蘇建志,王鋒,李嘉煌
(泉州師范學(xué)院 物理與信息工程學(xué)院,福建 泉州 362000)
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及城市汽車保有量的不斷提升,城市泊車位置供需矛盾突出.停車場(chǎng)管理過(guò)程中問(wèn)題不斷顯現(xiàn),停車難題進(jìn)一步加劇.城市現(xiàn)有的停車場(chǎng)需要人工輔助管理,自動(dòng)化程度不高,智慧化程度水平不夠,停車場(chǎng)之間無(wú)法互通互聯(lián)而實(shí)現(xiàn)資源共享.一方面車主難以找到合適的停車位停車,另外一方面停車場(chǎng)難以高效地給車主提供車位信息.停車場(chǎng)管理效率低下.當(dāng)前,各種技術(shù)廣泛應(yīng)用于停車場(chǎng)中[1-2],有基于NB-IoT技術(shù)和J2EE技術(shù)的停車檢測(cè)系統(tǒng)[3-5],有基于Android平臺(tái)和C#軟件等技術(shù)的停車場(chǎng)控制系統(tǒng)[6-10],有基于機(jī)器視覺(jué)和PLD的停車場(chǎng)引導(dǎo)系統(tǒng)[11-12],有基于物聯(lián)網(wǎng)的停車場(chǎng)道閘控制系統(tǒng)[13-15].這些控制系統(tǒng)具有一定局限性,首先系統(tǒng)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜、開(kāi)發(fā)周期較長(zhǎng)、成本較高,另外無(wú)法對(duì)停車場(chǎng)的停車數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的分析和二次開(kāi)發(fā)利用,客戶端交互性能差,無(wú)法滿足移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的用戶需求;因此有必要開(kāi)發(fā)一款基于5G網(wǎng)絡(luò)云平臺(tái)的智慧停車控制與管理系統(tǒng).
5G網(wǎng)絡(luò)即第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò),數(shù)據(jù)傳輸速率比4G快100倍,最高可達(dá)10 Gbit/s,使遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程無(wú)人值守智慧停車場(chǎng)等各種遠(yuǎn)程裝備普及成為可能.通過(guò)對(duì)車牌抓拍識(shí)別系統(tǒng)的有效利用和智能車牌識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì),基于5G網(wǎng)絡(luò)的無(wú)人值守智慧停車場(chǎng)能夠快速識(shí)別車牌,高速交互停車場(chǎng)控制信息,實(shí)現(xiàn)車場(chǎng)道閘控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和高速化,能夠遠(yuǎn)程控制無(wú)人值守停車場(chǎng);并在大數(shù)據(jù)支持下,實(shí)現(xiàn)對(duì)城市智慧交通、智慧無(wú)人值守停車場(chǎng)等方面的升級(jí)改造.
本研究通過(guò)基于5G網(wǎng)絡(luò)的高清攝像頭車牌抓拍識(shí)別系統(tǒng)、基于微信小程序的停車場(chǎng)管理系統(tǒng)、基于5G網(wǎng)絡(luò)的道閘控制系統(tǒng)以及顯示系統(tǒng)、基于阿里云服務(wù)器軟件系統(tǒng)組成一套完整的基于5G網(wǎng)絡(luò)的智慧無(wú)人值守停車場(chǎng)控制系統(tǒng).該系統(tǒng)包括用戶遠(yuǎn)程預(yù)約車位、遠(yuǎn)程無(wú)人值守出入閘控制系統(tǒng),基于5G網(wǎng)絡(luò)的攝像頭車牌抓拍識(shí)別系統(tǒng),二維碼識(shí)別支付系統(tǒng)等.
基于5G網(wǎng)絡(luò)的智慧無(wú)人值守停車場(chǎng)控制系統(tǒng)不僅能夠通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)來(lái)收集無(wú)人值守停車場(chǎng)的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行環(huán)境,而且能夠通過(guò)基于阿里云停車管理系統(tǒng)遠(yuǎn)程管理無(wú)人值守停車場(chǎng),通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)傳送各種控制命令給高清網(wǎng)絡(luò)攝像頭進(jìn)行車輛信息抓拍識(shí)別,根據(jù)抓拍識(shí)別的車牌號(hào),發(fā)送控制命令給基于5G網(wǎng)絡(luò)的道閘控制系統(tǒng),有效控制車輛進(jìn)入無(wú)人值守停車場(chǎng).另外,各個(gè)停車場(chǎng)之間能夠互聯(lián)互通,停車位資源共享,停車場(chǎng)協(xié)調(diào)控制,提升城市智慧交通和解決停車難題.基于5G網(wǎng)絡(luò)的智慧無(wú)人值守停車場(chǎng)控制系統(tǒng)框架圖如圖1所示.
