韦倾,陈娇英,陈延明
(1.广西大学 电气工程学院,广西 南宁 530004;2.广西工业职业技术学院,广西 南宁 530001)
随着信息技术、数据库技术、无限传感网络技术、网络层技术、数据链等技术的飞速发展,发达国家对城市交通泊位智能化管理技术应用已远远走在世界前列[1];据资料查询,我国机动车与泊车位比例为4.84∶1,部分发达城市比例达31∶1[2-4]。面对目前城市交通停车场管理效率低、实时性差、车位信息更新慢等泊车难题,智能化泊车管理效率提高迫在眉睫。特别是大型立体结构停车场泊位多,分布复杂。在停车高峰空余泊位不多情况下,司机为了寻找泊位可能要来回寻找多次,跑很多冤枉路。如何更好解决司机停车难题?本文设计的基于Zigbee 无线网络技术的大型停车场智能管理系统,利用Zigbee 无线节点的自组织网络结构,实现节点之间的无线通信,有效地完成信息传递,诱导信息实时性和准确性。同时方便扩展网络规模,将多个停车场互联网统筹管理,对停车场的空闲停车位数据进行精确统计,及时显示空闲车位数量及位置,确保为司机所分配的泊位最佳,并能提供最优泊车路径。使停车场管理更智能化、人性化。本方案在实际应用中具有一定的推广应用价值。
Zigbee是IEEE802154协议的代名词,是一种近距离 、低复杂度 、低功耗 、低速率 、低成本的双向无线通信技术,工作频段为2.4 GHz,传输速率达250 kbit/s,并且自组网功能,在近距离、分布式物联网中获得成功应用[5-7]。本文利用Zigbee技术和超声波雷达测距技术,设计了一套停车场管理系统,其组成如图1所示。
图1 大型停车场智能管理系统
Zigbee无线网络协调器硬件组成见图2。协调器是Zigbee 无线网络系统的控制核心。一个Zigbee无线网络必须有一个协调器[8-9],作用是控制整个无线网络的命令和数据的传播。
图2 Zigbee无线网络协调器硬件组成
驻车探测器模块硬件组成如图3所示。
图3 驻车探测器模块硬件组成
将驻车探测器安装在停车位旁。超声波测距模块可提供6 m范围的非接触式距离测量功能。当车位有车停驻时,超声波测距传感器检测到的距离小于1 m;根据回测距信息可以判断停车位是否空闲。信息由路由器传给Zigbee 无线网络协调器。每个路由器都可以通过用户编程拥有16位的地址编号。理论上,一个Zigbee 网络最多可容纳65 535个路由器,这对于一个大型的停车库使用是绰绰有余的。
驻车信息显示模块结构如图4所示。驻车信息显示模块接收Zigbee 无线网络协调器发来的驻车信息[10]。可显示空车位数量,并以图形方式显示所有空车位编号及位置。驻车信息显示模块可安装在车库入口或道路分支处,供司机观看参考。
图4 驻车信息显示模块结构
Zigbee无线网络协调器的核心控制部件是STC8A单片机,它是增强型51单片机,用标准的51单片机软件完成应用软件开发,编程语言用C51,程序代码由PC机的USB接口(转换为UART)直接由单片机的串口烧写到Flash存储器中。协调器的控制程序流程如图5所示。
Zigbee模块DRF1609的初始化命令:指令头(0XFC)+指令字节数(0X21)+07+全部参数(共32字节)+校验和(1个字节)。
编程参数:节点类型、PAN ID、频道选择、传输模式、自身地址编号、波特率选择等。同一网络中参数相同,节点类型为01,波特率选择根据数据流量设置,地址编号为0X0000。采用查询方式建立地址编号列表,即先默认网络中的路由器和终端数量为65535,地址编号范围为0X0001—0XFFFF,协调器逐一发出查询指令,如果得到正确回复,则保留该地址编号;如果得不到正确回复,则删除该地址编号。建立有效地址列表流程程序如图6所示。在查询驻车信息时,被查询的驻车探测器模块启动超声波测距,超声波测距及等待时间设定为60 ms。网络通信为点对点通信方式。
图5 协调器控制程序流程
Fig.5 Flow chart of the control program of the coordinator
图6 建立有效地址列表程序流程
Fig.6 Establishing the program flow chart of effective address list
驻车探测器模块在Zigbee无线网络中属于从属地位,其工作过程完全由Zigbee无线网协调器控制,所以Zigbee模块配置为路由器模式[11-12]。SN—SR014超声波测距模块有3种工作模式,本方案设计采用串行工作模式,模块上电识别后,进入待机状态,串口输出格式为TTL电平,波特率为9600,n,8,1。当RX口接收到0X55指令后,模块开始进行1次测距,并从引脚TX输出1帧,含4个8位数据.帧格式为0XFF+H_DATA+L_DATA+SUM。
① 0XFF:为一帧开始数据, 用于判断;
② H_DATA:距离数据的高8位;
③ L_DATA:距离数据的低8位;
④ SUM: 数据和,用于效验。
其0XFF+H_DATA+L_DATA=SUM(仅低8位)。驻车探测器模块控制程序流程如图7所示。
驻车信息显示模块的功能是显示停车场空位数量和位置信息。安装在停车场关键位置或车内,设置为终端设备,只接收和发送自身相关的数据。LCD显示模块采用320X240点阵的320240G—905—PL。该模块采用SPI串口控制,和STC8A单片机的SPI口直接相连。JLX320240G—905—PC 型液晶显示模块作为普通的图像型液晶显示模块使用,可以从字库 IC 中读出内置的字库的点阵数据写入到 LCD 驱动 IC 中,以达到显示汉字的目的。驻车信息显示模块控制程序流程如图8所示。
图7 驻车探测器模块控制程序流程
Fig.7 Controling program flow chart of parking detector module
图8 驻车信息显示模块控制程序流程
Fig.8 Controling program flow chart of parking information display module
为了验证所设计方案的正确性,制作了一套实验装置,包括一个Zigbee无线网络协调器,一个驻车信息显示模块和22个驻车探测器模块。驻车探测器随机安装在职工宿舍楼地下停车库。当车位上有车停驻时,驻车信息显示模块在相应位置显示实心的方块图;当车位为空时,驻车信息显示模块在相应位置显示空心的方块图(图9)。实验证明Zigbee网络系统收发数据实时,超声波检测采集车位信息精准。实践证明本设计方案是正确可行的。
图9 驻车信息显示模块显示图
本文设计的基于Zigbee技术的停车场管理系统,通过试点实验测试,系统能精确、快速、实时、稳定显示停车场驻车信息(空位数量和空位编号位置),采用超声波测距和Zigbee技术自组网通讯实现系统智能化管理,安装方便,价格低廉。可以跨区域联网,不仅可以完成单个车库的智能化管理,还可以将多个停车场联网成大型的无线网络智能管理系统,实现低成本、高效率的智能化统筹管理。