低功耗手機室內定位的智能化車庫系統設計

顧妙松　楊揚　梁子航　王家興　馬唯倫　白冰

摘 要：為滿足日益增長的停車需求，大型停車場不斷涌現，從而給車主入庫泊車和回庫取車帶來不便，故旨在提高停車場運行效率的智能車庫系統也將隨之發展。該文針對我國對智能化車庫的強烈需求和現有智能車庫系統的一些弊端，提出了一種低功耗車位占用檢測技術，利用Zigbee通信方式并與手機室內定位技術相結合設計了一套功能強大成本低廉維護簡單的新型智能化車庫系統。

關鍵詞：智能車庫 車位占用檢測 室內定位 Zigbee通信

中圖分類號：F416.6 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）06（b）-0070-01

近年來，我國汽車保有量急劇增長。為了滿足日益增長的停車需求，大型、超大型停車場不斷涌現，而停車場規模的增大的同時，傳統停車場管理系統的不足也日漸凸顯。車主在偌大的車場中很難方便找到車位，既耽誤時間又增加油耗和尾氣排放量，降低了停車效率。因此，如何對現有的停車場管理系統進行智能化改造，已經成為停車場建設中的當務之急。

如今的智能車庫系統的核心——車位占用信息采集已有很多的實現方案了，但是每一種方案都有各自明顯的缺陷。早在20世紀60年代人們就開始采用地感線圈作為車位檢測器，這種技術易造成環境污染，施工條件惡劣、施工量大，接線比較復雜，使用不便，還易受到外界環境的干擾。隨后利用光敏電阻檢測技術應運而生，其通過光敏電阻模塊設定某個光照閾值，并與任意時刻亮度比較輸出高低電平的檢測方法對光線敏感，容易受到車燈等因素的干擾，還因車庫內的結構需要單獨調節每個車位的閾值，測量不準確。后續的基于超聲波的檢測方案，能耗相對較大，電源設計也存在諸多困難。[3]人們在科學探索的同時卻忽略了為司機提供更加便捷高效的服務才是系統的最終目的，而這正是當前的智能車庫的短板。

其中，車位占用傳感器，用于檢測其所管轄范圍內車位的占用情況。Zigbee模塊將所采集到的信息無線發送到用于信息匯總和加工的中控微型計算機。匯總信息的微機收集到信息后，可以根據不同的工作模式，對數據進行不同的加工，再通過zigbee發送給分布在車庫各個關鍵路段的藍牙發射器。藍牙發射器一方面可用來向各個終端發送車庫實時信息，另一方面也具有一定的室內定位能力故而在下文中，我們也稱其為藍牙信標。手機接收到藍牙信標的信息后，就可以結合手機上的客戶端，實現系統功能。

1 新型車位占用檢測技術

空余車位檢測是我們的智能車庫的基本功能，以此為基礎才能確定車庫中空余車位的分布情況。為了對車庫內的每個車位占用情況實現實時檢測，同時又盡可能降低成本和能耗，我們設計了新型的車位占用檢測裝置。其中最便捷可靠的方案還是機械型的檢測方法，因為該方案不需要對每個車位的檢測設備提供電源。而為了簡化接線，可以設計一個由機械開關和電阻搭建的8進制端口電路。每一個機械開關的開閉狀態對應了一個或多個車位的占用狀態，而通過合理設計，可以將端口內的所有車位的占用情況通過該電路的輸入電阻值來反映。這樣，通過模數轉換，我們就可以將電阻值還原為車位占用信息了。

2 機械新型車位檢測開關

為了使車位占用狀態對應于開關的開合狀態，我們特殊設計所需開關。

當車輛駛入車位時，車前輪就會推動機械開關向前旋轉，從而實現電路的開合。為了使車輪不至于碾壓過開關，在開關正面加裝了兩個滾軸。為了提高車位檢測的可靠性，在車位兩側都加裝機械開關。只有當兩個開關同時閉合時，才能實現車位所在支路的導通。

機械開關外側的漿部，一般要求足夠長，其轉軸所在的端部，要求有較高的機械強度。而彈簧應選易于形變的輕彈簧。從而使得車輪較小的推力就可以使其旋轉。這套裝置有別于傳統的車位占用檢測技術，在具有高度可靠性的前提下又具有成本低、能耗少、安裝簡單的特點。此外，在實際應用中，并沒有必要對每個車位是否占用，進行精確的檢測。司機離空車位很近時，就可以通過肉眼駛入空車位了。為了避免“精度過高”帶來的浪費，我們可以把相鄰的四個車位上的開關串聯，從而將這四個車位變為一個“廣義車位”，這樣電阻網絡檢測時，就可以監測出這四個車位是否占滿，也就是“一對多”的檢測。從而使得我們的一個裝置可以管轄32個車位，其低成本低功耗的優勢就更加明顯了。

3 藍牙信標

當車輛入庫時，司機開啟客戶端的，手機就可以直接與周邊的藍牙信標通信，從而確定當前位置。為了應對不同的工況，我們為藍牙信標設計了3種不同的工作模式：

終端（一般為手機）中有客戶端且客戶端中已經下載了車庫地圖數據

終端中有客戶端且客戶端中還沒有下載車庫地圖數據

終端中沒有客戶端，只有一個具備藍牙通信功能的手機。

先判斷發送對接請求的終端，是否具有客戶端。如果有再判斷其是否已有當前車庫的地圖數據。如果有地圖，就直接發送此時車庫內的車位分布信息；如果沒有地圖，就先向設備發送地圖數據。如果沒有客戶端，就直接向設備發送圖片格式的車庫實時地圖。此時，客戶端就會結合主機發布的車位占用信息，通過Dijkstra算法，算出最適宜的路徑，顯示在手機中，同時在岔路口自動發出語音導引，十分人性化的將司機帶入最近的空車位。同時系統會記錄車主的停車位置。而當車主回到車庫取車時，客戶端就可以根據車主當前位置和停車的位置，計算出最便捷的路徑。車主根據客戶端的提示，就可以快捷地找到泊車了。

4 Zigbee通信

這套系統中選取了Zigbee通信方式，它是一組技術標準，主要關于安全、組網和應用軟件等，以IEEE802.15.4標準為底層建立。我們利用Zigbee通信方式來實現車位占用檢測單元與中控微機的通信和各個藍牙信標與中控微機的通信。前者是為了將各個車位檢測單元檢測到的車位占用信息匯總到中控微機，后者是為了實現不同工作模式下藍牙發射器能發布對應的信息。因為不同的工作模式，需要中控微機對信息做一些不同的處理，故而藍牙與微機間的通信也是十分重要的。

5 結語

該文針對我國對智能化車庫的強烈需求，提出了一種低功耗車位占用檢測技術，并由該技術與手機應用相結合設計了一套功能強大成本低廉維護簡單的新型智能化車庫系統。創造性的利用機械開關與電阻網絡實現了大范圍低功耗的車位占用檢測，并通過藍牙信標定位技術結合智能手機實現了車輛入庫導航、車主回庫取車指引、停車費手機支付等多項實用功能。在模型實驗中，也取得了較好的效果。

總之，這個基于低功耗車位檢測技術的新型智能車庫的研究與設計取得了很多現有車庫所不及的突破，對于未來智能車庫的設計研究有很好的參考意義。

參考文獻

[1] 李超.室內停車場智能指引系統設計[D].北方工業大學，2012.

[2] 鄧應偉.車場智能管理系統[D].湖南大學，2006.

[3] 周兆豐.基于ZigBee網絡的智能停車場系統中低頻喚醒技術的研究[D].華中師范大學，2007.endprint