圖1 基于5G網(wǎng)絡(luò)的智慧無(wú)人值守停車場(chǎng)系統(tǒng)框架圖Fig.1 Diagram of smart unattended parking system based on 5G network
基于阿里云的智慧無(wú)人值守停車場(chǎng)管理系統(tǒng)主要由無(wú)人值守計(jì)費(fèi)管理系統(tǒng)、車輛車牌信息登記系統(tǒng)、應(yīng)急通道管理系統(tǒng)、信息顯示控制系統(tǒng)等組成.
當(dāng)車輛進(jìn)入停車場(chǎng)時(shí),首先通過(guò)入口高清攝像頭抓拍車輛信息,然后傳送到車輛車牌信息識(shí)別系統(tǒng),經(jīng)過(guò)識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別把車牌信息傳送到阿里云停車管理系統(tǒng)進(jìn)行車牌登記,導(dǎo)入阿里云車牌信息數(shù)據(jù)庫(kù).阿里云服務(wù)器把車牌等信息發(fā)給基于微信小程序的客戶端管理系統(tǒng),同時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將開(kāi)閘命令傳送給道閘控制系統(tǒng),道閘控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)抬桿開(kāi)閘.當(dāng)抬桿到位后停止開(kāi)閘,此時(shí)桿豎立起來(lái),電機(jī)停止工作.當(dāng)車輛駛?cè)胪\噲?chǎng)過(guò)程中,地感線圈感應(yīng)到車輛駛?cè)耄l(fā)送防砸指令給道閘控制系統(tǒng),道閘控制系統(tǒng)停止電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng).當(dāng)車輛完全駛?cè)胪\噲?chǎng),地感線圈發(fā)送降桿命令給道閘控制系統(tǒng),道閘控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)降桿,無(wú)人值守停車場(chǎng)實(shí)現(xiàn)車輛自動(dòng)識(shí)別,道閘控系統(tǒng)自動(dòng)開(kāi)關(guān)閘.
當(dāng)車輛駛離停車場(chǎng)時(shí),首先通過(guò)出口高清攝像頭抓拍車輛信息,然后傳送到車輛車牌信息識(shí)別系統(tǒng),
圖2 智慧無(wú)人值守停車管理系統(tǒng)框架圖Fig.2 Diagram of smart unattended parking management system
經(jīng)過(guò)識(shí)別把車牌信息傳送到阿里云停車管理系統(tǒng),基于阿里云的無(wú)人值守收費(fèi)系統(tǒng)按照收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì).當(dāng)駕駛者通過(guò)二維碼掃描付款時(shí)候,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)把停車時(shí)長(zhǎng)以及付款金額發(fā)送到駕駛者手機(jī)上.當(dāng)收到車主付款完畢后,發(fā)送已付款信息到微信小程序客戶端管理系統(tǒng),同時(shí)發(fā)送開(kāi)閘命令給道閘控制系統(tǒng),道閘控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)抬桿開(kāi)閘.當(dāng)抬桿到位后停止開(kāi)閘,桿豎立起來(lái),電機(jī)停止工作.當(dāng)車輛駛離停車場(chǎng)過(guò)程中,地感線圈感應(yīng)到車輛駛離,發(fā)送防砸指令給道閘控制系統(tǒng).當(dāng)車輛完全駛離停車場(chǎng),地感線圈發(fā)送降桿命令給道閘控制系統(tǒng),道閘控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)降桿,無(wú)人值守停車場(chǎng)實(shí)現(xiàn)車輛自動(dòng)繳費(fèi),道閘控系統(tǒng)自動(dòng)開(kāi)關(guān)閘.基于阿里云的智慧無(wú)人值守停車管理系統(tǒng)框架如圖2所示.
