基于物联网的智慧停车场设计

纪云烽，刘丽华，司钧文，房明琦，胡 毓

(辽宁科技学院 电气与信息工程学院 ，辽宁 本溪 117004)

随着我国现代化进程的不断加快,私家车的数量急剧增加,各类停车场的车流量不断增多,对机动车的停车管理成为社会备受关注的问题。针对我国城市停车场车位紧张、人工收费用时长、效率低、无法快速寻找预定车位等问题，文章介绍了最新设计的智慧停车场系统设计。此停车场利用ZigBee组网技术、WIFI技术、传感器技术、数据库应用、物联网技术，对车主进行预约占位及引导服务、自助收费、建立可视化报表进行大数据分析停车资源利用情况。

1 系统设计方案

本文所设计的基于物联网的智慧停车场是遵循物联网的三层设计结构而建立的。感知层利用传感器来实现场外停车预定占位功能；传输层的设计考虑到传感器之间的通信，利用了WIFI与ZigBee通讯协议建立各硬件的联系；应用层设计网页与配套的APP来显示具体信息〔1〕。具体方案如下：

1.1 系统的模块设计

1.1.1硬件模块

(1)处理器：停车场处理模组分为车位处理模组和中控模组。两种模组均选用型号为stm32f103的单片机作为处理器，车位模组负责采集所在车位所有信息，并将信息发送至中控模组，中控模组负责将停车场信息发送至服务器和负责处理与用户的其他交互〔2〕。

(2)供电：考虑系统的实际部署，系统采用220V市电作为电源总输入，配合一个反激式开关电源实现AC220V-DC5V的电压变化。

(3)传感器：选用附带HX711的称重传感器作为模拟车位重量的传感器，具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点，HX711是一款专为高精度电子秤而设计的24位A/D转换器芯片，模拟量输入，串行输出；选用型号为SG90的小型舵机作为模拟停车场闸机处功能；选用RFID-RC522模块来模拟停车场用户交互和实现电子钱包功能，与单片机串口通信。

(4)网络搭建:下位机之间的通信方式为ZigBee无线通信，上位机与下位机通讯选择无线局域网通信方式。选用DL-LN33类的自组网ZigBee模块，该类模块无需手动配网，会自动寻找范围内对等网络节点，再进行无差别或一对一通信；WIFI模块选用型号为ESP8266模块，该模块内置了乐鑫AT固件，可以直接使用单片机串口向模块发送AT指令，使停车场中控节点连接到WIFI，再与服务器进行数据交换，服务器收取下位机传来的内容并通过后台处理将数据保存至服务器数据库内。

图1 系统总体功能设计图

1.1.2 软件模块

采用Android语言开发，后台数据库基于SQLite数据库搭建。包括预定车位、引导车位及反向寻车、实时数据显示〔3〕、大数据分析、智能交互等5部分。

(1)预定车位：用户通过手机客户端APP进行车位的预订，每个车位分配一个编码并内置一个压力传感器和一个ZigBee模块，若有车停在此车位，压力传感器由单片机将信息传输到ZigBee，所有的ZigBee模块通过WIFI传输到手机端反馈给用户，用户可选择剩余停车位。手机设计界面如图2所示。

图2 手机APP界面设计图

图3 软件流程图

(2)引导车位及反向寻车〔4〕：制作网页时设定车位的具体编码，通过地图API功能实现引导车位路线规划。在反向寻车时，只需输入车位编码即可找到车位并根据相同的方式规划路线进行导航。

(3)实时数据显示：运营商通过网页实时展示停车场车位使用量、导流情况等相关信息。

(4)大数据分析：运营商根据对车辆进出时间、车主基本信息及车位使用率情况等数据进行分析，实现对停车场自动化综合管理。大数据一体化平台〔5〕设计图如图4所示。

图4 大数据一体化平台设计图

(5)智能交互：通过互联网和大数据的支持实现智能推送。

1.1.3 软硬件通信设计

文章所设计的基于物联网的智慧停车场具有WIFI通讯和ZigBee通讯两种方式，为了满足WIFI通讯，选用ESP8266模块，并在内部设置TCP/IP协议栈；为了实现ZigBee自组织网通信，选用DL-LN33模块，实现点到点的通讯，该模块灵活性高，覆盖范围强，并提供安全性高的AES-128加密算法。采用这两种技术，更好地实现了硬软件之间的通信。

1.2 功能描述

1.2.1 主要功能

(1)利用传感器技术实现压力检测并进行实时监控停车位是否占位。

(2)用户通过手机客户端APP进行车位的预订，每个车位分配一个编码并内置一个压力传感器和一个ZigBee模块，若有车停在此车位，压力传感器将信息传输到ZigBee，所有的ZigBee模块通过WIFI传输到手机端反馈给用户，用户可选择剩余停车位。

(3)采用ZigBee组网作为传感器和中控通讯的方式。与TCP/IP协议依托的以太网或者WIFI所不同的是，ZigBee是一种近距离、复杂度较低、传输速度快、成本极低的无线通讯方式。

(4)制作网页时设定车位的具体编码，通过地图API功能实现诱导车位路线规划。在反向寻车时，只需输入车位编码即可找到车位并根据相同的方式规划路线进行导航。

(5)实时数据显示：制作网页分为用户端和后台管理端。用户端可以注册登录预约。运营商通过网页实时展示停车场车位使用量、导流情况等相关信息。

(6)大数据分析：运营商根据对车辆进出时间、车主基本信息及车位使用率情况等数据进行分析，实现对停车场自动化综合管理。

1.2.2 辅助功能

自助缴费功能：车主在线注册APP并绑定银行卡，车辆进入停车场时通过RFID技术读取车牌开始计时，离开时根据停车费收费函数进行自动扣费。

2 结语

根据停车场的特点，本文提出了基于物联网的智慧停车场系统。通过以上功能的实现，车主可以在不同时刻不同位置根据个人需求预约占位、车位引导、反向寻车、自助缴费功能，应用前景广阔。