李瑋瑤，王飛飛，呂海蓮

（平頂山學(xué)院 河南 平頂山 467000）

隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的飛速發(fā)展，我國私家車擁有量逐年急速上升，小區(qū)車位的智能化管理已經(jīng)成為提升住戶居住環(huán)境，物業(yè)服務(wù)水平的重要工作[1]。近幾年物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，紅外感應(yīng)器、射頻識(shí)別 （RFID）、M2M、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備越來越多的被應(yīng)用到各行各業(yè)的智能化管理中，以實(shí)現(xiàn)對物體的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理[2]。目前我國大多數(shù)小區(qū)的車位管理還停滯在人工管理、缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范、缺乏統(tǒng)一的資源平臺(tái)管理的狀態(tài)[3]。因此，本文在分析現(xiàn)有小區(qū)停車管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采用新型的射頻識(shí)別技術(shù)和無線通信技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能停車管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括車輛自動(dòng)識(shí)別、車輛自動(dòng)引導(dǎo)基本模塊和數(shù)據(jù)處理核心模塊等部分，能夠?qū)崿F(xiàn)車輛識(shí)別、車位預(yù)約、停車引導(dǎo)等功能。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

本小區(qū)智能停車系統(tǒng)采用2.5G/3G通信技術(shù)完成管理軟件和控制節(jié)點(diǎn)間的信息傳輸，通過在小區(qū)內(nèi)所有停車場區(qū)域及停車位布放無線傳感節(jié)點(diǎn)從而形成一個(gè)無線傳感網(wǎng)（停車位自組網(wǎng)絡(luò)），利用該網(wǎng)絡(luò)完成停車和道路信息情況的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集，并由數(shù)據(jù)處理中心完成相關(guān)數(shù)據(jù)的處理。系統(tǒng)由車輛識(shí)別模塊、停車引導(dǎo)模塊、信息傳輸模塊、數(shù)據(jù)處理中心模塊組成[4]。系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖Fig.1 System overall design

車輛識(shí)別模塊負(fù)責(zé)對小區(qū)出入車輛的ID信息進(jìn)行駣集、傳輸。

停車引導(dǎo)模塊包括負(fù)責(zé)接收車位預(yù)定請求，自動(dòng)計(jì)算最優(yōu)停車位，反饋預(yù)定結(jié)果和停車引導(dǎo)地圖，根據(jù)停車時(shí)間計(jì)算停車費(fèi)用。

數(shù)據(jù)信息傳輸模塊通過2.5G/3G通信技術(shù)負(fù)責(zé)將采集到的數(shù)據(jù)傳遞給數(shù)據(jù)處理中心，數(shù)據(jù)采集則通過在社區(qū)內(nèi)設(shè)置多個(gè)傳感器構(gòu)成協(xié)同感知網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)[5]。

數(shù)據(jù)處理中心模塊負(fù)責(zé)將各個(gè)模塊傳遞過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，并發(fā)布相關(guān)的處理指令。

1.2 系統(tǒng)硬件選擇

ZigBee技術(shù)是一種新型短距離無線通信技術(shù)，在WSN中有著廣泛的應(yīng)用，具有應(yīng)用簡單、功耗低、成本低、可靠性高等特點(diǎn)[6]。本系統(tǒng)本著可靠、易用原則選用ZigBee技術(shù)進(jìn)行車輛識(shí)別和車位監(jiān)測，系統(tǒng)采用的主要硬件有：

車載電子標(biāo)簽：Freescale公司的MC13213芯片，該芯片平常處于低功耗休眠狀態(tài)，當(dāng)被采集器喚醒后無線發(fā)送車輛的ID數(shù)據(jù)，之后立即回到休眠狀態(tài)。

停車位測控節(jié)點(diǎn)：Freescale公司的MC13213芯片。

停車場主控節(jié)點(diǎn)：由2個(gè)MC13213無線傳感網(wǎng)絡(luò)微控制器完成控制、GTM900B （華為 GPRS）和 EM770W （華為WCDMA 3G）兩個(gè)遠(yuǎn)距離無線通信模塊完成通信。