道閘控制系統(tǒng)主要控制道閘電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)車輛進(jìn)出控制.當(dāng)阿里云停車管理系統(tǒng)發(fā)送開(kāi)閘控制命令,基于單片機(jī)的網(wǎng)絡(luò)模塊W5500收到道閘控制命令后,驅(qū)動(dòng)道閘電機(jī)正轉(zhuǎn),閘門通過(guò)電機(jī)抬桿.當(dāng)抬桿到位時(shí),電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng),若車輛駛出車場(chǎng),地感線圈會(huì)感應(yīng)車輛通過(guò),地感線圈輸出高電平給單片機(jī)輸入口.此時(shí)單片機(jī)得到通知電機(jī)繼續(xù)保持停止,防止閘機(jī)放桿砸到車輛.當(dāng)車輛完全駛離車場(chǎng),地感線圈輸出低電平給單片機(jī)輸入口,此時(shí)單片機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)反轉(zhuǎn),及時(shí)降落道閘桿,防止車場(chǎng)其他車輛逃離車場(chǎng).當(dāng)?shù)篱l降落桿到位時(shí),通過(guò)W5500網(wǎng)絡(luò)模塊發(fā)送道閘到位狀態(tài)給基于云端停車管理系統(tǒng).
另外,當(dāng)停車場(chǎng)的網(wǎng)絡(luò)故障無(wú)法修復(fù)而車輛需要緊急駛出停車場(chǎng)時(shí),只要客人通過(guò)二維碼掃描支付完畢,系統(tǒng)將發(fā)送緊急密碼到客人的手機(jī)端.當(dāng)客人通過(guò)密碼鍵盤輸入正確密碼時(shí),單片機(jī)接收到正確密碼后,直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)開(kāi)閘抬桿,讓車輛順利離開(kāi)車場(chǎng).道閘控制系統(tǒng)的框架圖如圖3所示.
圖3 道閘控制系統(tǒng)框架圖Fig.3 Diagram of barrier control system
基于5G網(wǎng)絡(luò)的數(shù)控控制系統(tǒng)主要由五個(gè)部分組成:電源管理模塊、W5500網(wǎng)絡(luò)接口模塊、電機(jī)控制模塊、密碼鍵盤模塊、LED顯示模塊.電源管理模塊主要對(duì)智慧無(wú)人值守停車場(chǎng)的攝像頭、道閘控制系統(tǒng)、顯示器提供電源.從220 V的交流電源經(jīng)過(guò)整流提供12 V直流電,提供給道閘控制系統(tǒng)以及顯示系統(tǒng);然后12 V電源經(jīng)過(guò)LM2596提供穩(wěn)定的5 V電源,在經(jīng)過(guò)AMS1117電壓調(diào)節(jié)電路輸出3.3 V電源,提供給STM單片機(jī)系統(tǒng).W5500網(wǎng)絡(luò)接口模塊負(fù)責(zé)接收來(lái)自基于云端的停車管理系統(tǒng)的命令以及數(shù)據(jù).當(dāng)云端停車管理系統(tǒng)收到來(lái)自網(wǎng)絡(luò)攝像頭的圖像信號(hào),經(jīng)過(guò)解析和提取車牌,然后發(fā)送進(jìn)出場(chǎng)時(shí)間以及車牌號(hào)、收費(fèi)情況、道閘控制命令給基于W5500網(wǎng)絡(luò)接口模塊.當(dāng)網(wǎng)絡(luò)接口模塊接收到數(shù)據(jù)以及命令后,通過(guò)SPI總線把數(shù)據(jù)發(fā)送給基于STM單片的嵌入式控制道閘系統(tǒng),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)道閘系統(tǒng)的控制以及LED屏的顯示.W5500的網(wǎng)絡(luò)接口模塊如圖4所示.
圖4 基于W5500的網(wǎng)絡(luò)接口模塊原理圖Fig.4 Schematic diagram of network interface based on chipset W5500
電機(jī)控制模塊主要負(fù)責(zé)電機(jī)的正反轉(zhuǎn),通過(guò)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)道閘控制系統(tǒng)的起落桿.STM單片機(jī)接收到來(lái)W5500網(wǎng)絡(luò)接口模塊的抬桿或降桿命令時(shí),發(fā)送相應(yīng)的控制電平驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的繼電器,通過(guò)繼電器開(kāi)控制道閘系統(tǒng)的起落桿.同時(shí)STM單片機(jī)通過(guò)中斷來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地感線圈發(fā)送過(guò)來(lái)的控制信號(hào).當(dāng)有車輛在地感線上,地感線圈檢測(cè)系統(tǒng)將發(fā)出高電平給STM單片機(jī),STM單片機(jī)發(fā)送防砸信號(hào)給道閘控制系統(tǒng),以保證道閘控制系統(tǒng)不會(huì)砸壞車輛.電機(jī)控制模塊原理圖如圖5所示.
