基于 ZigBee 無線組網技術的智能停車場設計

衛昱含　張偉　卜偉同　賈立松　杜禹萱

摘要：本文針對汽車與停車位之間的矛盾，提出基于ZigBee無線組網技術設計智能停車場。研究了ZigBee無線網絡用于智能停車場的系統結構和組網方法;基于LM3S9B96芯片設計了ZigBee協調器節點，基于LM3S811芯片設計了路由器節點和終端節點。該設計能夠檢測處汽車的駛入或駛出車位情況，并能實時上報給控制中心，從而達到實時監控停車場，提高停車場利用率，節約停車場維護管理成本的目的。

[關鍵詞]ZigBee智能停車場無線組網

隨著汽車保有量的增加，城市汽車與停車位之間的矛盾日益凸顯，大型停車場在緩解城市停車壓力方面起著越來越重要的作用。但是，目前很多停車場的管理還處于人工管理階段，這對需要停車的車主和停車場的運營者，都造成了極大的困擾，主要表現在以下幾個方面：

（1）停車場內到底有多少給停車位，管理者不能準確掌握，只能由工作去勘察核實，使得管理人員無法在第一時間得到反饋信息，導致無法充分利用停車場;

（2）車主進入停車場后，無法快速、方便的找到空車位，只能在場內無序的尋找，不但浪費了車主的時間和精力，還導致有的區域多輛汽車搶占一個空車位而發生擁堵，同時有的區域空車位較多但車主不知道的現象發生;

（3）如果停車場內比較明顯的標識相同或相似，或者沒有一個可供參考的地標來標識位置，會導致車主不能第一時間找到自己的汽車，給車主造成困擾;

（4）需配置大量工作人員對進入停車場的車輛進行引導，增加了停車場的管理維護費用。

ZigBee是一種新興的短程無線網絡通信協議，具有短距離、低功耗、低數據速率、低成本、低復雜度的特點，ZigBee處于OSI參考模型中的網絡層位置，實現規范物理層（PHY）和媒體訪問控制層（MAC）、為應用層提供接口的功能，它可以根據用戶需求組成多種網絡拓撲。它獨特的技術使其成為低成本、近距離的無線網絡的首選，尤其適用于自動控制和遠程控制領域。

本文結合物聯網技術，提出通過ZigBee、Wi-Fi、GSM等組網，對停車場車輛進出的情況實時掌握，實現車主實時掌握空閑停車位的情況，減少車主尋找車位時間、減少運營成本，提高停車場應用效率。

1系統結構設計

本文設計的停車場監控系統主要由PC機、協調器、路由器和終端節點組成，其中，終端節點是無線網絡的終端，負責采集車輛進入/駛出車位的信號，將發生變化的信號發送給路由節點;路由器節點是終端節點和協調器節點之間的通信接力，負責轉發無線網絡信息、搜尋停車場的無線網絡、確定數據傳播路徑，使得更多的終端節點加入網絡;協調器節點是各個節點信息的匯聚點，負責建立、啟用、維護、管理無線網絡，并負責傳輸無線網絡信號、存儲無線節點信息、與PC機進行通信等;PC機負責對整個無線網絡系統進行監控與分配;除了PC機與協調器之間的通信采用以太網外，各部分之間的通信均采用ZigBee網絡進行通信。

2硬件設計

實現基于物聯網的停車場的硬件設計，主要有解決三個關鍵問題協調器節點的設計、路由器節點的設計和終端節點的設計。

2.1協調器節點的設計

協調器節點是整個控制網絡的核心，主要負責將路由器節點上傳的數據發送給控制中心，及將控制中心發布的命令傳送給對應的終端節點上，方便管理人員對停車場進行管理與維護。協調器采用集成USB控制器的LM3S9B96芯片，其結構圖如圖1所示。

圖中，UART1模塊主要完成LM3S9B96芯片與PC機的通信或者控制Wi-Fi模塊，所用的芯片為MAX3232;ZigBee接口模塊通過LM3S9B96芯片的控制，實現對路由器數據的接收和ZigBee的組網。

2.2路由器節點的設計

路由器節點的主要功能是接收終端節點發送過來的信息，并將該信息通過協調器發送到控制中心。路由器采用LM3S811芯片作為主控制器。

2.3終端節點的設計

終端節點主要負責采集車的移動信號，并將采集到的信息上傳至路由器，感應器節點采用紅外傳感器進行信號采集與傳送。紅外傳感器可以快速探測到溫度的微小變化，當溫度超出設定閾值時上傳信號，能夠安全可靠的發送信息。終端節點也采用LM3S811芯片作為主控制器。

路由器節點和感應器節點的結構圖如圖2所示。

3軟件設計

智能停車場的軟件設計主要包括兩個部分：對ZigBee組網設計和PC控制中心的界面設計。

3.1ZigBee組網設計

開發工具采用RealViewMDK軟件，可以直接使用ZigBee協議棧提供的程序和函數來開發智能停車場無線節點的程序。依據ZigBee協議棧功能與作用，調用對應函數，分別對協議棧中各層進行開發，具體完成功能如表1所示。

3.2PC控制中心的界面設計

PC控制中心主要實現人機對話，完成PC與協調器節點之間的數據傳送，實現網絡的配置。PC機與協調器節點通過RS-232C串口連接。利用TeeChartPrcV5Active控件繪制實時監控圖。首先掃描整個網絡，以確定網絡中有包含哪些節點，并確定相關節點的基本信息，然后將終端節點與紅外感應器進行參數綁定配置，操作人員通過串口將配置信息發送到協調器節點，協調器節點以廣播信息的方式將配置信息發送到ZigBee網絡的各節點上。

4智能停車場的實現

智能停車場有協調器節點、若干路由器和負責探測汽車的終端節點組成，根據停車場實際情況與環境，基于ZigBee在每個停車位中心位置安裝微型紅外探測器，每當有汽車駛入或駛出時，紅外探測器探測到車輛移動信息，觸發信號，此時該探測器廣播發送觸發信號及節點信息，并通過路由器匯總到協調器，協調器將匯總的信息反饋給控制中心。設置當有汽車駛入停車位時，觸發信號為低電平，此時控制中心顯示信息為紅色;當有汽車駛出停車位時，觸發信號為高電平，控制中心顯示信息為綠色。在PC機上的實時監控畫面可顯示當前停車位情況，當有汽車進入停車場時，系統根據反饋的信息，將空車位指定分配給新進入車輛，車主可以根據指示標識的引導，迅速找到指定的車位;當車主要離開停車場時，可以根據系統分配的空車位號碼迅速找到汽車所停的位置。

5結論

本文利用LM3S9B96芯片設計了基于ZigBee網絡的智能停車場系統，在對智能停車場的功能與特點進行分析的基礎上，設計了ZigBee無線網絡的協調器節點、路由器節點和紅外探測器終端節點。在進行軟件設計時，對ZigBee協議棧進行了研究，并完成了組網配置，所設計的網絡能根據汽車駛入或駛出停車位判斷車位是否為空，通過物聯網的實時監控，管理人員可以實時了解整個停車場內空車位的情況，便于統籌管理，提高停車場的利用率，減少了停車場內擁堵情況的發生;同時，只需要技術人員定期對設備進行維護檢修即可，節省了停車場維護管理的成本。

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