基于NB-IoT的智慧停車(chē)系統(tǒng)研究

黃健安 郭新 胡光雄 易煥銀 劉買(mǎi)花

[摘? ? 要]文章介紹了設(shè)計(jì)的一種基于NB-IoT的智慧停車(chē)系統(tǒng)，以解決當(dāng)前停車(chē)難、停車(chē)位需求大的問(wèn)題。硬件以高性能的芯片STM32F302RC作為MCU，由地磁模塊信息的采集模塊、NB-IoT數(shù)據(jù)處理模塊、低功耗供電模塊和通信模塊組成。軟件部分由底層驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)、采樣數(shù)據(jù)的軟件處理、停車(chē)位數(shù)據(jù)的軟件分析和處理、智能停車(chē)系統(tǒng)的主程序的設(shè)計(jì)和上位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸軟件處理等實(shí)現(xiàn)智慧停車(chē)系統(tǒng)。

[關(guān)鍵詞]NB-IOT;MCU;數(shù)據(jù)處理;智慧停車(chē)

[中圖分類號(hào)]F724.6 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）07–0–02

Smart Parking System Based on NB-IOT

Huang Jian-an，Guo Xin，Hu Guang-xiong，Yi Huan-yin，Liu Mai-hua

[Abstract]Describes the design of a smart parking system based on NB-IOT to solve the current problems of difficult parking and high parking demand. ， The hardware uses the high-performance chip STM32F302RC as the MCU， which is composed of a geomagnetic module information acquisition module， an NB-IOT data processing module， a low-power power supply module and a communication module. The software part consists of the development of the underlying driver program， the software processing of sampling data， the software analysis and processing of parking space data， the design of the main program of the intelligent parking system and the data transmission software processing of the upper computer to realize the intelligent parking lot.

[Keywords]NB-IOT; MCU; data processing; smart parking

1 概述

隨著人民生活質(zhì)量的不斷提高，汽車(chē)幾乎已成為每個(gè)家庭的必需品。傳統(tǒng)的停車(chē)場(chǎng)存在找停車(chē)位難、找車(chē)更難和收費(fèi)不清晰等問(wèn)題。為解決這個(gè)問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外涌現(xiàn)了很多無(wú)線智能停車(chē)系統(tǒng)，但存在覆蓋范圍差、信號(hào)干擾性強(qiáng)、成本高和功耗大等缺點(diǎn)。

基于NB-IoT（窄帶物聯(lián)網(wǎng)）的智慧停車(chē)系統(tǒng)，以高性能的芯片STM32F302RC作為MCU，采用NB-IoT技術(shù)的車(chē)輛檢測(cè)器直接將信息上報(bào)給運(yùn)營(yíng)商無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)上位機(jī)或手機(jī)進(jìn)行停車(chē)場(chǎng)信息傳送。NB-IoT為當(dāng)下流行的物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程通信模塊，能通過(guò)多種協(xié)議，如UDP、TCP/IP、http、LWM2M協(xié)議與計(jì)算機(jī)收發(fā)信息，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，都能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，具有覆蓋廣、連接多、成本低和低功耗的優(yōu)點(diǎn)，適用于智能停車(chē)，智能抄表、智能監(jiān)控、物流跟蹤、智慧農(nóng)業(yè)等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域。

本智慧停車(chē)系統(tǒng)硬件部分由地磁模塊信息的采集模塊、NB-IoT數(shù)據(jù)處理模塊、低功耗供電模塊和通信模塊組成。軟件部分由底層驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)、采樣數(shù)據(jù)的軟件處理、停車(chē)位數(shù)據(jù)的軟件分析和處理、智能停車(chē)系統(tǒng)的主程序的設(shè)計(jì)和上位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸軟件處理等實(shí)現(xiàn)智慧停車(chē)系統(tǒng)。

2 硬件設(shè)計(jì)

基于NB-IoT的智慧停車(chē)系統(tǒng)是通過(guò)MCU平臺(tái)上的嵌入式監(jiān)控軟件，能夠初始化NB-IoT模塊，檢測(cè)車(chē)位的相關(guān)信息和模塊本身的電池電量值等，并通過(guò)NB-IoT網(wǎng)絡(luò)傳送到服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)位信息的監(jiān)測(cè)并上傳到服務(wù)器。前端把收集到的大量數(shù)據(jù)，處理并通過(guò)友好的界面推送給用戶，如圖1所示。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一套基于低功耗MCU的車(chē)位信息監(jiān)測(cè)終端。硬件原理如圖2所示。

