蘇建志，王鋒，李嘉煌

(泉州師范學(xué)院 物理與信息工程學(xué)院，福建 泉州 362000)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及城市汽車保有量的不斷提升，城市泊車位置供需矛盾突出.停車場管理過程中問題不斷顯現(xiàn)，停車難題進(jìn)一步加劇.城市現(xiàn)有的停車場需要人工輔助管理，自動化程度不高,智慧化程度水平不夠，停車場之間無法互通互聯(lián)而實(shí)現(xiàn)資源共享.一方面車主難以找到合適的停車位停車，另外一方面停車場難以高效地給車主提供車位信息.停車場管理效率低下.當(dāng)前，各種技術(shù)廣泛應(yīng)用于停車場中[1-2]，有基于NB-IoT技術(shù)和J2EE技術(shù)的停車檢測系統(tǒng)[3-5]，有基于Android平臺和C#軟件等技術(shù)的停車場控制系統(tǒng)[6-10]，有基于機(jī)器視覺和PLD的停車場引導(dǎo)系統(tǒng)[11-12]，有基于物聯(lián)網(wǎng)的停車場道閘控制系統(tǒng)[13-15].這些控制系統(tǒng)具有一定局限性，首先系統(tǒng)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜、開發(fā)周期較長、成本較高，另外無法對停車場的停車數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的分析和二次開發(fā)利用，客戶端交互性能差，無法滿足移動互聯(lián)網(wǎng)的用戶需求；因此有必要開發(fā)一款基于5G網(wǎng)絡(luò)云平臺的智慧停車控制與管理系統(tǒng).

5G網(wǎng)絡(luò)即第五代移動通信網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)傳輸速率比4G快100倍，最高可達(dá)10 Gbit/s，使遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程無人值守智慧停車場等各種遠(yuǎn)程裝備普及成為可能.通過對車牌抓拍識別系統(tǒng)的有效利用和智能車牌識別系統(tǒng)設(shè)計(jì)，基于5G網(wǎng)絡(luò)的無人值守智慧停車場能夠快速識別車牌，高速交互停車場控制信息，實(shí)現(xiàn)車場道閘控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和高速化，能夠遠(yuǎn)程控制無人值守停車場；并在大數(shù)據(jù)支持下，實(shí)現(xiàn)對城市智慧交通、智慧無人值守停車場等方面的升級改造.

本研究通過基于5G網(wǎng)絡(luò)的高清攝像頭車牌抓拍識別系統(tǒng)、基于微信小程序的停車場管理系統(tǒng)、基于5G網(wǎng)絡(luò)的道閘控制系統(tǒng)以及顯示系統(tǒng)、基于阿里云服務(wù)器軟件系統(tǒng)組成一套完整的基于5G網(wǎng)絡(luò)的智慧無人值守停車場控制系統(tǒng).該系統(tǒng)包括用戶遠(yuǎn)程預(yù)約車位、遠(yuǎn)程無人值守出入閘控制系統(tǒng)，基于5G網(wǎng)絡(luò)的攝像頭車牌抓拍識別系統(tǒng)，二維碼識別支付系統(tǒng)等.

1 基于5G網(wǎng)絡(luò)的智慧無人值守停車場控制系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

基于5G網(wǎng)絡(luò)的智慧無人值守停車場控制系統(tǒng)不僅能夠通過5G網(wǎng)絡(luò)來收集無人值守停車場的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行環(huán)境，而且能夠通過基于阿里云停車管理系統(tǒng)遠(yuǎn)程管理無人值守停車場，通過5G網(wǎng)絡(luò)傳送各種控制命令給高清網(wǎng)絡(luò)攝像頭進(jìn)行車輛信息抓拍識別，根據(jù)抓拍識別的車牌號，發(fā)送控制命令給基于5G網(wǎng)絡(luò)的道閘控制系統(tǒng)，有效控制車輛進(jìn)入無人值守停車場.另外，各個停車場之間能夠互聯(lián)互通，停車位資源共享，停車場協(xié)調(diào)控制，提升城市智慧交通和解決停車難題.基于5G網(wǎng)絡(luò)的智慧無人值守停車場控制系統(tǒng)框架圖如圖1所示.

