基于物联网技术的小区智能停车系统设计

李玮瑶，王飞飞，吕海莲

（平顶山学院 河南 平顶山 467000）

随着我国经济水平的飞速发展，我国私家车拥有量逐年急速上升，小区车位的智能化管理已经成为提升住户居住环境，物业服务水平的重要工作[1]。近几年物联网技术的不断发展，红外感应器、射频识别 （RFID）、M2M、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备越来越多的被应用到各行各业的智能化管理中，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理[2]。目前我国大多数小区的车位管理还停滞在人工管理、缺乏统一标准和技术规范、缺乏统一的资源平台管理的状态[3]。因此，本文在分析现有小区停车管理系统的基础上，采用新型的射频识别技术和无线通信技术，设计了一种基于物联网的智能停车管理系统，该系统主要包括车辆自动识别、车辆自动引导基本模块和数据处理核心模块等部分，能够实现车辆识别、车位预约、停车引导等功能。

1 系统总体设计

1.1 系统架构设计

本小区智能停车系统采用2.5G/3G通信技术完成管理软件和控制节点间的信息传输，通过在小区内所有停车场区域及停车位布放无线传感节点从而形成一个无线传感网（停车位自组网络），利用该网络完成停车和道路信息情况的监控和数据采集，并由数据处理中心完成相关数据的处理。系统由车辆识别模块、停车引导模块、信息传输模块、数据处理中心模块组成[4]。系统总体架构设计如图1所示。

图1 系统总体架构图Fig.1 System overall design

车辆识别模块负责对小区出入车辆的ID信息进行駣集、传输。

停车引导模块包括负责接收车位预定请求，自动计算最优停车位，反馈预定结果和停车引导地图，根据停车时间计算停车费用。

数据信息传输模块通过2.5G/3G通信技术负责将采集到的数据传递给数据处理中心，数据采集则通过在社区内设置多个传感器构成协同感知网络实现[5]。

数据处理中心模块负责将各个模块传递过来的数据进行分析、处理，并发布相关的处理指令。

1.2 系统硬件选择

ZigBee技术是一种新型短距离无线通信技术，在WSN中有着广泛的应用，具有应用简单、功耗低、成本低、可靠性高等特点[6]。本系统本着可靠、易用原则选用ZigBee技术进行车辆识别和车位监测，系统采用的主要硬件有：

车载电子标签：Freescale公司的MC13213芯片，该芯片平常处于低功耗休眠状态，当被采集器唤醒后无线发送车辆的ID数据，之后立即回到休眠状态。

停车位测控节点：Freescale公司的MC13213芯片。

停车场主控节点：由2个MC13213无线传感网络微控制器完成控制、GTM900B （华为 GPRS）和 EM770W （华为WCDMA 3G）两个远距离无线通信模块完成通信。

数据收发处理：ColdFire系列芯片MCF52223，该芯片可以通过SCI接口或USB接口与EM770W进行通信，与3G/2.5G模块接口便捷[7]。

2 系统实现

本系统由基础模块和核心模块组成，基础模块包括车辆识别模块和停车引导模块，核心模块为数据处理中心模块，下面对这3个模块的设计进行详细描述。

2.1 车辆识别模块

2.1.1 模块结构设计

该模块采用射频识别技术，通过采集器扫描车载电子识别标签，对小区出入车辆的信息进行自动駣集后实时发送信息到数据处理中心，由数据处理中心对数据进行分析和处理，通过调用其他相关功能模块，计算出最佳停车路线，共同完成智能化停车。车辆识别模块主要由车载信息、前端信息采集、信息传输、数据处理、系统营运中心及用户端应用系统六部分组成，该模块的结构设计如图2所示。

图2 车辆识别模块结构图Fig.2 Structure chart of vehicle identification module

前端信息采集单元负责对车辆即时状态信息进行采集；信息传输模块负责把采集来的信息传递给后面的数据处理中心；数据处理中心主要负责分析处理各处传来的数据信息，执行相关请求，并把执行结果传送出去；系统营运中心以及用户终端应用系统等则负责与用户的交互，把数据处理结果以用户容易理解的形式给传递给用户。

2.1.2 车辆识别模块中数据传输

为确保采集器对车载电子识别标签准确读取，防止其他电磁波信号的干扰[8]，当采集器发出读取信号，首先处理模块采用曼彻斯特编码方式对读取信号进行编码处理，再将编好的信号发送给电子识别标签，电子识别标签则将收到的信号进行相应的解码和分析。为保证采集数据的完整性駣用奇偶校验和循环冗余校验的纠错检错机制，原理如图3所示。

