基于無線技術(shù)的智能停車場設(shè)計

吳進(jìn)華,黃麗韶

(湖南科技學(xué)院 信息工程學(xué)院,湖南 永州 425199)

0 引言

據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會官方網(wǎng)站的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,截至2023 年年初,國內(nèi)汽車總銷量約2 686 萬輛。 結(jié)合目前的汽車總銷量和道路交通設(shè)施可使用面積進(jìn)行思考,在大型商場、醫(yī)院、旅游景區(qū)和機(jī)場航站樓等人群密集區(qū)域附近,當(dāng)車流量達(dá)到頂峰時,停車管理員很難進(jìn)行疏散和交通管控工作。 造成這種擁堵現(xiàn)象的原因之一是停車?yán)щy[1]。 這種現(xiàn)象不僅影響民生還關(guān)系經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展。 停車場的建筑規(guī)劃、實施、運(yùn)營、維護(hù)、管控等都應(yīng)得到政府的重視。

為有效改善這種窘困的社會現(xiàn)象,不少停車場引入了智能停車場[2]。 智能停車場引用更多的先進(jìn)設(shè)備來實現(xiàn)自動化的效果,通過準(zhǔn)確的計算,最大限度地減少人工出錯的概率和人為造成的損失,合理分配車位資源,避免客戶流失,減小交通管理壓力,保障車輛處于停放期間的安全,降低人為因素導(dǎo)致的風(fēng)險隱患[3]。 市面在做停車管理的公司較多,但混亂的停車管理模式只會導(dǎo)致停車價格升高,同時市場秩序的不穩(wěn)定還會引起車主投訴。 采用智能流動管理體系可以將碎片化的停車資源有效整合,提高已處于飽和狀態(tài)的中心地段的土地資源利用率[4]。

1 分析與設(shè)計

1.1 需求分析與總體框圖

通過前期調(diào)研,筆者對智能停車場的功能需求進(jìn)行分析,主要從以下3 個方面進(jìn)行考慮。 第一,交通管理的需求是調(diào)節(jié)交通,防止車輛滯留帶來的交通壓力,保證道路通暢且有序運(yùn)轉(zhuǎn)。 因此,該智能停車場必須實現(xiàn)場內(nèi)車位狀況信息顯示的功能。 第二,停車場管理的需求是車輛停放期間的安全保障、按時計費(fèi)收費(fèi)、方便用戶停車等。 因此,該智能停車場必須實現(xiàn)出入庫操作、停車時長計算、費(fèi)用計算、車輛識別的功能。 第三,用戶的需求是車輛安全、費(fèi)用明確、取車方便。 因此,該智能停車場必須實現(xiàn)停車場車位實時圖、車距監(jiān)測以及報警系統(tǒng)等功能。 本文設(shè)計的無線停車場如圖1 所示。

圖1 無線停車場總體設(shè)計

1.2 智能停車場的相關(guān)技術(shù)分析

1.2.1 ARM 開發(fā)板技術(shù)

ARM 開發(fā)板是用于嵌入式開發(fā)的電路板,分為核心板和底板兩大模塊。 本文使用的是GEC6818 開發(fā)板,開發(fā)平臺使用三星品牌64 位八核Cortex-A53架構(gòu)的S5P6818 芯片設(shè)計。 該芯片采用單通道 32 位數(shù)據(jù)總線,支持多種接口,最大顯示分辨率為2 048×1 280,最高主頻可達(dá)到1.4 GHz,被應(yīng)用于多種操作系統(tǒng)的驅(qū)動開發(fā)。 其底板含有蜂鳴器,當(dāng)車輛與障礙物距離過近時,會被認(rèn)定超出安全范圍,存在安全風(fēng)險,蜂鳴器立即發(fā)出警報聲,為車主提供警示。

1.2.2 無線傳感技術(shù)