圖1 基于5G網(wǎng)絡(luò)的智慧無人值守停車場系統(tǒng)框架圖Fig.1 Diagram of smart unattended parking system based on 5G network

1.1 基于阿里云的智慧無人值守停車管理系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

基于阿里云的智慧無人值守停車場管理系統(tǒng)主要由無人值守計(jì)費(fèi)管理系統(tǒng)、車輛車牌信息登記系統(tǒng)、應(yīng)急通道管理系統(tǒng)、信息顯示控制系統(tǒng)等組成.

當(dāng)車輛進(jìn)入停車場時，首先通過入口高清攝像頭抓拍車輛信息，然后傳送到車輛車牌信息識別系統(tǒng)，經(jīng)過識別系統(tǒng)識別把車牌信息傳送到阿里云停車管理系統(tǒng)進(jìn)行車牌登記，導(dǎo)入阿里云車牌信息數(shù)據(jù)庫.阿里云服務(wù)器把車牌等信息發(fā)給基于微信小程序的客戶端管理系統(tǒng)，同時通過網(wǎng)絡(luò)將開閘命令傳送給道閘控制系統(tǒng)，道閘控制系統(tǒng)驅(qū)動電機(jī)抬桿開閘.當(dāng)抬桿到位后停止開閘，此時桿豎立起來，電機(jī)停止工作.當(dāng)車輛駛?cè)胪＼噲鲞^程中，地感線圈感應(yīng)到車輛駛?cè)?，發(fā)送防砸指令給道閘控制系統(tǒng)，道閘控制系統(tǒng)停止電機(jī)轉(zhuǎn)動.當(dāng)車輛完全駛?cè)胪＼噲?，地感線圈發(fā)送降桿命令給道閘控制系統(tǒng)，道閘控制驅(qū)動電機(jī)降桿，無人值守停車場實(shí)現(xiàn)車輛自動識別，道閘控系統(tǒng)自動開關(guān)閘.

當(dāng)車輛駛離停車場時，首先通過出口高清攝像頭抓拍車輛信息，然后傳送到車輛車牌信息識別系統(tǒng)，

圖2 智慧無人值守停車管理系統(tǒng)框架圖Fig.2 Diagram of smart unattended parking management system

經(jīng)過識別把車牌信息傳送到阿里云停車管理系統(tǒng)，基于阿里云的無人值守收費(fèi)系統(tǒng)按照收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì).當(dāng)駕駛者通過二維碼掃描付款時候，通過網(wǎng)絡(luò)把停車時長以及付款金額發(fā)送到駕駛者手機(jī)上.當(dāng)收到車主付款完畢后，發(fā)送已付款信息到微信小程序客戶端管理系統(tǒng)，同時發(fā)送開閘命令給道閘控制系統(tǒng)，道閘控制系統(tǒng)驅(qū)動電機(jī)抬桿開閘.當(dāng)抬桿到位后停止開閘，桿豎立起來，電機(jī)停止工作.當(dāng)車輛駛離停車場過程中，地感線圈感應(yīng)到車輛駛離，發(fā)送防砸指令給道閘控制系統(tǒng).當(dāng)車輛完全駛離停車場，地感線圈發(fā)送降桿命令給道閘控制系統(tǒng)，道閘控制驅(qū)動電機(jī)降桿，無人值守停車場實(shí)現(xiàn)車輛自動繳費(fèi)，道閘控系統(tǒng)自動開關(guān)閘.基于阿里云的智慧無人值守停車管理系統(tǒng)框架如圖2所示.

