESR的100uF鉭電容，以及0.1uF、100pF、22pF的濾波電容;在射頻天線的電路設(shè)計(jì)中，對于PCB走線使用專業(yè)阻抗模擬計(jì)算工具對射頻信號進(jìn)行50Ω的阻抗匹配，并且預(yù)留有π型匹配電路，能更加方便地調(diào)節(jié)射頻性能[4，5]。

2.3 硬件端工作流程

系統(tǒng)分為租入與租出兩大部分，兩部分在關(guān)系上互相獨(dú)立。車位主根據(jù)自己的車位使用情況，自行決定自己的車位是否能對外發(fā)布。如租賃訂單產(chǎn)生，APP則向云端設(shè)備請求解鎖。APP通過藍(lán)牙通信將收到的解鎖指令發(fā)給MCU，由MCU判決是否解鎖。如果設(shè)備解鎖，則每隔一段時(shí)間通過車輛在位檢測傳感器檢測一次車輛是否在位。若車輛離開則結(jié)束租賃，停止計(jì)時(shí)，車位上鎖。當(dāng)車輛在位檢測傳感器檢測到車輛離開后，通過通信模塊將上鎖信息、電池電壓等信息反饋給云端，結(jié)束計(jì)費(fèi)，并通知用戶及時(shí)支付。非租出狀態(tài)下，也就是車位自用的狀態(tài)下，車位主可通過手動點(diǎn)擊APP上的開鎖按鈕，實(shí)現(xiàn)車位管控。硬件端工作流程如圖4所示。

3 系統(tǒng)管理軟件設(shè)計(jì)

3.1 軟件整體架構(gòu)

車位管理系統(tǒng)軟件主要分為前端用戶操作部分和后臺系統(tǒng)服務(wù)部分。后臺服務(wù)部分主要功能是根據(jù)用戶的需求在數(shù)據(jù)庫中匹配相關(guān)信息，并將結(jié)果反饋給前端用戶。后臺服務(wù)功能框圖如圖5所示。Android端用戶操作部分主要功能包括：用戶可綁定車位，并對外發(fā)布出租信息;用戶可搜索指定地區(qū)（精確到區(qū)縣）、指定時(shí)間的出租消息，對滿意的車位可以直接租入;用戶可通過該平臺直接繳費(fèi);用戶可隨時(shí)查看正在租入、當(dāng)前未完成、當(dāng)前已完成和等待退款的所有租入和租出信息。

3.2 查找車位子模塊界面實(shí)現(xiàn)

首先是地點(diǎn)與時(shí)間選擇界面的實(shí)現(xiàn)：在此界面中使用了下拉列表來實(shí)現(xiàn)用戶選擇地點(diǎn)的操作，并實(shí)現(xiàn)了普通省份的省市縣的“三級聯(lián)動”，即：當(dāng)用戶選擇了“省份”之后，儲存“市”的下拉列表的內(nèi)容會自動更新為所選省份之下的市，當(dāng)用戶選擇了“市”之后，儲存“區(qū)/縣”的下拉列表的內(nèi)容會自動更新為所選市之下的區(qū)或縣。除此之外，還實(shí)現(xiàn)了包括4個(gè)直轄市、2個(gè)特別行政區(qū)、5個(gè)自治區(qū)和臺灣地區(qū)的特殊情況的區(qū)域選擇，其效果與普通省份的三級聯(lián)動效果相同。

下拉列表使用了Android的spinner控件，使用方法如下：

第一步：在本個(gè)界面被創(chuàng)建時(shí)，先通過控件的id找到本控件

第二步：獲取string-array的值到String數(shù)組里

第三步：初始化一個(gè)適配器（Adapter），可以自定義一個(gè)MyArrayAdapter繼承自ArrayAdapter類

第四步：為spinner設(shè)置適配器。

時(shí)間選擇功能的布局很簡單，只需要顯示用戶選擇的日期，并顯示所選日期是一周中的哪一天即可。因此只需要兩個(gè)文本控件（TextView，是用來顯示字符串的組件，在手機(jī)上就是顯示一塊文本的區(qū)域）即可實(shí)現(xiàn)。當(dāng)選擇時(shí)間時(shí)，采用仿IOS的滾輪式日期選擇器，其實(shí)對于日期選擇器，Android官方已經(jīng)給了相應(yīng)的控件，那就是DatePicker控件，本次設(shè)計(jì)就是采用了此控件進(jìn)行日期選擇[6，7]。

再者，展示所查車位信息的界面的實(shí)現(xiàn)：此界面主要顯示正在發(fā)布的車位的具體位置、車位出租的開始時(shí)間、車位出租的結(jié)束時(shí)間和總費(fèi)用。而且由于顯示的車位較多，每個(gè)車位都包含有這四個(gè)數(shù)據(jù)，由上分析判斷，可以使用多個(gè)文本控件（TextView），在每條數(shù)據(jù)的四個(gè)值都是用一個(gè)文本控件來實(shí)現(xiàn)，也可以使用Android的列表視圖（ListView）來實(shí)現(xiàn)[8]。由于前者在創(chuàng)建界面的時(shí)候無法確定具體有多少條車位信息，因此無法確定應(yīng)該使用幾個(gè)文本控件，而且如果車位信息條數(shù)較多，文本控件的初始化也會造成大量內(nèi)存的占用，因此不建議使用該方法。相比較前者，后者顯然有很大優(yōu)勢：構(gòu)造起來更規(guī)整，每條車位信息之間的間距、分割線等都可以隨意在設(shè)置，且設(shè)置一遍即可實(shí)現(xiàn)所有數(shù)據(jù)之間都有效，“一勞永逸”。

用戶手機(jī)屏幕呈現(xiàn)幾條數(shù)據(jù)就會創(chuàng)建幾次布局，用戶一旦向上或向下滑動列表，被隱藏的布局就會被回收用于新呈現(xiàn)的布局，因此最多只會產(chǎn)生有數(shù)的幾個(gè)布局，不會造成大量內(nèi)存的占用和浪費(fèi)，由于上述優(yōu)勢的存在，此頁面采用了后者進(jìn)行布局。設(shè)計(jì)界面如圖6所示。

4 結(jié)語

傳統(tǒng)的車位租賃系統(tǒng)一般采用2G無線技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互或者由匯聚網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集，其在地下停車場、天橋等高掩蔽性環(huán)境下不能做到很好的覆蓋。相比來說，NB窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有更強(qiáng)的覆蓋、更低的功耗能夠保證系統(tǒng)在嚴(yán)苛的環(huán)境下也能正常工作，具有很好的實(shí)用性。本研究主要以NB-IOT技術(shù)在車位分時(shí)共享領(lǐng)域的應(yīng)用研究為主，設(shè)計(jì)了一套以NB-IOT窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的“互聯(lián)網(wǎng)+云平臺+智能車鎖+APP”的停車位信息化決策平臺。實(shí)際操作結(jié)果表明，系統(tǒng)能夠做到租入、租出的隨時(shí)切換。車位主能夠通過APP進(jìn)行車位的管理，既不影響出租也不影響自己使用。具有很好的可實(shí)時(shí)性。

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