圖5 電機(jī)控制模塊原理圖Fig.5 Schematic diagram of motor control module
基于無(wú)人值守的停車場(chǎng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行與控制,當(dāng)無(wú)人值守停車場(chǎng)因?yàn)椴豢煽沽υ虺霈F(xiàn)無(wú)網(wǎng)絡(luò)時(shí),客人通過(guò)掃描二維碼付款后,基于云端的停車管理系統(tǒng)如果無(wú)法通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送命令給停車場(chǎng)時(shí),同時(shí)發(fā)送密碼到客人的手機(jī)上.客人通過(guò)密碼鍵盤輸入密碼,當(dāng)STM單片機(jī)接收到密碼后,會(huì)和本地的密碼庫(kù)來(lái)比對(duì).如果密碼輸入正確,直接控制道閘控制系統(tǒng),讓車輛駛離停車場(chǎng).當(dāng)車輛駛離后,自動(dòng)降落桿,實(shí)現(xiàn)停車場(chǎng)的出入控制.
當(dāng)車輛駛?cè)胪\噲?chǎng)入口時(shí),基于5G網(wǎng)絡(luò)的高清攝像頭自動(dòng)抓拍車輛視頻圖像信息,對(duì)獲取的每一幀圖像,利用智能高效視頻檢測(cè)技術(shù)對(duì)車牌進(jìn)行定位和跟蹤,從中自動(dòng)提取車牌圖像.把抓拍到的車輛信息圖片發(fā)送到百度AI車牌自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行車牌識(shí)別.同時(shí),將把抓拍的車輛信息圖片經(jīng)過(guò)圖像預(yù)處理,截取和定位車牌圖像,然后經(jīng)過(guò)車牌精準(zhǔn)定位、字符分割和字符識(shí)別,解析車牌信息,得到車牌顏色和車牌號(hào)碼.最后,將百度AI車牌自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別到的車牌號(hào)碼和本地識(shí)別到的車牌號(hào)碼進(jìn)行智能比對(duì)和判斷,得到最終的車牌號(hào)碼,并將車牌號(hào)碼通過(guò)基于5G網(wǎng)絡(luò)的攝像頭發(fā)送到基于云端的停車場(chǎng)管理系統(tǒng)中.車牌抓拍識(shí)別系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程如圖6所示.
基于網(wǎng)絡(luò)的高清攝像頭抓拍車牌,通過(guò)TCP/IP協(xié)議發(fā)送車牌信息到停車場(chǎng)管理系統(tǒng).停車場(chǎng)管理系統(tǒng)根據(jù)IP地址判斷屬于哪個(gè)停車場(chǎng),再將對(duì)應(yīng)的車牌信息與系統(tǒng)的車牌信息庫(kù)進(jìn)行比對(duì).如果車牌號(hào)碼不在黑名單中,通過(guò)TCP/IP發(fā)送車牌管理信息給道閘控制系統(tǒng),道閘控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)基于串口485的顯示屏,顯示相關(guān)的車牌信息、入場(chǎng)時(shí)間以及車輛類型.同時(shí),發(fā)送開(kāi)閘命令給道閘控制系統(tǒng),驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行抬桿動(dòng)作,順利開(kāi)閘,方便車輛進(jìn)入停車場(chǎng)泊車.
當(dāng)車輛要離開(kāi)停車場(chǎng)時(shí),出口處的高清攝像頭抓拍車牌信息.當(dāng)客戶掃描二維碼時(shí),通過(guò)云端軟件系統(tǒng)計(jì)算該車牌的停車時(shí)間、停車費(fèi)用,將車牌信息以及停車時(shí)間、停車費(fèi)用發(fā)送到客戶手機(jī)上.客戶點(diǎn)擊支付后,基于云端的停車管理收費(fèi)系統(tǒng)軟件收到支付完畢通知,發(fā)送開(kāi)閘命令給道閘控制系統(tǒng),驅(qū)動(dòng)電機(jī)開(kāi)閘,車輛駛出停車場(chǎng).車輛駛出停車場(chǎng)軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖7所示.
