基于OneNET物联网平台的车位锁控制系统

杨静　彭荣华　赵世民　钟阳万

摘要：针对当前由停车位引发的车位难寻、车辆难取、费用难缴等系列问题，设计了一套基于物联网技术的车位锁控制系统，其中包含硬件端、前端及服务器端。该系统配备了一款升降式车位锁，还提供了一套一个车位锁可同时控制多个停车位的新型机械结构;车位锁通过EDP协议与OneNET平台交互，该平台可对用户信息、车位状态、车位锁状态等信息进行记录，从而实现前端对硬件的操控。该系统具备成本低、效率高、操作简便等优势，真正为有车一族解决了停车难的问题。

关键词：OneNET;物联网技术;车位锁;智能停车

中图分类号：TP391.44

文献标识码：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.08.039

“停车难”早已成为一种社会现象，车位难寻、车辆难取、费用难缴等问题对有车一族而言司空见惯，车主因此引发的纠纷也屡见不鲜。围绕停车位的痛点过多，原因在于市民的停车需求日益增长而车位供应缺乏，加上地下停车场绕行路程长、查找车位难度大等诸多困扰，使车辆乱停乱放现象普遍，造成交通严重受阻。同时，许多车辆在搜索空闲车位，往回反复、长时间等待等，带来城市噪声、排放增加、耗油增加问题，严重时甚至引发交通事故，增加生活成本，令市民苦不堪言[1]。因此，设计了一套基于物联网技术的车位锁控制系统，实现停车位的智能化操作与管理。

1 车位锁控制方案设计

该平台分为硬件端、前端和后台服务器端，整体架构如图1所示。

1.1 硬件部分组成

硬件端设计了一个完整的系统，包括电源及管理、ARM微控制器、GSM通讯外设、电机及驱动外设、红外检测装置、新型外观设计。各个模块的功能介绍如下：①ARM微控制器模块是整个设备的核心，作为设备的主控模块，主要负责控制各模块之间的协调合作。主控模块协调通讯模块工作时，它的PA2引脚与SIM800A的RX引脚电性连接，主控负责传输数据，SIM负责接收数据;主控的PA3引脚与SIM800A的TX引脚相连，主控负责接收数据，SIM负责传输数据。主控模块协调驱动模块和电机模块工作时，主控的GPIO引脚输出高低电平信号给驱动模块L298N，L298N将该信号放大后再传输给电机模块，控制电机转动方向。②电源模块为所有模块提供电源，使设備正常工作，同时通过ADC采样设计了电源的电量检测装置，便于对电源的更换或充电，提升了系统的稳定性，③SIM800A是设备的通讯模块，与主控之间通过串口通讯。该模块具有便捷的AT指令系统，负责与服务器建立TCP透传，在TCP透传的基础上建立EDP的传输模式，实现了服务器指令的下发与接收，数据传输以报文形式。通讯时采用了间歇式工作方式，降低了系统的功率损耗。④L298N是驱动模块，为电机工作提供大电流。主控的GPIO引脚输出高低电平信号给驱动模块L298N.L298N将该信号放大后再传输给电机模块，控制电机转动方向。并且L298N的双路驱动特性，可对我们自主设计的单机双门车位锁兼容。⑤电机模块是车锁升降（或开关闭合）的执行模块，执行主控的控制命令，使前端下发指令的行为实现，同时辅助APP对车位状态进行标记。⑥红外检测模块。利用成熟的红外检测技术作为车位锁状态信息记录的辅助，安装于车位锁机械结构上。选择适当的安装位置和安装方式可以对车位状态实现准确的判别，该模块的数据记录结果将作为停车位状态分析的重要指标。⑦机械模块。包含一种车位锁的机械结构设计，主要实现了一个车位锁控制多个停车位的功能，原理如图2所示。

机械模块工作时，前端将开锁与关锁信号发送给云平台，平台接收到信号后传递给主控制器，主控制器再通过控制转动电机I（转动电机II）转动，从而带动皮带I（皮带II）转动，皮带I（皮带II）再带动转动转盘I（转动转盘II）转动，转动转盘I（转动转盘II）转动的同时带动连接杆I（连接杆II）前后伸缩，当连接杆I（带连接杆II）前后伸缩的同时伸缩杆靠近锁内部的一端的角度减少或扩大;前端发出关锁信号时使其角度减少，伸缩杆伸张，这时停车位被伸缩杆控制，开锁时角度增大使伸缩杆收缩，此时车位开放可供停车。这种技术方案使得一个车位锁可同时控制两个停车位，大大降低了停车场车位锁的使用成本。

1.2 前端及后台功能

前端可实现查找车位、预约停车、导航、计时收费、控制车位锁升降以及车位共享等功能。在车位共享功能中，私家车主或者停车场管理者，可在前端界面上传车主信息和车位信息，申请购买车位锁，并设置车位可租用时段，在车位闲置时将车位租用出去，真正实现车位的共享。

服务器端负责实现数据处理和数据交互。数据处理主要处理用户信息（账号、密码等）、车位状态信息（经纬度、租用时段、收费标准等）、车位锁状态信息（开放或闭合）等，方便后台根据信息的记录对停车位进行管理[2];在数据交互这块，后台主要采用Servlet方式[3]与前端交互，采用EDP透传协议与硬件交互[4]。

当前端执行结束计费功能时后台停止计费，或者车位锁上的红外传感装置检测到车辆驶离停车位也会自动结束计费，两种方式确保了付费功能的正常使用，同时有助于后台正确记录车位状态信息。

2 基于OneNET平台的硬件实现

2.1 实现原理

基于ONENET移动物联网平台，将硬件车位锁与前端配合使用，通过后台服务器进行数据传输。利用前端界面可以控制车位锁的升降，实现一键解锁、关锁以及付费等功能，既有利于车主的使用，又方便了停车场管理部门对车位的管制。其实现原理如下：①SIM800A具有一套完整而简单的指令系统，根据指令格式由主控制器通过usartl发送相应的控制指令达到与服务器通讯的目的。②车位锁自身的升起和降落两个状态被主控模块记录，触发硬件对状态信息标记的改变，再通过GSM发送不同的状态信息给后台，后台记录信息后在前端中显示出来。③前端控制车位锁动作时，http发送请求至OneNET平台访问服务器，该平台再下发指令到在线的硬件锁，车位锁解读指令执行操作，并记录当前状态。④结束使用。车主准备驶离停车位时，结束服务，红外检测车位空闲，执行开锁，记录当前状态并上传。