1.2 基于5G網(wǎng)絡(luò)的道閘控制系統(tǒng)系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

道閘控制系統(tǒng)主要控制道閘電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)車輛進(jìn)出控制.當(dāng)阿里云停車管理系統(tǒng)發(fā)送開閘控制命令，基于單片機(jī)的網(wǎng)絡(luò)模塊W5500收到道閘控制命令后，驅(qū)動道閘電機(jī)正轉(zhuǎn)，閘門通過電機(jī)抬桿.當(dāng)抬桿到位時，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，若車輛駛出車場，地感線圈會感應(yīng)車輛通過，地感線圈輸出高電平給單片機(jī)輸入口.此時單片機(jī)得到通知電機(jī)繼續(xù)保持停止，防止閘機(jī)放桿砸到車輛.當(dāng)車輛完全駛離車場，地感線圈輸出低電平給單片機(jī)輸入口，此時單片機(jī)驅(qū)動電機(jī)反轉(zhuǎn)，及時降落道閘桿，防止車場其他車輛逃離車場.當(dāng)?shù)篱l降落桿到位時，通過W5500網(wǎng)絡(luò)模塊發(fā)送道閘到位狀態(tài)給基于云端停車管理系統(tǒng).

另外，當(dāng)停車場的網(wǎng)絡(luò)故障無法修復(fù)而車輛需要緊急駛出停車場時，只要客人通過二維碼掃描支付完畢，系統(tǒng)將發(fā)送緊急密碼到客人的手機(jī)端.當(dāng)客人通過密碼鍵盤輸入正確密碼時，單片機(jī)接收到正確密碼后，直接驅(qū)動電機(jī)開閘抬桿，讓車輛順利離開車場.道閘控制系統(tǒng)的框架圖如圖3所示.

圖3 道閘控制系統(tǒng)框架圖Fig.3 Diagram of barrier control system

2 基于5G網(wǎng)絡(luò)的智慧無人值守停車場硬件設(shè)計(jì)

2.1 基于5G網(wǎng)絡(luò)的智慧無人值守停車場硬件總體功能

基于5G網(wǎng)絡(luò)的數(shù)控控制系統(tǒng)主要由五個部分組成:電源管理模塊、W5500網(wǎng)絡(luò)接口模塊、電機(jī)控制模塊、密碼鍵盤模塊、LED顯示模塊.電源管理模塊主要對智慧無人值守停車場的攝像頭、道閘控制系統(tǒng)、顯示器提供電源.從220 V的交流電源經(jīng)過整流提供12 V直流電，提供給道閘控制系統(tǒng)以及顯示系統(tǒng);然后12 V電源經(jīng)過LM2596提供穩(wěn)定的5 V電源，在經(jīng)過AMS1117電壓調(diào)節(jié)電路輸出3.3 V電源，提供給STM單片機(jī)系統(tǒng).W5500網(wǎng)絡(luò)接口模塊負(fù)責(zé)接收來自基于云端的停車管理系統(tǒng)的命令以及數(shù)據(jù).當(dāng)云端停車管理系統(tǒng)收到來自網(wǎng)絡(luò)攝像頭的圖像信號，經(jīng)過解析和提取車牌，然后發(fā)送進(jìn)出場時間以及車牌號、收費(fèi)情況、道閘控制命令給基于W5500網(wǎng)絡(luò)接口模塊.當(dāng)網(wǎng)絡(luò)接口模塊接收到數(shù)據(jù)以及命令后，通過SPI總線把數(shù)據(jù)發(fā)送給基于STM單片的嵌入式控制道閘系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對道閘系統(tǒng)的控制以及LED屏的顯示.W5500的網(wǎng)絡(luò)接口模塊如圖4所示.

圖4 基于W5500的網(wǎng)絡(luò)接口模塊原理圖Fig.4 Schematic diagram of network interface based on chipset W5500

電機(jī)控制模塊主要負(fù)責(zé)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，通過控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)道閘控制系統(tǒng)的起落桿.STM單片機(jī)接收到來W5500網(wǎng)絡(luò)接口模塊的抬桿或降桿命令時，發(fā)送相應(yīng)的控制電平驅(qū)動對應(yīng)的繼電器，通過繼電器開控制道閘系統(tǒng)的起落桿.同時STM單片機(jī)通過中斷來實(shí)時監(jiān)測地感線圈發(fā)送過來的控制信號.當(dāng)有車輛在地感線上，地感線圈檢測系統(tǒng)將發(fā)出高電平給STM單片機(jī)，STM單片機(jī)發(fā)送防砸信號給道閘控制系統(tǒng)，以保證道閘控制系統(tǒng)不會砸壞車輛.電機(jī)控制模塊原理圖如圖5所示.