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件工作流程：模塊上電，初始化MCU，初始化NB-IoT模塊，檢測(cè)車(chē)位信息，檢測(cè)電池電壓，把模塊ID、電池電壓狀態(tài)打包，通過(guò)NB網(wǎng)絡(luò)上報(bào)給服務(wù)器，等待服務(wù)器回應(yīng)（若服務(wù)器沒(méi)回應(yīng)超時(shí)，再上報(bào)數(shù)據(jù)，超時(shí)上報(bào)3次，不再上報(bào)），設(shè)置NB-IoT模塊為省電模式，關(guān)斷檢波電源，MCU進(jìn)入休眠，等待超時(shí)喚醒，喚醒后重復(fù)上述流程。工作流程如圖3所示。

3.1 MCU初始化

為了使工作頻率和通信波特率更精準(zhǔn)，MCU使用外部晶體。MCU使能內(nèi)部ADC模塊，初始化UART用作NB-IoT模塊的通信。初始化定時(shí)器用作系統(tǒng)計(jì)時(shí)。

3.2 NB-IoT模塊初始化

初始化NB模塊，模塊注冊(cè)上網(wǎng)絡(luò)，處于接收發(fā)送狀態(tài)。

3.3 數(shù)據(jù)處理

初始化UART模塊，切換接口為PC機(jī)與MCU通信，正常情況下，UART是負(fù)責(zé)MCU和NB-IoT通信。制定PC機(jī)和MCU的通信協(xié)議。

（1）可實(shí)時(shí)查詢車(chē)位的信息。

（2）可實(shí)時(shí)上報(bào)車(chē)輛的停車(chē)時(shí)長(zhǎng)。

3.4 車(chē)位信息檢測(cè)

（1）車(chē)位信息信號(hào)通過(guò)濾波器、檢波管、檢測(cè)切換開(kāi)關(guān)和MCU的ADC采樣。

（2）采樣值獲取，如圖4所示，每采樣一次持續(xù)100 ms，共采樣200次，去掉最大的2個(gè)點(diǎn)和得到次最大的8個(gè)值再取平均值。

（3）采樣值通過(guò)篩選和處理，傳送給MCU。

3.5 電池電壓檢測(cè)

（1）通過(guò)電池電壓檢測(cè)端口，AD采樣。

（2）采樣值獲?。好扛?00 ms采樣一次，共采樣10次，去掉最大和最小值再取平均值。

（3）采樣值與電池低電壓門(mén)限比較，低于門(mén)限則產(chǎn)生電池電壓低告警狀態(tài)1，大于等于門(mén)限值則為正常狀態(tài)0。

3.6 數(shù)據(jù)傳輸

如圖5所示，基于APP或微信小程序呈現(xiàn)給用戶，采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。車(chē)位檢測(cè)終端喚醒后發(fā)信息給應(yīng)用平臺(tái)，平臺(tái)收到發(fā)應(yīng)答標(biāo)志（ACK）給終端。終端得知平臺(tái)收到握手信號(hào)以后，則把最新的車(chē)位數(shù)據(jù)上報(bào)給平臺(tái)。平臺(tái)回ACK標(biāo)志表示收到。如果有固件更新流程，則進(jìn)入固件更新流程，如果沒(méi)有固件更新流程，則終端進(jìn)入休眠模式。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用先進(jìn)的地磁設(shè)備，通過(guò)自主軟件算法可準(zhǔn)確確定停車(chē)位是否空或占用，基于NB-IoT的數(shù)據(jù)收發(fā)進(jìn)行嚴(yán)格的錯(cuò)報(bào)判斷，確保沒(méi)有丟失，安裝和維護(hù)方便，實(shí)時(shí)監(jiān)控，高效泊車(chē)，有效優(yōu)化停車(chē)場(chǎng)資源。

參考文獻(xiàn)

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基金項(xiàng)目：廣州市科學(xué)技術(shù)局2020年市基礎(chǔ)研究計(jì)劃基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究專題一般項(xiàng)目（202002030476）;教育部科技發(fā)展中心高校產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新基金一新一代信息技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目（2019J02001）。