基于ZigBee的智能停車管理系統設計

楊標 徐建 張建強 劉世焯 程麗妮

摘要：如今物聯網技術廣泛地應用于智能交通、環境保護、智能家居等眾多領域。人們現在的生活方式大大改變。然而在擁擠的城市之中，汽車與車位之間的矛盾越來越突出，公共停車場越來越不能滿足停車需求，智能化的停車場正在逐漸成為現代社會的需求之一。文章研究了基于ZigBee的智能停車管理系統的設計，系統通過搭建ZigBee無線傳感器網絡，通過傳感器監測車位信息，將所有節點采集到的數據信息傳輸到匯聚節點，使用GSM將數據發送至服務器，客戶通過手機APP隨時查詢和預訂空停車位。能實現自動管理車位，停車自動計費，無需人工管理，滿足了智能停車場管理的要求。

關鍵詞：ZigBee；傳感器；停車場；智能管理

機動車的數量隨著時間的推移依然會呈現一個較大的增長趨勢，這是一個不爭的事實，同時由于人口轉移導致的城市人口不斷增加。更是給城市帶來了沉重的壓力。同時，傳統的停車場管理在效率和安全性方面滿足不了社會發展的要求，因而也給人們的生活帶來了較大的不便。目前，國外的停車場管理系統已基本進入智能化無人收費的階段，其運用的收費介質已經由傳統的接觸讀寫類，轉變為非接觸式的設備，可以實現管理系統的無人操作。相比之下，國內的部分停車場還處于人工管理的階段。本系統的提出就是為了解決這一問題。

1 系統總體設計

智能停車管理系統是將停車資源整合，向公眾提供信息服務提高了停車場利用率、降低成本管理、提高管理效率具有重要意義。它的總體結構包括數據處理系統、數據檢測傳輸系統、傳感器模塊以及車位鎖定系統、數據管理平臺[1]。其結構如圖1所示。

2 系統硬件設計

系統通過使用地磁傳感器用來檢測車輛的存在以及車輛大小的辨認，將采集到的數據通過ZigBee網絡發送到數據匯聚節點，微處理器對數據進行處理后上傳至云端服務器，通過服務器對數據進行整合。微處理器接收數據后在觸摸屏上顯示數據，方便管理人員的管理。同時根據觸摸屏接收到的操作信息，使系統進行相應的動作[2]。

2.1 地磁傳感器

地磁傳感器用于檢測車輛的存在以及車輛的尺寸識別。數據采集在本系統的設計中發揮了關鍵性的作用。地球磁場在0.5?0.6高斯之間，地磁場很強。當一個磁性物體，如汽車置身于磁場之中時，就會產生磁場擾動，此時放置于附近的地磁傳感器能測量出地磁場強度的變化，從而對車輛的存在進行判斷[3]。傳感器的精確度較高且易安裝、維修比較方便，不必封閉車道、對路面破壞小，而且此傳感器對非磁性物體沒有反應，因此可以減少誤檢。

2.2 車位鎖定系統

車位鎖定采用的是自動車障柱，正常情況下是車障柱是隱藏在道路下，當車位被預訂后，上位機通過控制繼電器啟動車障柱，使車位不能停進車，當預訂用戶到達車位后，只需通過手機端APP確認就可以將車障柱降下，將自己的車停入車位中。此時車障柱將再次升起，該系統確保了停車的秩序與安全性。

2.3 信息查詢系統

與傳統的停車場不同，智能停車系統利用傳感器實時檢測停車數據，采用標準化協議的方式將停車場資源通過聯網服務平臺進行共享，通過APP將停車位信息發布，從而將孤立的停車場集結成停車網絡為大眾所用。用戶打開客戶端即可查找，當有需要時用戶使用手機端APP讀取服務器中的數據，并提供查詢、預定、付費等業務功能[4]。

3 系統軟件設計

智能停車系統利用互聯網訪問，以手機APP為載體，應用端程序通過遠程訪問末端節點檢測的車位信息向出行者提供停車場（位）的具體位置，當前車位的實時數據等信息，指引駕駛員找到停車點并合理停車，采集停車的動態信息，更新顯示數據。同時兼顧車位預定以及自動收費，路線指引等功能。

采用客戶機/服務器（Client/Server，C/S）架構，完成對停車場的管理功能，包括停車場的狀態信息顯示，空余車位統計，收費情況，車位使用次數統計等均以圖表的形式顯示。停車場管理人員可實時監測停車場內狀況，方便管理[5]。

軟件具體功能如下[6-7]。

（1）車位信息查詢：系統根據傳感器檢測有無車輛停放，通過路由、協議棧將信息發送至APP手機客戶端，用戶可直接查詢。

（2）停車預定：上位機軟件提供了預定的選項，根據車主的定位信息顯示附近最近的停車地點，預定即可獲得停車權限。

（3）停車時間限制：如果從預定開始至到達停車點時間超過30 min，則自動取消停車資格。

（4）車位引導：系統是通過傳感器節點實現實時監控停車場車位狀態的，根據停車場的平面圖和節點位置顯示即可簡單找到停車位。

（5）自動收費：自動閘機鎖定車輛則開始計時，末端節點自動計算停車費用。

（6）車位統計：系統設置了統計的程序，根據數量信息簡單計算求和，統計處總占車位數，空車位數。

4 系統模型

遵循以上描述，做出了初步的系統模型（見圖2）。

其中對于車庫管理的操作界面如圖3所示，系統能夠顯示各個車庫中車輛數，并能對指定的車位進行開鎖或鎖定。觸摸屏將觸摸的信息進行反饋給微處理器從而系統進行相應動作。

5 結語

本系統的提出相對于人工找尋停車位，給駕駛者提供停車信息指南，指引停車將會有效地提高車位使用率，也為人們節省了大量的時間，同時由于盲目無序地尋找所導致的交通堵塞問題也將有所緩解。現在大多數的停車位有的集中分布于城市中心地帶，也有的位置分散不好尋找，那么利用率就會存在很大問題，缺乏準確的信息共享，就很有可能出現有的地方無處可停，而有的地方空了一片。系統設置有車位統計功能，可用于統計車位使用次數等信息，車輛的流動狀況，停車需求分析、交通擁堵情況等功能都可設計實現，數據傳輸至互聯網，依托于大數據的時代背景，這些統計的信息將被分析出可靠的信息，為有關部門的管理提供數據支撐，為交通問題集中管理提供新方法。

[參考文獻]

[1]張真，王蒙蒙.基于共享車位的RFID智能停車管理系統的設計[J].信息通信，2017（10）：70-72.

[2]王強.智能停車管理系統的設計與實現[D].北京：北京交通大學，2016.

[3]李超龍.基于RFID的車位感知模型研究及智能停車管理系統的設計與實現[D].北京：北京郵電大學，2015.

[4]王浩.基于RFID和ZigBee技術的智能停車引導及車位管理系統設計[J].山東交通學院學報，2014（1）：14-18.

[5]郭昌飛.基于Zigbee的無線傳感器組網技術研究與應用[D].北京：北京信息科技大學，2013.

[6]劉軍.基于ZigBee的智能停車場管理系統的設計與實現[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學，2012.

[7]孫彩云.基于ZigBee的無線組網技術研究[D].太原：中北大學，2011.