基于Zigbee無線傳感器網絡在地下智能停車場中的應用

（湖南信息學院電子信息學院 湖南 長沙 410151）

0.引言

近年來，人們生活水平的提高，使私家車數量呈現急劇增長趨勢，這也使停車難的問題正變得日益凸顯出來，同時，迫于城市交通壓力的不斷增大，停車位的日益緊缺，再加上我國城市土地資源的緊張，加快城市地下停車場的建設，也已成為城市規劃工作中的重要內容。不過，為了使地下停車場能夠更好的為車輛停放服務，需要確保地下停車場中應用一種智能化的服務管理系統，這樣才能使地下停車場實現對車輛的智能化管理，因此，在設計地下智能停車場時，需要通過無線網絡的構建來提高地下停車場的服務水平。而Zigbee技術的出現，則無疑為地下智能停車場的服務管理系統設計提供了可靠的技術支撐，因此，探討Zigbee無線傳感器網絡在地下智能停車場中的相關應用是十分必要的。

1.Zigbee無線傳感器網絡簡介

無線傳感器網絡的英文簡稱又被稱之為WSN，該網絡是通過在需要進行監測的區域中布置大量的微型傳感器，這些傳感器的成本較低，而且能夠對監測區域中的各種信息進行全面的采集，并利用無線通信的方式來實現這些信息數據的傳輸、共享與操作。可以說，無線傳感器網絡是一個具備多跳的自組織網絡，其功能在于對感知進行協作，并對監測區域中的所有感知對象的信息進行采集與處理，然后將這些信息傳輸給監測人員。通常來說，通信距離越大，則相應的系統復雜程度、成本及功耗也會相應的增加，而無線信道在應用過程中是具備明顯的易丟失性與多變性的，因此要想使該問題得到有效解決，就必須要對節點能源進行限制，這是因為在接收靈敏度處于固定值時，無線網絡的發射功率和其接收半徑的關系為P=R2-R5的，其中P代表發射功率，R代表接收半徑，由此可見，無線網絡在對數據進行長距離傳輸時，勢必會使能耗大大增加，而系統的能量是有限的，則會使節點提前死亡，進而大大影響了系統的使用壽命。而Zigbee技術的出現，則是根據IEEE802.15.4規范來實現的，其在應用過程中具備低功耗、高安全、低復雜度、高通信效率以及低成本、低速率的優勢，該技術的應用能夠使電池壽命大大延長，其無線傳感器網絡的結構為拓撲結構，這使其能夠在監測區域中布置大量的節點來實現數據的采集、傳輸與處理，因此非常適用于各種大型監控場所，為此，以下便對地下智能停車場中的ZigBee網絡構建進行探討。

2.基于Zigbee無線傳感器網絡在地下智能停車場中的系統設計

2.1 總體方案

為了能夠對車輛的停車狀態進行實時監控，需要在地下停車場的各個泊位中設置相應的超聲波傳感器，而這些超聲波傳感器則位于泊位下方，這樣當車輛在進入泊位時，超聲波傳感器便會感知到車輛進入，并將車輛的相關信息發送到主協調節點當中，同時，如果車輛離開泊位或發生其他狀況時，則監測信息也會隨之發生變化，并由超聲波傳感器發送這些變化信息給主協調節點。而超聲波傳感器便是Zigbee無線傳感器網絡中監測節點的組成部分之一。此外，主協調協調在接收到各個監測節點所傳遞過來的信息時，會將這些信息進行匯總后一并發送到PC上位機當中，上位機中設置有專門的軟件來對這些信息進行處理，并將其將換成能夠用于數字信號，然后通過顯示屏來對這些信息進行顯示，同時，顯示屏還能對泊位的空余信息進行實時顯示，并引導車輛進入到空余車位當中。在基于Zigbee無線傳感器的地下智能停車場系統中，其控制裝置的核心為STC89C52RC單片機，其能夠對監測區域中的各個節點進行控制，并將這些節點信息利用LCD顯示屏進行顯示。而監測區域中各個節點所使用的超聲波傳感器型號為HC-SR04，并通過Zigbee技術來實現地下智能停車場中的無線通訊，其是以CC2530芯片來作為主要控制裝置的，并通過模塊化設計來實現的。

在地下智能停車場中，其各個監測節點主要是通過CC2530單片機內核來充當控制裝置，而對于這些無線網絡監測節點來說，其主要包括HC-SR04超聲波傳感器、CC2530控制芯片及DS18B20數字溫度計三個部分，這些無線網絡監測節點與ZigBee網絡進行連接，以此實現車位信息的檢測，并通過計算機來對這些監測網絡節點信息進行匯總。并且通過相關控制設備來對車位信息進行顯示，同時還能為車輛的泊位停車提供引導服務。

