基于物联网的智能停车场管理系统设计及实现

张素红++李博++吴飞++杨广达

摘 要：随着汽车工业的迅猛发展，我国汽车拥有量急剧增加，停车场作为交通设施的重要组成部分，人们对其管理的要求也不断提高，都希望管理能够达到方便、快捷以及安全的效果，并且停车场的规模也在不断扩大。停车场的规模各不相同，对其进行管理的模式也有不同之处，管理者需要根据自身的条件，选择应用经济、稳定的管理程序，以免选择高成本的管理系统。文章旨在设计一套包括高级管理员管理模块、普通管理员管理模块、用户管理模块的大规模停车场管理系统，并从系统整体框架设计、系统硬件设计、系统软件设计以及软件测试等几个方面进行阐述，希望在实用性方面具有自己的特色并保持一定的可扩展性。

关键词：汽车工业；停车场管理系统；实用性；可扩展性

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2015）11-00-04

0 引 言

目前随着我国经济的不断发展，人们的生活水平不断提高，城市化和城镇化被列为我国经济发展的一个方向，急剧增长的城市人口和不断扩大的城市规模在为城市交通带来更大的发展机遇的同时，也将使城市交通面临更大的挑战。最近几年汽车工业也在迅猛发展，私家车数量也在急剧增多，人们将面对日益突出的“停车难”现象[1]。我国的智能停车场管理系统市场兴起在2001年，目前还处于初级发展阶段，各种品牌不断涌现，市场比较混乱，归结起来其现状主要表现为以下几点：市场上品牌繁杂，没有形成主流品牌；产品可靠性较低，技术含量不高；成套设备的系统多由集成商提供，能提供成套设备的生产厂家不多，系统稳定性、可靠性不易控制；部分商家售后服务不到位；系统智能化程度较低，如车位引导系统应用不多；从趋势上看，智能停车场管理系统应向更高程度的智能化、合理化、人性化方向发展。

随着互联网的迅速发展，“物联网概念”也逐渐进入人们的视线。“物联网概念”是在“互联网概念”的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念，它是现代信息技术与经济社会发展到一定程度的必然阶段[2]。与其说物联网是网络，不如说物联网是业务和应用。因此，应用创新是物联网发展的核心，以用户体验为核心的创新2.0是物联网发展的灵魂。随着生产社会化以及智能化的发展，物联网技术应运而生，它是传统商品与信息网络深层次结合的产物。基于物联网的智能停车场管理系统可方便管理员更好的对停车场进行管理，同时满足和方便用户使用。基于物联网的智能停车场管理系统利用软件技术、自动化技术、网络技术、数据库技术等手段，实现了车位检测、高级管理员对普通管理员的管理、普通管理员对用户的管理、用户的注册与登录、用户停车位的选择、用户查看停车位、用户网上付费等功能。

1 系统整体框架设计

物联网是将各种信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，可使所有的物品与网络连接，实现了物的智能化识别和管理操作[3，4]。智能停车场管理系统整体架构采用的分层设计方法，基于物联网系统架构一般采用三层结构，从下到上依次包括感知层、网络层和应用层。本系统在系统架构设计中，根据实际应用在网络层和应用层之间添加一个用户层，通过添加用户层，用户可以通过手机完成注册、登陆、选择停车位、查看停车位、网上付费等功能。

本文介绍的是基于物联网的停车场管理系统根据感知层、网络层、用户层、应用层可实现的功能结构图如图1所示。

感知层的通信范围与传统的互联网通信不同。停车场管理系统的感知层主要是对停车位信息的采集。在感知层利用红外遥控传感器对停车位的信息进行感知，红外遥控传感器是一对红外遥控收发装置，采用38 kHz的载波频率发送无线波，接收到高电平，当停车位上有车时，会遮蔽无线波，此时会接收到低电平，红外遥控传感器就会把“有车”的信号发送给ZigBee模块。