無線傳感通過連接電路將感知到的信息予以展示,將靜態(tài)的事物動態(tài)化,再由動態(tài)化實現(xiàn)自動化。無線傳感器可分為不同的類型,常見的有超聲波傳感器、色標(biāo)傳感器、光纖傳感器和溫度傳感器等。 本文使用的是US-100 超聲波傳感器,只需要提供一個時長0.1 s 的高電平觸發(fā)信號,US100 超聲波傳感器便可發(fā)出8 個40 kHz 的超聲波脈沖,若檢測到前方有障礙物則會返回回波信號,通過回波信號返回兩個字節(jié)的數(shù)據(jù)。 開發(fā)過程中,超聲波傳感器被用于實現(xiàn)測距功能。

1.2.3 LCD 顯示與幀緩沖技術(shù)

本文使用7 寸電容觸摸顯示屏,在頂層鑲嵌了一層保護(hù)玻璃,玻璃的下一層是透射式電容觸摸屏。 該觸摸屏主要由兩個印在聚酯纖維上的透明菱形網(wǎng)格組成,中間有一層透光的絕緣體,它能感知導(dǎo)電材料的存在和具體位置,比如手指尖。 電容觸摸屏并不顯示色彩,色彩是由背光源、上下偏光板、薄膜晶體管液晶和彩色濾光膜等多個原件組成的LCD 進(jìn)行顯示。LCD 通過控制不同的電勢差影響液晶內(nèi)部分子的排列狀況,遮光和透光相互錯落從而出現(xiàn)不同的層次感。 實際使用中,筆者將計算機(jī)中一塊區(qū)域的內(nèi)存空間與屏幕設(shè)備文件空間進(jìn)行對應(yīng),通過操作內(nèi)存空間即可改變相應(yīng)的文件內(nèi)容,以此寫入顏色值,將像素矩陣中的每個像素點顯示顏色,從而將圖片顯示在屏幕上。

2 智能停車場的實現(xiàn)

筆者以GEC6818 開發(fā)板為主控中心,研發(fā)了一款成本低、安全性高的停車場管理系統(tǒng)。 該系統(tǒng)主要是由車位管理模塊、車距監(jiān)測模塊、停車場車位顯示模塊以及外圍的電源模塊組成。 該系統(tǒng)通過超聲波監(jiān)測車輛距離判斷車輛的出場和入場,同步到車位實時平面圖上,同時將車位實時平面圖顯示到LCD 電容觸摸屏上。 管理員單擊LCD 電容觸摸屏上的登錄按鈕,輸入管理員的用戶名和密碼,即可查詢到停車場的日志信息。

2.1 硬件部分的實現(xiàn)

本文設(shè)計的硬件部分主要是以GEC6818 開發(fā)板為主控系統(tǒng)。 GEC6818 開發(fā)板通過連接外部電源,讓連接LCD 電容觸摸屏和超聲波傳感器通電,采用LCD 電容觸摸屏顯示入場、出場平面圖以及停車場車位實時圖,使用US100 超聲波傳感器監(jiān)測車距。

GEC6818 開發(fā)板可支持Linux,Android,Ubuntu 3 個操作系統(tǒng)。 GEC6818 開發(fā)板的CPU為三星S5P6818 八核64 位處理器,表示8 個核心可以同時運(yùn)行,速率更高。

US100 超聲波傳感器模塊具有非接觸測距的功能,測距范圍為:2 cm~4.5 m,靜態(tài)功耗可低于2 mA,工作電壓為2.4~5.5 V,帶有溫度傳感器,可對測距的結(jié)果進(jìn)行改正,具有多種通信方式。 US100 超聲波傳感器模塊的兩個接口為跳線和5 Pin 接口。 在跳線接口上插上跳線帽代表現(xiàn)在的工作模式處于UART 模式,拔掉跳線帽代表現(xiàn)在的工作模式處于電平觸發(fā)模式。5Pin 接口(2.54 mm 間距的彎排針)的定義如下:VCC Pin 接VCC 電源(2.4~5.5 V);Trig/Tx Pin 如果選擇UART 模式(插上跳線帽),則接外部電路UART 的Tx端;如果選的是電平觸發(fā)模式(拔掉跳線帽時),則接外部電路的Trig 端。 Echo/Rx Pin 若選擇的是UART模式(插上跳線帽),則接外部電路UART 的Rx 端;若選的是低電平觸發(fā)模式(拔掉跳線帽時),則接外部電路的Echo 端。 GND Pin 接外部電路的地。