2.2 軟件設計

在基于Zigbee無線傳感器網絡的地下智能停車場系統中，ZigBee無線傳感器網絡中包含有ZigBee協議棧，該協議棧的移植是利用的LAR EWARM來實現的，在開啟LAR EWARM以后，其會利用Fileopen-workspace指令來激活協議棧中的代碼源，待源代碼完成編譯后通過Debug and Download指令來實現CC2530芯片中協議棧的移植。然后為這些ZigBee無線傳感器網絡中的各個監測節點進行供點，便可實現對車位占用及空余等狀態信息的檢測與傳輸，同時利用控制主機中的讀取串口來對數據進行讀取，從而使車位信息得以在LCD顯示屏中進行顯示。

3.基于Zigbee無線傳感器網絡的地下智能停車場功能分析

在基于Zigbee無線傳感器網絡的地下智能停車場中，其共包括入口管理模塊、泊位管理模塊、出口管理模塊及管理中心模塊。并通過中央監控計算機來對地下智能停車場中的各類信息實現集中式處理。

3.1 入口管理

在入口管理模塊中，其主要包括發卡機、攝像頭、ZigBee路由器、電動欄植、車位顯示屏及擋車欄桿六個部分，當車輛在靠近地下停車場10m范圍以內時，ZigBee路由器便能對車輛中的射頻卡片信號進行感知，并獲得該車輛的MAC地址，然后通過協調器為該車輛分配相應的網絡地址，同時，停車卡終端會根據該地址來實現和ZigBee網絡中的相關設備實施通信，在中央處理計算機接收到車輛的MAC地址時，會對該地址進行核實，然后通過顯示屏來對空閑車位進行顯示，并通過攝像頭對車牌進行拍攝，利用計算機中的識別軟件來對車牌進行識別，并對車輛中的射頻卡片所記錄的停車時間進行讀取與存儲，然后升起電動欄桿放行。

3.2 泊位管理

車輛在進入地下智能停車場時，可對車位進行自行選擇，而在泊位管理模塊中，則主要包含泊位指標裝置、顯示屏、無線傳感器、智能路標及Zigbee路由器等，當車輛選擇某一泊車位時，利用RSSI定位技術來對信號的強度進行接收，然后將通過泊位中的cc2530芯片對信息進行收集并反饋給中英控制計算機來對該車輛的位置信息進行反饋。此外，地下智能停車場還能為車輛和空余泊車位進行精確匹配，其主要是通過超聲波傳感器來對車輛進行感應的，同時通過停車卡中的cc2431芯片來對車輛的車牌、停車時間、停車卡編號等相關信息進行記錄與保存，并修改顯示屏中的車位信息。當車輛離開該車位時，CC2530芯片會把車位空閑信息反饋給中央控制系統，由系統對車輛原停車卡中的連入信息進行核對，如核對沒有連入，則會觸發防盜警戒功能，并放下欄桿阻止車輛離開。

3.3 出口管理模塊

出口管理模塊共包括收費管理窗口、攝像頭、電動欄桿、Zigbee路由器、擋車裝置五個部分，當車輛靠近出口時，Zigbee路由器會對停車卡進行自動檢測，并通過攝像頭對車牌信息進行拍攝，待識別結果和原記錄車牌相同時，中央控制系統會根據車輛的停車時間進行費率計算，并進行收費，然后利用網絡將信息發送到顯示屏當中，在收費人員收費完畢后，則會提升電動欄桿進行放行。

3.4 管理中心

管理中心模塊的功能主要是對地下停車場的出入口位置實施監控與管理，并掌握泊位的使用情況及安全狀態，該系統能夠對車輛的相關信息進行管理，并對收費的費率進行設置，然后輸出相應的財務報表，同時對車位進行進行實時的管理，對顯示屏中的信息進行實時更新。當泊車位全部處于占用狀態時，則會在顯示屏中提示當前無空余車位，并停止客戶進入地下停車場中進行泊車。同時，管理中心模塊還能對車輛的停車情況實施匯總，以使停車場中的車位得到最大限度的利用，并借助于各個監測節點中分布的傳感器來確保消防安全，并對地下停車場中的排風機、攝像頭等設備進行控制與管理，從而有效確保停車場的車輛安全，在某些情況時，管理中心模塊還能向警方提供車位中的車輛具體信息及歷史停放信息。

4.結語

綜上所述，本文通過對基于Zigbee無線傳感器網絡的地下智能停車場管理服務系統的設計及功能進行了分析，從而探討了Zigbee無線傳感器網絡技術在地下智能停車場管理工作中的相關應用，可以說，Zigbee無線傳感器網絡技術的出現，極大程度的保障了地下停車場對車輛停放及出入的有效管理，提高了地下停車場的智能化、自動化程度，提高了地下停車場的服務質量，并且有效緩解了城市停車難的問題，這也使Zigbee無線傳感器網絡技術的應用價值得以真正體現出來。