网络层的主要功能是把感知层感知到的数据利用处理器单元对数据进行分析处理，把相应数据通过WiFi射频收发模块快速、可靠地传输到服务器端，使数据通过停车场和停车场办公网络进入上位机系统。

应用层的主要功能是对网络层发送过来的数据进行分析与处理，并通过Web客户端操作页面，实现对停车场的远程监测与数据分析功能。同时，也可通过Web终端获取停车场内的情况，例如，停车位感应器是否正常、停车场共有多少辆车等。

图1 基于物联网的智能停车场管理系统架构

2 系统硬件设计

智能停车场管理系统硬件设计主要包括数据采集系统设计、数据传输设计与显示系统设计。数据采集系统由红外遥控传感器、Stm32单片机、ZigBee协议采集器、集中器模块等组成，能快速、准确获取智能停车场停车位的数据，达到数据与设备匹配，集中器对于上位机发来的数据会判断其格式是否符合376.2应用协议，如果发现上位机发来的数据不符合应用协议，集中器会把它忽略，这样就成功解决了数据错乱等问题。数据传输主要由集中器、WiFi无线网络和上位机组成，不仅保证了数据的传输速率，同时也保证了数据的传输距离，这样就避免因网络中断造成数据丢失等问题。此外，显示系统主要由停车场管理平台计算机组成。

2.1 感知层设计

停车场管理系统底层通过红外遥控传感器感应停车位状态（是否有车），红外遥控传感器将停车位状态信号经过Stm32单片机，Stm32单片机控制ZigBee自组网发送给ZigBee协议采集器，采集器将采集上来的数据进行处理和存储。采集器与集中器通信采用ZigBee无线通信模块，采集器平时处于接受状态，如果采集器收到集中器指令，采集器就会按照集中器指令内容操作，将相应采集器的有关数据通过无线通信模块送至集中器。集中器可以定时或实时对下辖的采集器进行数据抄收，并进行存储。当上级设备——停车场管理平台计算机调用数据时，集中器上的WiFi通信模块通过无线网络将存储的数据打包上送。停车场管理平台计算机可以对集中器，并通过集中器对采集终端进行各种操作。

2.2 网络层设计

数据通信是停车场数据采集与停车场数据统计与分析进行数据通信的中间环节，本系统主要采用WiFi网络技术与ZigBee技术进行开发。WiFi是一种可以将个人电脑、手持设备（如pad、手机）等终端以无线方式互相连接的技术，事实上它是一个高频无线电信号。

ZigBee自组网可采用星状、片状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最大一个主节点可管理254个子节点，同时主节点还可以由上一层网络节点管理，最多可组成多达65 000个节点的大网。同时，ZigBee的响应速度较快，一般从睡眠状态转入工作状态只需要15 ms，节点连接进入网络只需要30 ms，进一步节省了电能。由于ZigBee自组网传输是动态路由，所以可以随时进行调整，保证了数据传输的可靠性[5]。通过ZigBee自组网的方式将数据传输到集中器，然后再通过 WiFi的方式发送回停车场管理平台计算机的停车场管理系统。

2.3 应用层设计

停车场管理系统采用Web技术，任何一台访问相应的网址都可以通过浏览器对停车场管理系统的数据进行查看、删除、修改、更新（必须为停车场内的管理员），例如，对停车场参数的设置、用户的管理、管理员档案管理、车辆管理等。

