基于物联网的园区停车管理系统的设计与实现

曹领+魏胜利

摘要：采用物联网概念中的感知层、网络层、应用层三层架构思想，设计了一套针对大型园区内部停车及停车场的智能化管理系统，并采用传感器技术、蓝牙技术、ZigBee通信、GSM等技术实现了车辆入园管理、关键路径记录、停车入位及反向寻车等管理功能。在将物联网领域的最新产品与技术应用于停车及停车场的智能化管理过程中这一方面，是一次有益的尝试。

关键词：物联网；园区；停车；停车场；管理系统

中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）08-0102-02

Abstract： An intelligent parking management systems was designed using the concept of Internet of things in the perception layer， network layer and application layer.The management functions of critical path recording， parking into place and searching cars were achieved using sensor technology， Bluetooth， ZigBee， GSM and other technologies. It was a useful try to apply the newest products and technology in the Internet of things to intelligent parking management system.

Key words： Internet of Things； community； parking； parking area； management system

1 概述

随着我国社会经济的发展、人民物质生活水平的提高，汽车这一现代化的交通工具在我们的工作和生活中使用的频率越来越高。随之而来的是城市道路交通压力激增，尤其是大型商圈、校园、社区中的停车位“一位难求”的现象屡见不鲜，使得汽车给我们的工作和生活带来的便利大打折扣。除了加大停车场规划建设力度外，将最新科技发展成果应用到停车场的信息化管理中是解决停车难问题的必由之路。由传感器技术、嵌入式系统技术、无线射频技术、无线网络技术等构成的物联网技术可以在这一领域发挥巨大作用。本文应用物联网中的核心技术，设计实现了一套针对大型园区现代化停车场的管理系统，大大提高了停车场管理的信息化、网络化、实时化和智能化程度。

2 系统总体设计

大型园区首先面积较大，通常可包含多个区域，每个区域又包含若干个停车场；其次在当前的大型园区中一般已经具备了较好的网络环境，如已经铺设了局域网或覆盖了WiFi以及2G/3G/4G网络，这都为实现园区内停车场的智能管理提供了基础条件。本文中智能停车场管理系统按照物联网中典型的三层结构进行设计，即感知层、网络层和应用层。在感知层，利用车载蓝牙卡及读卡器实现了车辆门禁系统，实现对进出园区的车辆进行自动识别、登记、引导和计费功能；利用由超声波传感器和CC2530构成的ZigBee超声波传感器节点及ZigBee无线传感器网络实现了远程的车位信息检测；利用基于WiFi的网络摄像头实现对停车场、园区道路的实时视频监测。在网络层，利用园区内现有的且互通的有线局域网与无线局域网实现车辆门禁数据、车位状态信息数据及监控摄像头数据的网络传输，并通过相关交换设备实现子网的划分和管理；利用各移动通信运营商提供的2G/3G/4G网络实现与用户智能手机的短信或数据通信。在应用层，设置园区车辆管理系统服务器实现车辆信息的汇总、统计和管理，设置车辆信息数据库实现车辆信息及停车位信息的存储，并能将车位信息及相关提示信息发送至车主手机；设置园区车辆管理终端计算机实现车载蓝牙卡的发卡、读卡等管理功能。

3 停车管理系统的设计与实现

针对大型园区的特点，将停车及停车场的智能管理过程分为四部分，分别为车辆登记入园、关键路径记录、停车入位、反向寻车及出园四部分。

3.1 入园登记功能

本设计中使用基于蓝牙的车辆门禁系统实现对车辆的入园登记，管理流程如图1所示。车辆门禁系统包含车载蓝牙卡、蓝牙卡写卡器和蓝牙卡读卡器三部分。蓝牙卡写卡器通过USB接口或串口和园区车辆管理终端计算机相连，通过运行写卡程序将车主姓名、车牌号、联系电话、部门信息、有效期等信息及蓝牙卡内码记录到数据库中。园区车辆管理终端计算机还可以为非本园区车辆办理临时卡，用同样方法记录车主、车辆及临时蓝牙卡内码信息，并设置卡的有效期为1天。车载蓝牙卡同蓝牙读卡器之间通过433MHz信号通信，通信距离在0～25米范围之内，完全可以满足园区内车辆在接近门禁系统的闸机时识别出蓝牙卡信息，判断为内部车辆，并向闸机发出抬杆信号放行。

3.2 关键路径记录功能

对车辆在园区内的关键路径的记录可以实现动态的为车辆进行路径提示，可以记录特殊车辆在园区内的行进路线，还为进行园区内车流管控和停车场管理提供研究数据。关键路径记录功能通过类似于门禁系统的车载蓝牙卡和读卡器实现。在园区内主要干道上选取合适位置设置蓝牙读卡器，当装有车载蓝牙卡的车辆进入读卡器识别范围后识别卡片信息，并通过串口服务器将车辆和当前位置信息上传至园区车辆信息管理系统。多次经过关键路径上的蓝牙读卡器后，就会形成车辆在园区内的关键路径记录信息。

3.3 停车入位检测功能

本系统通过ZigBee超声波传感器节点的实现停车入位检测功能。选用CC2530芯片实现超声波传感器数据的采集，并通过内部集成的ZigBee功能模块实现传感器节点的通信和组网功能。CC2530是TI公司继CC2430之后推出的新一代的用于ZigBee应用的一个真正的片上系统（SoC）解决方案。借助CC2530可快速实现基于超声波传感器的障碍物体距离信息采集并通过ZigBee协调器及ZigBee-WiFi网关将车位的“占用”和“空闲”信息传往园区车辆信息管理系统。针对于户外的停车场，ZigBee超声波传感器节点需要安装在硬质朔料外壳中，装嵌在地面上。当前不同种类车辆的最小离地间隙大体在15cm～30cm之间，在实现车位检测时设置超声波传感器获取的障碍物距离持续小于等于40cm时认为当前车位被占用，反之则认为当前车位为空闲状态。因为超声波速度会受到温度的影响，所以在该传感器模块上还需实现温度采集功能，并通过检测到的温度值对超声波数据进行修正，以得到更准确的距离信息。

3.4 反向寻车功能

反向寻车是指车辆离开停车场时车主寻找车辆位置的过程。本设计中将停车场分为若干个区域，在车辆进入某停车区域的关键路径上设置蓝牙读卡器，以适当的角度和读卡距离识别经过此路径的车辆信息，并通过同系统中记录信息的比对获取该车辆车主及联系信息，并通过GSM模块向登记手机发送短信，提示车主车辆已停入某停车场某区域。停车场内的区域划分不易过大，以目视可辨认车辆外观及牌照信息为限。

4 小结

本文按照物联网三层架构针对大型园区停车场管理这一热点问题进行了研究，系统设计功能涵盖了基于蓝牙技术的车辆入园自动登记功能及关键路径记录功能、基于无线传感网的车位状态检测功能、基于GSM的反向寻车功能。随着物联网相关技术及标准的完善，还会有更多更好的方式实现更加智能化停车场管理。

参考文献：

[1] 毛剑飞.物联网技术实践教程——基于蓝牙4[M].北京：清华大学出版社，2015

[2] 杜军朝.ZigBee技术原理与实战[M].北京：机械工业出版社，2015

[3] 戴由旺.基于ZigBee的低功耗无线传感节点设计与实现[J].现代电子技术，2011（18）.

[4] 郭金铭.基于ZigBee的无线传感器网络定位技术研究[J].移动通信，2013（18）.