圖5 電機(jī)控制模塊原理圖Fig.5 Schematic diagram of motor control module

基于無人值守的停車場通過網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行與控制，當(dāng)無人值守停車場因?yàn)椴豢煽沽υ虺霈F(xiàn)無網(wǎng)絡(luò)時，客人通過掃描二維碼付款后，基于云端的停車管理系統(tǒng)如果無法通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送命令給停車場時，同時發(fā)送密碼到客人的手機(jī)上.客人通過密碼鍵盤輸入密碼，當(dāng)STM單片機(jī)接收到密碼后，會和本地的密碼庫來比對.如果密碼輸入正確，直接控制道閘控制系統(tǒng)，讓車輛駛離停車場.當(dāng)車輛駛離后，自動降落桿，實(shí)現(xiàn)停車場的出入控制.

3 基于5G網(wǎng)絡(luò)的智慧無人值守停車場軟件設(shè)計(jì)

3.1 基于5G網(wǎng)絡(luò)的車牌抓拍識別系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

當(dāng)車輛駛?cè)胪＼噲鋈肟跁r，基于5G網(wǎng)絡(luò)的高清攝像頭自動抓拍車輛視頻圖像信息，對獲取的每一幀圖像，利用智能高效視頻檢測技術(shù)對車牌進(jìn)行定位和跟蹤，從中自動提取車牌圖像.把抓拍到的車輛信息圖片發(fā)送到百度AI車牌自動識別系統(tǒng)進(jìn)行車牌識別.同時，將把抓拍的車輛信息圖片經(jīng)過圖像預(yù)處理，截取和定位車牌圖像，然后經(jīng)過車牌精準(zhǔn)定位、字符分割和字符識別，解析車牌信息，得到車牌顏色和車牌號碼.最后，將百度AI車牌自動識別系統(tǒng)識別到的車牌號碼和本地識別到的車牌號碼進(jìn)行智能比對和判斷，得到最終的車牌號碼，并將車牌號碼通過基于5G網(wǎng)絡(luò)的攝像頭發(fā)送到基于云端的停車場管理系統(tǒng)中.車牌抓拍識別系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程如圖6所示.

3.2 基于云端停車場管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

基于網(wǎng)絡(luò)的高清攝像頭抓拍車牌，通過TCP/IP協(xié)議發(fā)送車牌信息到停車場管理系統(tǒng).停車場管理系統(tǒng)根據(jù)IP地址判斷屬于哪個停車場，再將對應(yīng)的車牌信息與系統(tǒng)的車牌信息庫進(jìn)行比對.如果車牌號碼不在黑名單中，通過TCP/IP發(fā)送車牌管理信息給道閘控制系統(tǒng)，道閘控制系統(tǒng)驅(qū)動基于串口485的顯示屏，顯示相關(guān)的車牌信息、入場時間以及車輛類型.同時，發(fā)送開閘命令給道閘控制系統(tǒng)，驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行抬桿動作，順利開閘，方便車輛進(jìn)入停車場泊車.

當(dāng)車輛要離開停車場時，出口處的高清攝像頭抓拍車牌信息.當(dāng)客戶掃描二維碼時，通過云端軟件系統(tǒng)計(jì)算該車牌的停車時間、停車費(fèi)用，將車牌信息以及停車時間、停車費(fèi)用發(fā)送到客戶手機(jī)上.客戶點(diǎn)擊支付后，基于云端的停車管理收費(fèi)系統(tǒng)軟件收到支付完畢通知，發(fā)送開閘命令給道閘控制系統(tǒng)，驅(qū)動電機(jī)開閘，車輛駛出停車場.車輛駛出停車場軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖7所示.