3 系统软件设计

3.1 停车位信息采集设计

本文设计的基于物联网的智能停车场管理系统软件主要利用keil软件采用C语言开发。基于当前智能停车场中存在的问题，所设计的系统停车位信息采集流程如图2所示。

图2 系统停车位信息采集流程图

3.2 网络Web设计

智能停车场管理系统网络Web设计采用Java语言，利用myeclipse软件，同时采用Spring、Struts2、Hibernate三大框架进行开发。Struts是基于 MVC 模式的 Web 应用最经典框架，两个项目Struts 和webwork已经集成，成为现在的Struts2；Spring是一个轻型的容器，利用它可以使用一个外部 XML 配置文件方便地将对象连接在一起，每个对象都可以通过显示一个 JavaBean 属性收到一个到依赖对象的引用，开发人员只需要在一个 XML 配置文件中把它们连接好；Hibernate 是一个纯 Java 的对象关系映射和持久性框架，它可以让开发人员用 XML 配置文件把普通 Java 对象映射到关系数据库表，使用 Hibernate 能够节约大量项目开发时间，因为整个 JDBC 层都由这个框架管理[6]。在此系统中，设置了最高管理员和普通管理员，最高管理员可以对普通管理员进行权限设置；最高管理员拥有最高权限，登陆成功后，可以查看所有的网页；普通管理员登陆成功后，只能访问相应的网页。停车场管理系统网络Web设计功能如图3所示。

图3 停车场管理系统网络Web设计功能图

3.3 Android手机App设计

智能停车场管理系统中Android手机App开发采用Java语言、利用eclipse软件进行开发，此设计给用户带来了极大的方便。Android手机App设计功能图如图4所示。

图4 手机App设计功能图

智能停车场管理系统中Android手机App的开发设计，主要是为用户设计。在此系统中，用户可以下载停车场系统的Android手机App软件，打开智能停车场Android手机App软件，用户可以进入主界面；单击“登录系统”按钮，会进入身份验证的界面；如果用户还没有注册，则用户需要先注册；登陆成功后，用户可以搜索想使用的停车场，选择停车位；当用户离开停车场时，可以查看自己所选择的停车位，确定自己停车的位置；用户可以刷卡或网上付费。

4 智能停车场管理系统软件测试

4.1 智能停车场管理系统网络Web测试

智能停车场管理系统网络Web测试如图5（a）、图5 （b）、图5 （c）所示，分别为智能停车场管理系统管理员的登陆界面、高级管理员成功登陆智能停车场管理系统网页的部分软件界面（管理员档案管理）、普通管理员成功登陆智能停车场管理系统网页的部分软件界面（停车位管理）。

（a） 管理员登录界面

（b） 高级管理员登录系统网页

（c） 部分软件界面

图5 停车场管理系统网络Web软件部分功能运行图

4.2 智能停车场管理系统Android手机App测试

智能停车场管理系统Android手机App测试如图6 （a）、图6 （b）、图6 （c）所示，分别为用户注册界面、用户登陆界面、用户选择停车位界面。

（a） 用户注册界面 （b）用户登录界面 （c）用户选择停车位界面

图6 停车场管理系统手机App软件部分功能运行图

5 结 语

本文设计的智能停车场管理系统采用spring、struts2、hibernate三大框架进行开发，实现了高级管理员和普通管理员的各项功能，同时为用户开发了Android手机App软件，实现了客户端和服务器之间的传输。用户可以下载智能停车场的Android手机App软件，进行注册、登陆、网上付费以及对停车位的操作，整个系统在实用性方面保持了自己的特色。

参考文献

[1] 周灵芝.城市住宅小区停车难问题的解决对策[J].宁波工程学院学报，2009， 21（2）：37-40.

[2] 唐前进.物联网产业发展现状与发展趋势[J].中国安防， 2010（6）：16-20.

[3] Rolf H W. Internet of things： New security and privacy challenges[J]. Computer Law & Security Review， 2010， 26（1）： 23-30.

[4] Chrision P M..Security and privacy challenges in the internet of things[A]. Germany： Electronic Communications of the EASST， 2013： 1-12.

[5] 武永胜， 王伟， 沈昱明.基于ZigBee技术的无线传感器网络组网设计[J]. 电子测量技术， 2009， 32（11）：121-124.

[6] 陈亚辉. Struts 2 + Spring + Hibernate框架技术与项目实战[M].北京：清华大学出版社， 2012.