图3 信号传输原理图Fig.3 Schematic of signal transmission

2.2 停车引导模块

停车引导模块由信息采集、控制中心、通信传输、信息发布等部分组成，其工作流程设计如图4所示。

图4 停车引导模块流程图Fig.4 Flow chart of parking guidance module

其中，信息采集部分主要针对车位使用和实时道路状况等信息进行采集，采用中心计算机式采集方法，由车位测控节点和道路测控节点组成。以车位测控节点为例说明节点控制程序设计，程序主要由3个部分组成，第一部分完成系统初始化和变量定义，第二部分完成车载电子标签信息的获取，第三部分完成对是否有数据帧需要被处理的判断，并执行相应操作。

车位测控节点接收到从车载电子识别标签发来的车辆ID信息后，打开车位挡车器，通过2.5 G或3G模块将ID信息发送至控制中心服务器，更新车位的使用情况。

用户可通过通过网络预订车位时，控制中心将该ID信息传给车位测控节点，只有该ID车辆到达时，才打开挡车器。

2.3 数据处理中心模块设计

2.3.1 数据接收

数据接收基于RF-ZigBee模块完成。首先判断来自各个模块数据帧是否正确、合法，对合法数据帧进行处理后通过SCI模块发送到2.5G/3G数据处理模块。每当数据接收模块收到一个IRQ中断，中断处理程序就开始接收数据帧并将数据放入缓存。应用程序通过循环扫描方式查看缓存区是否有数据，一旦发现数据就取出并进行有效性检查和相应处理最后转发数据。为确保及时收集系统资源，将已发送数据帧缓存区定时清除。

2.3.2 发送数据

发送数据同样基于RF-ZigBee模块完成。发送数据部分负责侦听串口数据、解析数据帧、判断数据的有效性和合法性、处理数据帧、发送数据帧给传感网络。

2.3.3 中断处理函数设计

主要包括IRQ中断和UART的中断。使用了IRQ3和UART0/USB中断。IRQ3负责同步接收串口的数据。每次出现IRQ3中断，将接收计数标志清0。UART0/USB负责接收数据，每接收到一个数据，接收计数标志加1，直至达到数据帧的长度后作对应的校验，若正确将置对应的标志位

2.3.4 数据处理主函数设计

该函数主要由两部分组成，第一部分完成对控制中心的GPRS/WCDMA模块发送的数据进行监听和处理、处理后通过串口同步信号和UART0发送到MC13213无线传感网络主控节点模块。第二部分完成对USB/UART接收数据的监听和解析、封装为数据帧，通过GPRS/WCDMA模块发送到监控中心的服务器上。

3 结束语

本小区智能停车管理系统实现了车辆识别、车位预约、停车引导等功能，通过ZigBee，无线传感网、RFID、2.5G/3G通信等技术完成了“车—停车位—停车场”相互感知，帮助小区物业工作者摆脱了人工指挥、停车难、停车乱、工作效率低下的现状，既方便了车主也使小区物业管理更加自动化、规范化。实际应用说明，本文的工作具有较高的产业化价值。

[1]范红丽.我国大城市停车引导信息发布系统的模型与方法研究[M].北京:北京交通大学出版社，2008.

[2]袁东亮.物联网的研究与应用[D].北京：中国地质大学，2012.

[3]刘文利.国内停车场管理系统的现状与发展趋势[J].中国新技术新产品，2011（1）:20-24 LIU Wen-li.Situation and development trend of domestic car park management system[J].Chinese New Technology and New Products，2011（1）:20-24.

[4]领靖.基于物联网技术的城市停车诱导系统研究 [D].北京：北京邮电大学，2011.

[5]张晓东.射频识别技术和图像（车牌）识别技术在车辆管理上的应用[J].硅谷，2012，16（4）:20-21.ZHANG Xiao-dong.Radio frequency identification technologyand image （license plate） on the vehicle identification technology management[J].Silicon Valley，2012，16（4）:20-21.

[6]李艳萍，察晓龙，于东敏.基于物联网技术的停车诱导系统的架构分析[J].电脑知识与技术，2013（5）:1207-1208 LI Yan-ping，CHA Xiao-long，YU Dong-min.Analysis based architecturenetworkingtechnologyparkingguidancesystem[J].Computer Knowledge and Technology，2013（5）:1207-1208.

[7]高晶.基于无线传感器网络的油井防盗监测系统的研究[D].南京:武汉理工大学，2011.

[8]阮星.几种智能家居无线组网技术的分析和比较[J].科技信息，2010（4）:39-42.RUAN Xing.The analysis and comparison of several smart home wireless network technology[J].Science and Technology Information，2010（4）:39-42.