基于Zigbee的无线智能停车场系统设计*

杨小天 袁 迪 高晓红

(1:吉林建筑大学电气与电子信息工程学院，长春 130118;2:吉林省建筑电气综合节能重点实验室，长春 130118)

0 引言

随着社会进步和经济的飞速发展，国民购买力日益提高，导致汽车数量的不断增长，公共场所停车问题日益严峻.智能停车场系统作为目前交通运输领域的前沿课题，针对急迫的交通需求，将计算机技术、传感器技术及通信技术等高新技术进行集成，改造传统停车场，建造新型智能停车场以缓解现今存在的停车难现象.近几年，随着物联网技术的发展，Zigbee技术在停车场管理系统中的应用越来越广泛，本方案选用网络覆盖广、抗干扰能力强、成本低廉、系统稳定性高的Zigbee无线通信技术，配合车辆检测技术与上位机管理，构成一套具有泊车引导功能的无线智能停车场系统.

1 系统总体结构

1.1 系统结构

本文所设计的智能停车场系统，包括车辆检测部分和通信部分.车辆检测部分职能是对车位状况进行实时监测，每个车位装置感应线圈车辆检测器，当车辆驶入和驶出车位时会通过通信部分将车位信息向上位机发送.通信部分采用Zigbee无线通信技术，借助各个通信模块实现整个停车场车位信息的远程通信与共享.Zigbee网络的协调器部分将车位信息送至上位机，完成对用户的泊车引导和车位显示.

1.2 系统工作原理

本智能停车场系统Zigbee无线通信网络基于IEEE 802.15.4无线标准所开发而成，是一种短距离、低功耗、低速率传输的双向通信网络.本系统要在停车场范围内实现随时随地传输车位信息并完成停车诱导功能，需要搭建覆盖停车场范围的Zigbee网络作为停车场信息传输的总线.网络拓补由一个协调器，若干路由和相等于车位数量的终端设备组成.每个车位配置一个终端设备与车辆检测器连接，当车辆驶入或驶出时车辆检测器将检测信号送至终端设备，经过路由向协调器发送，协调器收到车位信息后与上位机串口通信，上位机完成对LED的显示控制，并通过人机交换界面对停车场进行监控.系统结构图如图1所示.

图1 系统结构图

2 系统硬件模块

2.1 车辆检测器

图2 车辆检测器结构

本文中车辆检测器采用环形线圈车辆检测器，是一种基于电磁感应原理的车辆检测器，传感器部分是埋在地下的通有工作电流的环形线圈.当车辆通过环形线圈时，车辆铁质切割磁感线，引起线圈回路电感量变化，通过检测该电感量变化就可以检测出车辆的存在［1］.车辆检测器结构图如图2所示.

地感线圈与调谐电路并联，组成一个LC调谐电路，LC电路中的电感量取自地感线圈，没有车辆驶入时整个LC调谐电路中的电容量与电感量保持恒定值.当车辆驶入时，由于车身金属材料与线圈的互感作用，对线圈产生去磁效果，线圈电感量变小，引起LC谐振电路频率变小.LC电路产生频率变小的正弦波信号，经过放大后由整形电路进行A/D转换送至单片机.单片机将接收的信号与安装时设定好的正常频率值进行对比，接收信号大于设定信号时判定为有车.

LC震荡回路工作原理公式［2］:

2.2 Zigbee无线网络

我们选用Chipcon公司生产开发的无线通信芯片CC2430，该芯片能够满足Zigbee为基础的2.4GHz波段应用及对低成本、低功耗的要求，它结合一个高性能2.4GHz DSSS(直接序列扩频)射频收发器核心和一颗工业级小巧高效的8051控制器.CC2430的设计结合了8Kbyte的RAM及强大的外围模块，并且有3种不同的版本，是根据不同的闪存空间32，64和128kByte来优化复杂度与成本的组合［3］.CC2430将射频模块与8051集成，天线收到射频信号经过放大与变频处理后得到中频信号，再经滤波、放大、整形、解调后送至8051处理，并由外部扩充的特殊功能寄存器控制发送.

3 系统软件设计

系统软件设计分为车辆检测阈值比较设计与Zigbee无线收发设计，主要采用C语言编程.车辆检测部分设计采用Keil C51开发系统.Zigbee无线收发部分采用IAR Embedded Workbench与Z－stack对CC2430的工作方式和收发流程进行设计.

3.1 车辆检测程序设计

本文对振荡频率的检测采用CC2430，将整形后的震荡信号送至T0口，TO作为计数器单位时间内测得的脉冲数设为NE，无车时测得的单位时间脉冲数为N作为经验量预存在EEPROM中，当NE＞N时判定为有车，NE≦N时判定为无车.车辆检测程序流程如图3所示.

3.2 Zigbee无线收发设计

Zigbee网络工作采用应答机制避免设备直接的干扰，在Z－stack的编译中定义通信网络的协调器、路由和终端设备，协调器负责整个网络的启动并决定网终ID和信道，路由作为网络传输的中转站，终端设备接收检测器信号并向上级传输.使用IAR Embedded Workbench对CC2430工作方式进行编译，信息传输时协调器通过查询路由表找到下层路由，向其发送搜索信号，当路由接收到数据包后会继续根据路由表寻找下一个路由或下层目标节点.下层节点用相同的流程发送数据包至上层目标节点.无线网络传输流程如图4所示.

图3 车辆检测程序流程

图4 无线网络传输流程

4 结语

本系统采用Chipcon公司生产开发的无线通信芯片CC2430作为Zigbee网络的数据收发控制芯片，在Zigbee无线网络的搭建与车辆检测器对车位信息的采集、分析的基础上，配合上位机的管理与LED的显示构建成一个具有泊车引导功能的无线智能停车场.本文为泊车困难问题提供了高效实用的解决方案，此系统性能稳定，安装简便，节约成本，大大节约人力资源.另外，本文的思路对Zigbee网络在各个领域的应用均具有一定的参考价值.

［1］赵 亮.单线圈车辆检测器的研究与开发［D］.济南:山东大学，2006.

［2］邱关源.电路［M］.北京:高等教育出版社，1999:210－211.

［3］黄沈磊.基于Zigbee的自组网无线路灯控制系统［D］.苏州:苏州大学，2010.