物聯網智能停車場系統的設計與實現

華北科技學院電子與信息工程學院 郭 昉 段佳勇

物聯網智能停車場系統的設計與實現

華北科技學院電子與信息工程學院 郭 昉 段佳勇

設計了物聯網智能停車場系統，系統主要由Internet網絡設備、上位機、ZigBee 網絡協調器、ZigBee 控制與采集節點四個部分組成，軟件部分包括PC 上位機軟件程序的設計和ZigBee 網絡的協調器和各功能節點的軟件設計。系統還設計了基于 ASP．NET技術的動態網頁，具備遠程控制和查詢功能。

物聯網；智能停車場；硬件設計；軟件實現

1.引言

近年來，物聯網成為全球關注的熱點領域，我國在制定“十二五”規劃時更是將物聯網納入“十二五”專題規劃。在國內，物聯網主要應用于智能家居系統的構建，煤礦監測系統的實現等[1-3]。在物聯網中，又以無線傳感器網絡的應用最為廣泛，而Zigbee技術則是無線傳感網絡的熱門技術。Zigbee技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的無線網絡技術[4]。目前，zigbee技術成為了無線傳感器網絡通信方式的首選。

與此同時，基于物聯網、無線傳感網和Zigbee技術的智能停車場的設計也較多[5-6]，但大多數停車場都著眼于實現智能停車入庫，車輛引導等功能，遠程操控及預定功能較少，本文設計的智能停車場系統以ZigBee通信技術為基礎，較好地實現遠程操控和了解停車位詳細情況等問題。給出了系統總體設計方案，詳細介紹了系統的軟件和硬件設計方法。

2.停車場系統的設計

2.1 系統硬件設計

停車場系統的硬件部分主要由電腦上位機、協調器和節點電路板、無線網絡設備和傳感器組成。電路的組成原理框圖如圖1所示。

圖1 停車場系統原理框圖

2.2 系統軟件設計

智能停車場系統的軟件部分包括網絡，電腦上位機，zigbee協調器和zigbee節點。

下面主要介紹終端節點探測停車位是否有車這個過程是如何實現的。

首先需要設置的是設備的IO口，將其設置到電平監測狀態，這個過程可以通過配置單片機CC2530的I的SEL和DIR寄存器來實現。之后通過不斷地監測由停車位上的紅外傳感器發來的數據電平來判斷是否有車。在紅外傳感器上，高電平表示紅外線未被遮擋即無車，低電平表示紅外線受阻即有車。若有車輛?？吭谕＼囄簧?，則該停車位的紅外線會被車所阻擋，因此紅外傳感器便會由高電平變成低電平。單片機通過捕獲 IO口電平的跳變來檢測停車位的占用信息。之后，通過調用 AF_DataRequest 函數來將監測到的數據發送給協調器。終端節點的主要功能介紹完畢。

在電腦上位機中，系統使用了兩個分別名為“節點信息數組”和“控制信息數組”來存儲由zigbee節點收集的停車位信息和用戶通過網絡下達的控制信息。電腦上位機軟件用上述兩個數組來處理信息將會變得非常容易。

軟件具體流程圖如圖2所示。

圖2 系統軟件流程圖

3 智能停車場系統的實現

3.1 硬件連接

智能停車場綜合實訓平臺的實物圖如圖3所示。

圖3 智能停車場綜合實訓平臺實物圖

圖4 具體硬件連接圖的展示

硬件連接部分主要包含ZigBee節點，紅外線傳感器和繼電器之間的連接。ZigBee節點連接最主要的問題是共地電平和傳感器引腳的連接。具體連線如圖4（a）所示?？刂聘鱾€交流信號燈的繼電器連接方法如圖4（b）所示。我們給每個繼電器都做了標號，方便學生實驗過程中出故障時及時查找。此外，采用面包板制作零線排、5V、12V 電源排，方便繼電器、傳感器、指示燈的連線。

圖5 車位狀態結果顯示

由于該停車場內的信號指示燈是工作在 12 V電壓上的，因此對于所有的信號燈都采用單一的12 V直流穩壓電源來供電。繼電器作為信號指示燈的開關，受到單片機I/O口的控制，當單片機上與繼電器相連接的I/O引腳輸出高電平時，繼電器打開，信號指示燈和電源相連，正常工作；當單片機上與繼電器相連接的 I/O引腳輸出低電平時，繼電器關斷，信號指示燈和電源斷開。

3.2 車位狀態調試

當停車位沒有車并未被預定時，車位的綠燈亮，其余燈不亮。上位機相應部分顯示綠色顏色塊表示車位空閑， 用戶可以將車停入。當車位有車時，紅燈亮，其余燈不亮。上位機部分顯示紅色顏色塊。具體調試結果如圖5所示。

4.結束語

本文采用了無線傳輸ZigBee技術，綜合傳感器技術、數據庫、計算機網絡等技術，實現了基于物聯網的智能停車場系統。詳細介紹了系統的軟件和硬件具體實現方法。系統還設計了基于ASP.NET技術的動態網頁的設計，讓系統具備遠程控制和查詢功能。實踐證明系統工作穩定、可靠，具有一定的實用價值。

[1]馬建云,袁斌斌,趙彬,郝尊瑞．基于zigbee無線傳感器網絡的煤礦監控系統設計與實現[J]．測控技術,2012,31(8):83-86．

[2]鐘科,陳向東．基于物聯網的智能家居服務網關的設計[J]．通信技術,2012,45(248):65-67．

[3]胡向東,韓愷敏,許宏如．智能家居物聯網的安全性設計與驗證[J]．重慶郵電大學學報(自然科學版),26(2):171-176．

[4]葛廣英,葛菁,趙云龍．Zigbee原理、實踐及綜合應用[M]．清華大學出版社,2015,8．

[5] 李宏俠,物聯網技術在智慧園區停車場系統中的應用研究[D]．長安大學碩士學位論文,2013．

[6]王作成,擺玉龍,基于zigbee技術的智能車庫系統研究與實現[J]．測控技術,2013,32(1):69-71．

圖1 科普場館漫游

3．2．2 場館導航實現

系統中具有導航功能的方向指示箭頭、雷達、縮略圖和導航地圖等都是利用皮膚編輯器制作的。例如，利用Photoshop制作場館縮略圖，然后全景圖制作時在Pano2VR的皮膚編輯器中添加制作好的縮略圖，并在地圖中相應的場景中添加按鈕，實現與單視點場景的關聯。

4.實例展示

采用本文討論的方式生成了某科普場館的全景漫游系統。依據場景導航，用戶可實現交互式漫游，控制顯示方向和變換場景，并對感興趣的場景實現放大觀察。某科普場館系統漫游展示效果如圖1所示。

5.結語

基于全景圖的科普場館漫游系統不僅制作方法簡單、實用性強，而且系統沉浸感、交互性強，極大地豐富了用戶體驗，寓學于樂，更易為人們所接受，是青少年科技教育的一個極好課堂。

參考文獻

[1] 張春龍．360°全景漫游在數字博物館虛擬展示設計中的應用研究[D]．北京印刷學院,2012．

[2] 黃國政．基于Pano2VR的交互式校園全景漫游系統的研究[J]．軟件工程師,2015,18(1):17-18．

廊坊市科技支撐計劃項目（2016011015）“物聯網環境下復雜網絡演化模型研究與應用”；廊坊市科技支撐計劃項目（2016011050）“自適應無標度網絡的研究及其在物聯網環境下的應用”。