圖6 基于5G網(wǎng)絡(luò)的車牌抓拍識別系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖 圖7 車輛離開停車場軟件控制流程圖Fig.6 Flow chart of license plate number car leave from parking place Fig.7 Flow chart of software control when differentiation system based on 5G network

3.3 基于芯片W5500道閘控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

基于W5500道閘控制系統(tǒng)主要通過W5500芯片接收來自云端停車管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和命令.當(dāng)W5500通過TCP/IP協(xié)議接收來自云端的數(shù)據(jù)包后，通過解析數(shù)據(jù)包分離出數(shù)據(jù)和命令，再通過SPI總線發(fā)送命令基于STM單片機(jī)的道閘控制系統(tǒng)，驅(qū)動MAX3485芯片發(fā)送數(shù)據(jù)到基于串口485的顯示屏，從而實(shí)現(xiàn)道閘控制系統(tǒng)的起落桿以及出入車牌號、停車時間、收費(fèi)情況等的顯示和播報.

3.4 密碼鎖控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

當(dāng)客戶要駛離停車場，若停車場沒有網(wǎng)絡(luò)，停車場無法通過攝像頭抓拍車牌號.此時，客戶掃描二維碼，輸入車牌號，基于云端的停車系統(tǒng)軟件自動計(jì)算停車時間和需要繳費(fèi)的金額，再通過網(wǎng)絡(luò)直接發(fā)送到客戶手機(jī)，客人支付完畢后，系統(tǒng)再發(fā)送一個密碼到客戶手機(jī)，此時客戶通過密碼鍵盤輸入密碼.驗(yàn)證輸入密碼后，基于STM的單片機(jī)會根據(jù)本地的密碼來解鎖，直接控制道閘控制系統(tǒng)的電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)道閘控制系統(tǒng)的起落桿控制.

3.5 基于網(wǎng)絡(luò)的智慧無人值守停車場系統(tǒng)軟件

基于網(wǎng)絡(luò)的智慧無人值守停車場系統(tǒng)軟件主要由系統(tǒng)初始化、TCP/IP協(xié)議棧、道閘控制系統(tǒng)軟件、LED屏顯示、密碼鍵盤五大部分組成，整個系統(tǒng)的主程序如下：

void initMain(void){

SYS_init(); //系統(tǒng)時鐘初始化

init_Display(); //顯示初始化

drawInitUI();

RTC_Config();

init_W5500();

updateSysinitProgress(65);

if(SYS_CONFIG.dhcp){//

init_dhcp_men();

init_dhcp_client();

try_times=0;

while(check_DHCP_state(SOCK_DHCP)!=DHCP_RET_UPDATE){

try_times++;

OLED_ShowNum(80,6,try_times,3,16);

if(try_times==255){

reboot();

}

delay_ms(10);

}

memcpy(SYS_CONFIG.lip,DHCP_GET.lip,4);

memcpy(SYS_CONFIG.sub,DHCP_GET.sub,4);

memcpy(SYS_CONFIG.gw,DHCP_GET.gw,4);

updateSysinitProgress(86);

}

try_times=0;

while(!set_Network()){

try_times++;if(try_times==255){//

reboot();

}

delay_ms(20);

}

drawMain();

}

int main (void){//

initMain();

while(1){

updateWWDGtime();//

do_tcps();//

do_https();

dealData();

dealHandler();//

if(reboot_tag)reboot();

delay_ms(10);

if(R_buf_index!=0){

if(R_buf_index!=R_index_temp)cnt=0;

else cnt++;

R_index_temp=R_buf_index;

if(cnt>2){//

if(R_buf[1]=='I'&&R_buf[6]=='A'){

pwindex=(R_buf[3]-'0')*10+R_buf[4]-'0';

updatePwIndex(pwindex);

for(i=0;i<10;i++){

adminpw[i]=R_buf[8+i];

}

updateAdminPw(adminpw);

}

if(R_buf[1]=='P'&&R_buf[3]=='N'){

openDaoZha();

}

clear_R_buf();

}

}

}

}

4 結(jié)論

設(shè)計(jì)基于5G網(wǎng)絡(luò)智慧無人值守停車場控制系統(tǒng)，將停車場的高清攝像頭、出入道閘控制系統(tǒng)等設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化，通過基于云端的智慧無人值守停車場管理系統(tǒng)有效管理停車場的車輛進(jìn)出，實(shí)現(xiàn)停車場的無人化管理.該系統(tǒng)可節(jié)省大量人力，提高生產(chǎn)效率，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益.