圖6 基于5G網(wǎng)絡(luò)的車牌抓拍識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖 圖7 車輛離開(kāi)停車場(chǎng)軟件控制流程圖Fig.6 Flow chart of license plate number car leave from parking place Fig.7 Flow chart of software control when differentiation system based on 5G network
基于W5500道閘控制系統(tǒng)主要通過(guò)W5500芯片接收來(lái)自云端停車管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和命令.當(dāng)W5500通過(guò)TCP/IP協(xié)議接收來(lái)自云端的數(shù)據(jù)包后,通過(guò)解析數(shù)據(jù)包分離出數(shù)據(jù)和命令,再通過(guò)SPI總線發(fā)送命令基于STM單片機(jī)的道閘控制系統(tǒng),驅(qū)動(dòng)MAX3485芯片發(fā)送數(shù)據(jù)到基于串口485的顯示屏,從而實(shí)現(xiàn)道閘控制系統(tǒng)的起落桿以及出入車牌號(hào)、停車時(shí)間、收費(fèi)情況等的顯示和播報(bào).
當(dāng)客戶要駛離停車場(chǎng),若停車場(chǎng)沒(méi)有網(wǎng)絡(luò),停車場(chǎng)無(wú)法通過(guò)攝像頭抓拍車牌號(hào).此時(shí),客戶掃描二維碼,輸入車牌號(hào),基于云端的停車系統(tǒng)軟件自動(dòng)計(jì)算停車時(shí)間和需要繳費(fèi)的金額,再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)直接發(fā)送到客戶手機(jī),客人支付完畢后,系統(tǒng)再發(fā)送一個(gè)密碼到客戶手機(jī),此時(shí)客戶通過(guò)密碼鍵盤輸入密碼.驗(yàn)證輸入密碼后,基于STM的單片機(jī)會(huì)根據(jù)本地的密碼來(lái)解鎖,直接控制道閘控制系統(tǒng)的電機(jī),從而實(shí)現(xiàn)道閘控制系統(tǒng)的起落桿控制.
基于網(wǎng)絡(luò)的智慧無(wú)人值守停車場(chǎng)系統(tǒng)軟件主要由系統(tǒng)初始化、TCP/IP協(xié)議棧、道閘控制系統(tǒng)軟件、LED屏顯示、密碼鍵盤五大部分組成,整個(gè)系統(tǒng)的主程序如下:
void initMain(void){
SYS_init(); //系統(tǒng)時(shí)鐘初始化
init_Display(); //顯示初始化
drawInitUI();
RTC_Config();
init_W5500();
updateSysinitProgress(65);
if(SYS_CONFIG.dhcp){//
init_dhcp_men();
init_dhcp_client();
try_times=0;
while(check_DHCP_state(SOCK_DHCP)!=DHCP_RET_UPDATE){
try_times++;
OLED_ShowNum(80,6,try_times,3,16);
if(try_times==255){
reboot();
}
delay_ms(10);
}
memcpy(SYS_CONFIG.lip,DHCP_GET.lip,4);
memcpy(SYS_CONFIG.sub,DHCP_GET.sub,4);
memcpy(SYS_CONFIG.gw,DHCP_GET.gw,4);
updateSysinitProgress(86);
}
try_times=0;
while(!set_Network()){
try_times++;if(try_times==255){//
reboot();
}
delay_ms(20);
}
drawMain();
}
int main (void){//
initMain();
while(1){
updateWWDGtime();//
do_tcps();//
do_https();
dealData();
dealHandler();//
if(reboot_tag)reboot();
delay_ms(10);
if(R_buf_index!=0){
if(R_buf_index!=R_index_temp)cnt=0;
else cnt++;
R_index_temp=R_buf_index;
if(cnt>2){//
if(R_buf[1]=='I'&&R_buf[6]=='A'){
pwindex=(R_buf[3]-'0')*10+R_buf[4]-'0';
updatePwIndex(pwindex);
for(i=0;i<10;i++){
adminpw[i]=R_buf[8+i];
}
updateAdminPw(adminpw);
}
if(R_buf[1]=='P'&&R_buf[3]=='N'){
openDaoZha();
}
clear_R_buf();
}
}
}
}
設(shè)計(jì)基于5G網(wǎng)絡(luò)智慧無(wú)人值守停車場(chǎng)控制系統(tǒng),將停車場(chǎng)的高清攝像頭、出入道閘控制系統(tǒng)等設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化,通過(guò)基于云端的智慧無(wú)人值守停車場(chǎng)管理系統(tǒng)有效管理停車場(chǎng)的車輛進(jìn)出,實(shí)現(xiàn)停車場(chǎng)的無(wú)人化管理.該系統(tǒng)可節(jié)省大量人力,提高生產(chǎn)效率,產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益.