基于物聯網技術的智能停車場系統設計與實現

張楠楠 張曉

摘 ?要： 為解決公共場所停車擁堵、堵塞等問題，設計基于物聯網技術的智能停車場系統。該系統運用道閘來管理車輛的進出，在停車位安裝紅外傳感器來判斷車輛的有無，用ZigBee組網來進行數據的上傳和下發，通過管理界面對車位信息進行顯示和管理，車主可通過顯示屏來查看停車位的狀態，引導泊車。運用物聯網技術實現智能停車場系統設計，經測試系統運行穩定，可為停車提供一種智能的手段。

關鍵詞： 智能停車場; 物聯網技術; 系統設計; 紅外感應; 數據傳輸; 系統測試

中圖分類號： TN926?34; TP212 ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號： 1004?373X（2020）12?0038?04

Abstract： An intelligent parking Internet of Things （IoT） system based on IoT technology is designed to improve the parking congestion and traffic jam in the public places. In this system， the barrier gate is used to manage the entry and exit of vehicles， the infrared sensor is installed in the parking space to judge whether there is vehicle or not， the network built by ZigBee is used to upload and download data， the management interface is adopted to display and manage the information of the parking space， and the owner can check the status of the parking space on display screen to guide parking. The design of the intelligent parking lot system is realized by means of the IoT technology. The tested system ran stably and can provide an intelligent means for parking.

Keywords： intelligent parking lot; IoT technology; system design; infrared induction; data transmission; system testing

0 ?引 ?言

傳統的停車場缺失人性化的管理運行機制，大多數的停車場因面對日益增長的停車需求而變得手足無措，車輛進出管理、收費過程、車位查詢等變得越來越困難，費時費力同時也極其的不便利[1]。智能停車場的實施為司機朋友提供了舒適、便利、快捷的停車需求[2]。該系統運用智能道閘[3]和RFID技術[4]來管理車輛，在停車位安裝傳感器來判斷車輛的有無，用ZigBee組網來進行數據的上傳和下發，通過管理界面對車位信息進行顯示和管理，車主可通過顯示屏來查看停車位的狀態，引導泊車。運用物聯網技術實現智能停車場系統設計，經測試系統運行穩定，可為停車提供一種智能化的手段。

1 ?智能停車場總體設計架構

選用ZigBee無線通信技術作為智能停車場內實時通信解決方案[5?7]。利用紅外檢測技術對車位信息進行采集分析[8]，在車輛駛入車位時得到相應的車位信號。車位信號通過ZigBee路由器傳輸至協調器，將其與上位機通過串口連接，通過智能停車場管理界面對車位信息進行顯示與管理，其總體設計如圖1所示。

本系統設計了智能道閘系統，CC2530外圍電路設計，協調器與上位機通信的串口電路設計，以及IAR開發環境下對協調器和路由器的軟件設計，為網絡配置網絡信道、節點地址，并使用VS2010設計智能停車場管理程序，實現車位狀態顯示的功能。

設計與實現

1） 智能道閘系統主要由單片機模塊和RFID刷卡模塊組成，實現本小區車輛管理，同時可對車輛進行計時和計費。

2） 車輛檢測是本設計比較重要的一個環節，通過E18?D80NK紅外檢測模塊檢測停車位上是否有車，將信息傳遞給與其連接的路由器，進而將信息傳遞到上位機界面。

3） 在短距離無線通信領域，ZigBee技術是一種低功耗、低成本的無線通信技術，利用ZigBee的自組網來組建網絡，方便數據的傳輸[9?10]。ZigBee網絡由多個路由器與一個協調器組成，如果一個或幾個路由器節點發生故障，可利用其他路由器來

傳送數據，保障系統的可靠性。

4） 上位機軟件接收協調器傳來的數據，對其進行解析，以圖形界面的形式展示出來，令使用者更加方便和快捷地了解停車場的情況。

2 ?智能停車場系統設計

2.1 ?系統硬件結構設計

2.1.1 ?智能道閘

智能道閘系統主要模塊由STC89C52單片機、電源電路、復位電路、晶振電路、E18?D80NK紅外檢測電路、RC522刷卡檢測電路、穩壓電路、步進電機電路和LCD顯示電路等模塊組成，其框圖如圖2所示。