數(shù)據(jù)收發(fā)處理：ColdFire系列芯片MCF52223，該芯片可以通過SCI接口或USB接口與EM770W進(jìn)行通信，與3G/2.5G模塊接口便捷[7]。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)由基礎(chǔ)模塊和核心模塊組成，基礎(chǔ)模塊包括車輛識(shí)別模塊和停車引導(dǎo)模塊，核心模塊為數(shù)據(jù)處理中心模塊，下面對這3個(gè)模塊的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)描述。

2.1 車輛識(shí)別模塊

2.1.1 模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該模塊采用射頻識(shí)別技術(shù)，通過采集器掃描車載電子識(shí)別標(biāo)簽，對小區(qū)出入車輛的信息進(jìn)行自動(dòng)駣集后實(shí)時(shí)發(fā)送信息到數(shù)據(jù)處理中心，由數(shù)據(jù)處理中心對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，通過調(diào)用其他相關(guān)功能模塊，計(jì)算出最佳停車路線，共同完成智能化停車。車輛識(shí)別模塊主要由車載信息、前端信息采集、信息傳輸、數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)營運(yùn)中心及用戶端應(yīng)用系統(tǒng)六部分組成，該模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 車輛識(shí)別模塊結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure chart of vehicle identification module

前端信息采集單元負(fù)責(zé)對車輛即時(shí)狀態(tài)信息進(jìn)行采集；信息傳輸模塊負(fù)責(zé)把采集來的信息傳遞給后面的數(shù)據(jù)處理中心；數(shù)據(jù)處理中心主要負(fù)責(zé)分析處理各處傳來的數(shù)據(jù)信息，執(zhí)行相關(guān)請求，并把執(zhí)行結(jié)果傳送出去；系統(tǒng)營運(yùn)中心以及用戶終端應(yīng)用系統(tǒng)等則負(fù)責(zé)與用戶的交互，把數(shù)據(jù)處理結(jié)果以用戶容易理解的形式給傳遞給用戶。

2.1.2 車輛識(shí)別模塊中數(shù)據(jù)傳輸

為確保采集器對車載電子識(shí)別標(biāo)簽準(zhǔn)確讀取，防止其他電磁波信號(hào)的干擾[8]，當(dāng)采集器發(fā)出讀取信號(hào)，首先處理模塊采用曼徹斯特編碼方式對讀取信號(hào)進(jìn)行編碼處理，再將編好的信號(hào)發(fā)送給電子識(shí)別標(biāo)簽，電子識(shí)別標(biāo)簽則將收到的信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的解碼和分析。為保證采集數(shù)據(jù)的完整性駣用奇偶校驗(yàn)和循環(huán)冗余校驗(yàn)的糾錯(cuò)檢錯(cuò)機(jī)制，原理如圖3所示。

圖3 信號(hào)傳輸原理圖Fig.3 Schematic of signal transmission

2.2 停車引導(dǎo)模塊

停車引導(dǎo)模塊由信息采集、控制中心、通信傳輸、信息發(fā)布等部分組成，其工作流程設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 停車引導(dǎo)模塊流程圖Fig.4 Flow chart of parking guidance module

其中，信息采集部分主要針對車位使用和實(shí)時(shí)道路狀況等信息進(jìn)行采集，采用中心計(jì)算機(jī)式采集方法，由車位測控節(jié)點(diǎn)和道路測控節(jié)點(diǎn)組成。以車位測控節(jié)點(diǎn)為例說明節(jié)點(diǎn)控制程序設(shè)計(jì)，程序主要由3個(gè)部分組成，第一部分完成系統(tǒng)初始化和變量定義，第二部分完成車載電子標(biāo)簽信息的獲取，第三部分完成對是否有數(shù)據(jù)幀需要被處理的判斷，并執(zhí)行相應(yīng)操作。