2.2 軟件部分的實現(xiàn)

軟件部分的實現(xiàn)主要是車位管理模塊和車距檢測模塊的實現(xiàn)。 車位管理模塊主要是對車位位置的分配,車距檢測模塊主要是對車與閘門的距離、車尾與車位尾部的距離進(jìn)行檢測。 當(dāng)車尾與車位尾部的距離過近時,觸發(fā)報警系統(tǒng)。

車位管理模塊主要是對車位位置進(jìn)行分配、將實時圖顯示到GEC6818 開發(fā)板上、對出入口進(jìn)行管理。本文設(shè)計連接GEC6818 開發(fā)板的LCD 電容觸摸屏的大小是480×600,一個車位大小為200×160,一共有兩排,每排5 個車位,一共有10 車位。 第一排從坐標(biāo)(0,0)到(160,200)形成一個矩形為1 號車位,坐標(biāo)(160,0)到(320,200)為2 號車位,坐標(biāo)(320,0)到(480,200)為3 號車位,坐標(biāo)(480,0)到(640,200)為4 號車位,坐標(biāo)(640,0)到(800,200)為5 號車位。 第二排車位的坐標(biāo)劃分與第一排類似,中間還剩余(0,200)到(800,280)的位置顯示車位剩余數(shù)量。 接下來有兩個方向:一個是可以在開發(fā)板上對應(yīng)的坐標(biāo)下顯示線條,拼成10 個車位;另一個是可以自己利用畫圖軟件在對應(yīng)的坐標(biāo)下畫10 個車位,再將圖片顯示到開發(fā)板上。 這兩個方向都需要用到LCD 顯示與幀緩沖技術(shù),該技術(shù)就是將一個顯示屏分為一個一個的像素點,像素點越大說明分辨率越高,然后將像素點一個一個填充自己設(shè)置的顏色。

車距監(jiān)測模塊主要是通過US100 超聲波傳感器的串口觸發(fā)模式(插上跳線的跳線帽)對車頭和車位尾部進(jìn)行監(jiān)測。 當(dāng)對車位尾部進(jìn)行檢測時,筆者將傳感器安裝在車位尾部,距離過近則觸發(fā)警報系統(tǒng);當(dāng)對車頭進(jìn)行檢測時,筆者將傳感器安裝在閘門上,表示車與閘門之間的距離。 以上運(yùn)用了US100 超聲波傳感器的工作原理,即通過US100 超聲波傳感器發(fā)送超聲波脈沖,當(dāng)檢測到回波信號時,再通過Trig/Rx 針腳輸出。

報警系統(tǒng)模塊主要是為減少車主停車停偏的情況,幫助新手車主能將車完美的停進(jìn)車位而設(shè)計的警報系統(tǒng)。 車距監(jiān)測模塊主要對車尾與車位尾部的距離監(jiān)測,當(dāng)距離小于200 mm 時,警報響起。

3 結(jié)語

本文設(shè)計實現(xiàn)停車場管理的基本需求,但仍有需要改進(jìn)和提升的地方。 對于技術(shù)手段,筆者將引入帶有定位系統(tǒng)的ETC 感應(yīng),利用新版帶有精準(zhǔn)定位的ETC 技術(shù)改進(jìn)收費(fèi)功能,實現(xiàn)先停車后付款的模式。另外,筆者將使用兼容傳統(tǒng)模式的智能IC 卡,通過對IC 卡進(jìn)行二維碼綁定升級,與當(dāng)前系統(tǒng)中的車牌識別技術(shù)結(jié)合,作為補(bǔ)充手段,在小區(qū)內(nèi)、體育館、工業(yè)園區(qū)等少人值守的停車場,全面實現(xiàn)無人值守的效果。