2.1.2 ?車位檢測和ZigBee模塊

車位檢測由E18?D80NK紅外檢測模塊和路由器模塊兩部分組成，其功能是將檢測到的車位信息交給ZigBee路由器。ZigBee模塊由RF電路、CC2530核心電路、LED電路、晶振電路、電源電路、按鍵電路和串口電路組成。電源電路用作穩壓器，為CC2530芯片和背板電路提供所需的電壓;按鍵電路用來測試組網和復位;2個LED燈分別用來指示電源是否接通和組網是否成功;串口電路用來接收紅外傳感器的報文。CC2530、晶振電路、RF模塊在背板上、底板上有電源電路、串口電路、按鍵電路。核心電路圖如圖3所示。

2.2 ?系統軟件設計

2.2.1 ?智能道閘軟件設計

圖4是智能道閘總體程序流程圖。首先進行系統初始化，如果成功，等待是否有與本系統相配套的RFID卡到來，若有，步進電機啟動，道閘打開，車輛準許進入，系統內開始對其進行計時。若小車出來時，需先刷卡，步進電機開啟，道閘打開，同時記錄時間，計算停車時長和所需的費用。

2.2.2 ?ZigBee組網軟件設計

ZigBee網絡的軟件設計主要包括協調器和路由器程序設計。軟件設計的目的是利用ZigBee網絡組網的特性，進行紅外數據的傳輸，分別從協調器、路由器兩個方面進行設計。

1） 協調器節點程序設計

協調器的主要作用是接收路由器傳過來的具有紅外數據的ZigBee報文，并通過程序解析出來紅外數據，送到上位機界面，其軟件流程如圖5所示。

首先，要對協調器設置PanID，便于有相同PanID的路由器申請加入這個網絡。對設備進行初始化，掃描周圍的網絡，看是否有相同的PanID網絡存在，如果沒有，則以此PanID號建立一個獨立的網絡。一旦有路由器申請加入這個網絡，則檢驗PanID是否相同，相同則發送命令允許其加入，并分配16位的短地址號，記錄加入設備的短地址信息。如果記錄表中的設備有信息傳來，則進行接收和處理，若沒有就直接丟棄。同時，協調器可以發送廣播命令給網絡中的設備，也可以發送信息給指定地址的設備。

2） 路由器程序設計

路由器主要是由ZigBee模塊和紅外模塊組成，接收紅外模塊發來的信號。ZigBee路由器模塊是用來組成ZigBee網絡，圖6所示是其軟件流程圖。

首先，進行設備初始化，查看周圍是否有與自己相同PanID的協調器組成的網絡，若有，則加入網絡。協調器發送16位短地址給路由器，路由器將其寫入FLASH中，一般情況下短地址不會改變。路由器接收與其相連的紅外模塊或者其他路由器傳來的信號，按照目的地址進行轉發。

2.2.3 ?上位機客戶端

本次設計使用的軟件平臺是Visual Studio 2010，基于.NET Framework 4.0平臺使用C++語言編寫。通過USB串口直接和協調器相連讀取數據，然后上位機軟件可以對上傳的數據進行數據解析和可視化處理，可在上位機上顯示停車場內的停車位占用信息和總停車位數以及占用數，還有停車場內的溫度和濕度等信息。上位機界面如圖7所示。

3 ?系統測試

3.1 ?系統穩定性測試與分析

本系統是通過ZigBee網絡采集數據，并將其上傳到上位機客戶端，需要測量ZigBee網絡的可靠性。測試結果如表1所示，說明ZigBee網絡具有較好的可靠性。

3.2 ?系統實時性測試與分析

表2是系統實時性測試與分析結果。選擇不同的距離進行系統實時性測試，結果表明，系統實時性較高，滿足預期的目標。

4 ?結 ?語

本設計針對現在社會上普遍存在的停車難問題，提出一個結合物聯網技術的設計解決方案。建設現代化智能停車場，目的在于能夠快速地整合停車場的信息，幫助需要停車的司機朋友能夠高效地停車節約時間。本設計采用ZigBee網絡進行通信，將采集到的停車位信息上傳到客戶端，客戶端可對停車場實現智能化管理。最后對整體系統進行調試和試用，經過多次調試和驗證后可以得出所提系統的穩定性和實時性滿足需求。

參考文獻

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