基于ZigBee的小區車輛自動登記管理系統的研究與實現

李 泉，李金明，童克波

（蘭州石化職業技術學院電子電氣工程學院 甘肅 蘭州 730060）

1 引言

隨著私家車保有量逐年攀升，車輛管理已成為小區管理的一大難題，有時甚至出現了“一位難求”現象[1]。每天進出的車輛如不加以管理，很不安全，外來車輛登記頻繁，存在車輛丟失隱患[2]；工作效率低下，造成小區車輛進出嚴重堵塞。為改變這一現狀，提出了一種基于ZigBee的小區車輛自動登記管理系統，以達到提高工作效率的目的。

2 系統結構

系統結構見圖1。

圖1 系統結構框架圖

3 系統工作流程

3.1 車輛駛入小區流程

3.1.1 小區內部車輛駛入小區操作流程

小區內部車輛駛至小區入口時，在ZigBee讀卡機范圍內，系統感應是否有車，自行讀卡，同時系統感應車載ZigBeeRFD卡上信息，車載ZigBeeRFD卡上的信息傳送到電腦上進行儲存，在讀卡的同時，車輛識別系統抓拍入口處車輛圖像，傳送給電腦進行保存。電腦軟件判斷車輛識別號碼與車載ZigBeeRFD中車牌號碼信息是否一致，如果一致則語音提示“歡迎回家”,并在顯示屏上顯示相應中文字幕，同時計算機給PLC發出開閘指令，道閘自動開啟，車輛進入小區，地感線圈檢測車輛通過，道閘自動回落；如果電腦軟件判斷車輛識別號碼與車載ZigBeeRFD中車牌號碼信息不一致，則停車檢查登記。系統工作流程見圖2。

圖2 系統工作流程

3.1.2 臨時車輛駛入小區操作流程

臨時車輛駛至小區入口時，攝像頭抓拍入口處車輛圖像，自動識別車牌號碼，上傳到電腦保存，經過與數據庫車牌號碼比對，不是小區內部車輛，則語音提示“外部車輛”，之后由值班人員發出開閘指令，道閘開啟，車輛進入小區，地感線圈檢測車輛通過，道閘自動回落。

3.2 車輛駛出小區流程

3.2.1 小區內部車輛駛出小區操作流程

小區內部車輛駛至小區出口時，在zigBee讀卡機范圍內，系統感應是否有車，自行讀卡，同時系統感應車載ZigBeeRFD卡上信息，系統抓拍出口處車輛圖像，同時傳送到電腦上保存。電腦軟件判斷車輛識別號碼與車載ZigBeeRFD中車牌號碼信息是否一致，如果一致，讀卡機發出“一路順風！”語音提示,中文電子顯示屏則顯示相應中文字幕，自動開閘，車輛通過，地感線圈檢測車輛通過，道閘自動回落；如果電腦軟件判斷車輛識別號碼與車載ZigBeeRFD中車牌號碼信息不一致，則停車檢查登記。

3.2.2 臨時車輛駛出小區操作流程

臨時車輛駛至小區出口時，攝像頭抓拍出口處車輛圖像，自動識別車牌號碼，上傳到電腦保存，經過與數據庫車牌號碼比對，是臨時車輛，計算機語音通知值班員，同時系統計算車輛停留時間及停車費，以語音+顯示的方式通知值班員收費，由值班人員人工開閘放行，地感線圈檢測車輛通過，道閘自動回落。

3.3 特殊車輛駛入、駛出小區流程（如軍車，警車等）

駛入小區時由值班人員按鍵開閘，系統自動記錄該條信息，道閘自動開啟，車輛進入小區；駛出小區時值班人員按開閘，系統記錄該條信息并與駛入信息對比正確后，道閘自動開啟，車輛駛出小區。

4 車輛特征識別技術

車輛特征的識別和信息提取是車輛管理系統中的技術難點,是實現小區車輛管理自動化的關鍵技術。車輛特征識別指的是從抓拍的車輛車牌原始圖像中自動識別出車牌號。車輛車牌特征識別包含對圖文對象的圖像分割、字符分割與識別處理。由于車輛結構及車牌位置的不同,以及車牌本身的損傷、變形等問題,使車輛特征識別存在一定誤差。

5 ZigBeeRFD組網及車輛監控信息傳輸系統

實現無線自動化的智能小區內部車輛不停車出入。閱讀距離10～20 m以內輕松實現。幾輛車同時進出需要及時解決與分辨出小區內外車輛，本方案無需人工靠近刷卡或要在指定區域內通過才能識別，實現全自動識別。在高峰時間可有效緩解出入庫車輛過多、排隊刷卡帶來的堵塞問題。小區ZigBeeRFD射頻卡，由于需要車主啟動密碼輸入才能運行，也起到了防盜作用。

ZigBeeRFD卡信息網絡組網及車位監控信息傳輸系統內容包括網狀組網架構[3]、無線操作系統[4]、ZigBeeRFD卡信息制定等。

6 道閘PLC的控制

PLC主要是控制道閘系統的升降，具體工作原理是：當有車進入時，地感線圈感應到有車，通過地感線圈控制器發出有車信號給上位機，上位機通過拍照比對車牌號判斷是否是本小區的車輛，如果是本小區內部車輛，則上位機發出指令，道閘抬桿，放行車輛，車輛在通過道閘后，出口的地感線圈感測到車輛離開，給上位機發出車輛離開的指令，由上位機發出落桿的指令，道閘落桿。

如果通過拍照、對比判斷不是本小區內部車輛，則保安根據本小區停車位情況，自行決定是否放行車輛。如果小區無停車位，則不予放行車輛，如果小區有停車位，則放行車輛，并計時收費。車輛出小區的情況與車輛進小區的情況相同，不再贅述。

PLC的控制程序分為兩部分。一部分控制的是道閘升降，實際上就是控制電機的正反轉；另一部分是信號的傳輸和接收，主要是地感線圈判斷有車輛時，發送信號給上位機，在判斷車輛的類別后，發送信號給PLC，PLC再控制道閘升起。道閘降落也是PLC收到上位機的信號后，控制電機反轉，道閘降落。

7 測試

7.1 ZigBee聯網測試

表1為ZigBee路由與車載節點聯網實驗數據，顯示數據丟包率滿足實際需求。

表1 ZigBee路由與車載節點聯網

1個路由器被協調器分配的網絡地址是0x0001，終端設備地址為0x7970和0x796F。根據Z-Stack地址分配原理，帶入MAXChidren=20、網絡最大深度AXDepth=5、MAXRouters=6，可以驗證車載終端地址和路由地址的分配正確，聯網成功。

7.2 數字車牌圖像處理實驗

經過測試，車牌經過圖像處理能夠得到正確車牌號，圖像處理成功。

8 結語

系統能能夠實現進出完全不停車，自動識別、自動登記、自動放行等功能，后臺管理軟件可實現實時查看進出車輛信息、進出時間查詢、報表、繳費記錄查詢、信息提醒等多項功能，滿足市場需求，有市場推廣價值。