基于无线网的小区智能停车场系统设计与实现

杨立会

摘要：近年来私家车数量与日俱增，停车难的现象越来越严重。针对这一问题提出了基于ZigBee无线网络技术的小区智能停车场系统的管理控制策略，研究了ZigBee无线网络技术用于地下智能停车场控制管理的系统结构和组网方法;基于通讯芯片设计开发了无线网络节点，该节点与红外探测器结合能够探测车辆有无情况，与温湿度、烟雾传感器配合能够采集车库的环境信息，并对潜在的的安全隐患提出报警;上位机与显示模块能够将车库内的整体信息实时传送至LED显示器，实时提供地下停车场内的车辆及环境信息给驾驶员引导其进行停车，从而解决了停车难的问题。

关键词：ZigBee;无线传感器网络;小区智能停车场系统

前言

随着现在我国的私家车越来越多，因此在新建的小区中建设具有智能化管理能力的停车场系统已成为了一种必然趋势。

本文探讨的基于ZigBee技术的小区智能停车场系统，它通过红外探测器来监测停车位是否有车，然后利用管理中心系统的软件自动计算出停车场内车位的剩余数，并显示在停车场人口的LED显示屏幕上，从而方便停车用户选择是否进入该停车场停车。

1ZigBee协议简介

ZigBee的体系结构主要由物理层、MAC层、网络层、和应用层4层组成。层与层之间由服务接入口（ SAP）来连接。不同的层则有不同的接口，根据类型的不同，可以把接口分为：数据和管理两种服务接口。数据服务接口的功能是为它所在的上一层提供数据服务，管理服务接口的功能是为它所在的上一层提供管理数据的服务。PHY层处于协议中的最底层，它具有和外界设备进行数据交换的能力，还能够对RF收发器的工作进行控制;MAC层负责无线信道的访问，是整个底层协议的基础。NWK层是ZigBee协议栈的主要部分，它采用IEEE802.15.4协议，来确保MAC层能够正常工作，同时为应用层提供服务接口。APL层主要包括下面3层：应用支持层（APS）、ZigBee设备对象（ZDO）、厂商定义的应用对象。ZigBee协议的体系结构如图1所示。

2系统结构及软硬件设计

2.1系统的结构

小区智能化停车场系统的总体设计包括以下3个部分：计算机、ZigBee网络协调器、ZigBee监测与采集节点部。该系统主要实现对停车场车位信息的监测及停车诱导功能。

计算机的功能是为用户提供操作界面，把各种有用的命令通过串口发送给ZigBee协调器，并保存由ZigBee协调器发送回来的各个节点的状态信息，同时显示各种报警信息。

ZigBee协调器是整个停车场系统的信息交换中心。采集与监测节点是整个停车场系统的执行部分。它们的功能是接受由协调器通过无线方式发送过来的命令并执行它们。

2.2系统的硬件特点

2.2.1硬件电路功能描述

智能停车场终端设备分监测和控制两大类。协调器和终端节点是在ZigBee网络中的逻辑设备，即一个实际的硬件设备将会处于什么样的功能由软件去配置。因此在设计本电路时，所有的逻辑设备共用一种电路。根据以上分析，该电路具有核心板单元、串口通信单元，各类传感器接口单元，控制接口单元，电源模块单元，存储器模块单元等。ZigBee节点功能结构如图2所示。

2.2.2硬件模块功能，主要具有核心板单元、传感器单元、红外传感器、供电单元、串口通信单元、Debug接口单元、FLASH存储单元等。

3系统软件设计

软件功能主要包括终端节点和协调器功能功能两种。终端节点功能：加入网络并通信、设备能够实现停车场内温湿度的检测和停车场内车位的检测。协调器的功能：建立网络并维护网络、能够获取终端节点的基本信息包括传感器数值、具有串口通信功能，能够与上位机共享數据。

3.1终端节点的软件设计

对于本系统中的终端节点的功能有：加入网络并通信和设备能够实现停车场内温湿度的检测和停车场内车位的检测两种。

3.1.1温湿度节点

本文中对温湿度的采集，采用的温湿度传感器时DHT11，DHT11是一个可以对温湿度进行采集的数字传感器，DHT11与CC2530是按照单总线通信协议进行通信的，一次通信时间4ms左右，一次完整的数据传输为40bit，高位先出。

3.1.2出入口车辆检测节点

出入口的无线传感器芯片CC2530将通过红外对射探头来检测是否有车辆出入。出口、人口的CC2530芯片设定唯一节点编号。当有车辆驶入或驶出停车场时，出人口的传感器通过红外对射，得知有车辆出入，将信息传给协调器，协调器再把信息传给PC机。PC机经过处理，对出入车辆进行放行。

3.1.3车位监测节点

停车位的无线传感器芯片CC2530将通过红外对射探头来检测是否有车驶入。每个停车位的CC2530芯片设定唯一节点编号。当车辆驶入停车位时，车位的传感器通过红外对射，得知其已驶入车辆，将信息传给协调器，协调器再把信息传给PC机。PC机经过处理，存入记录。

3.2ZigBee协调器的设计

协调器作为整个ZigBee网络的器件，它的在本次系统中的主要任务就是组建网络。系统中其他的终端节点只有在协调器成功建立网络的基础上，才能够加入到ZigBee网络中，从而实现通信。

3.3.VB应用程序流程设计

PC机与ZigBee协调器采用RS-232实现直接串口通信。ZigBee无线传感器网络的建立是负责传输数据信息，本文使用红外线检测原理检测车位信息。由于ZigBee终端节点和红外探测器还采用RS-232通信，因此，ZigBee终端节点经过串口初始化、串口扫描、采集数据、串口关闭等操作来接收由红外探测器发送来的数据。

4系统功能的实现

在本文中，完成了上位机信息显示窗口设计后，本文通过采集各种情况下车位的使用状态信息，来验证它的功能是否实现，结果表明该上位机信息显示窗口运行稳定，数据信息显示也准确。

5结束语

本文利用CC2530芯片设计开发了基于ZigBee网络的小区智能停车场系统，在深入分析小区停车场系统的特点和作用的基础上，设计开发了无线网络的协调器节点、传感器终端节点、上位机软件。在进行上位机和节点软件开发的过程中，对ZigBee的协议栈进行了深入研究，使终端节点和协调器完成组网的功能。上位机软件通过RS-232接口与协调器进行通讯，将停车场内的车辆和环境信息实时的传输到上位机软件并通过VB开发的显示界面显示在LED显示屏上。驾驶员根据屏幕上的车位、环境信息判断有无停车位以及决定是否驶入该停车场，达到了停车方便的目的。而且解决了传统停车场的管理落后、布线复杂、维护困难等问题。