車位測控節(jié)點(diǎn)接收到從車載電子識(shí)別標(biāo)簽發(fā)來的車輛ID信息后，打開車位擋車器，通過2.5 G或3G模塊將ID信息發(fā)送至控制中心服務(wù)器，更新車位的使用情況。

用戶可通過通過網(wǎng)絡(luò)預(yù)訂車位時(shí)，控制中心將該ID信息傳給車位測控節(jié)點(diǎn)，只有該ID車輛到達(dá)時(shí)，才打開擋車器。

2.3 數(shù)據(jù)處理中心模塊設(shè)計(jì)

2.3.1 數(shù)據(jù)接收

數(shù)據(jù)接收基于RF-ZigBee模塊完成。首先判斷來自各個(gè)模塊數(shù)據(jù)幀是否正確、合法，對合法數(shù)據(jù)幀進(jìn)行處理后通過SCI模塊發(fā)送到2.5G/3G數(shù)據(jù)處理模塊。每當(dāng)數(shù)據(jù)接收模塊收到一個(gè)IRQ中斷，中斷處理程序就開始接收數(shù)據(jù)幀并將數(shù)據(jù)放入緩存。應(yīng)用程序通過循環(huán)掃描方式查看緩存區(qū)是否有數(shù)據(jù)，一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)就取出并進(jìn)行有效性檢查和相應(yīng)處理最后轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。為確保及時(shí)收集系統(tǒng)資源，將已發(fā)送數(shù)據(jù)幀緩存區(qū)定時(shí)清除。

2.3.2 發(fā)送數(shù)據(jù)

發(fā)送數(shù)據(jù)同樣基于RF-ZigBee模塊完成。發(fā)送數(shù)據(jù)部分負(fù)責(zé)偵聽串口數(shù)據(jù)、解析數(shù)據(jù)幀、判斷數(shù)據(jù)的有效性和合法性、處理數(shù)據(jù)幀、發(fā)送數(shù)據(jù)幀給傳感網(wǎng)絡(luò)。

2.3.3 中斷處理函數(shù)設(shè)計(jì)

主要包括IRQ中斷和UART的中斷。使用了IRQ3和UART0/USB中斷。IRQ3負(fù)責(zé)同步接收串口的數(shù)據(jù)。每次出現(xiàn)IRQ3中斷，將接收計(jì)數(shù)標(biāo)志清0。UART0/USB負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)，每接收到一個(gè)數(shù)據(jù)，接收計(jì)數(shù)標(biāo)志加1，直至達(dá)到數(shù)據(jù)幀的長度后作對應(yīng)的校驗(yàn)，若正確將置對應(yīng)的標(biāo)志位

2.3.4 數(shù)據(jù)處理主函數(shù)設(shè)計(jì)

該函數(shù)主要由兩部分組成，第一部分完成對控制中心的GPRS/WCDMA模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)聽和處理、處理后通過串口同步信號(hào)和UART0發(fā)送到MC13213無線傳感網(wǎng)絡(luò)主控節(jié)點(diǎn)模塊。第二部分完成對USB/UART接收數(shù)據(jù)的監(jiān)聽和解析、封裝為數(shù)據(jù)幀，通過GPRS/WCDMA模塊發(fā)送到監(jiān)控中心的服務(wù)器上。

3 結(jié)束語

本小區(qū)智能停車管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了車輛識(shí)別、車位預(yù)約、停車引導(dǎo)等功能，通過ZigBee，無線傳感網(wǎng)、RFID、2.5G/3G通信等技術(shù)完成了“車—停車位—停車場”相互感知，幫助小區(qū)物業(yè)工作者擺脫了人工指揮、停車難、停車亂、工作效率低下的現(xiàn)狀，既方便了車主也使小區(qū)物業(yè)管理更加自動(dòng)化、規(guī)范化。實(shí)際應(yīng)用說明，本文的工作具有較高的產(chǎn)業(yè)化價(jià)值。

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