基于ZigBee的小区车辆自动登记管理系统的研究与实现

李 泉，李金明，童克波

（兰州石化职业技术学院电子电气工程学院 甘肃 兰州 730060）

1 引言

随着私家车保有量逐年攀升，车辆管理已成为小区管理的一大难题，有时甚至出现了“一位难求”现象[1]。每天进出的车辆如不加以管理，很不安全，外来车辆登记频繁，存在车辆丢失隐患[2]；工作效率低下，造成小区车辆进出严重堵塞。为改变这一现状，提出了一种基于ZigBee的小区车辆自动登记管理系统，以达到提高工作效率的目的。

2 系统结构

系统结构见图1。

图1 系统结构框架图

3 系统工作流程

3.1 车辆驶入小区流程

3.1.1 小区内部车辆驶入小区操作流程

小区内部车辆驶至小区入口时，在ZigBee读卡机范围内，系统感应是否有车，自行读卡，同时系统感应车载ZigBeeRFD卡上信息，车载ZigBeeRFD卡上的信息传送到电脑上进行储存，在读卡的同时，车辆识别系统抓拍入口处车辆图像，传送给电脑进行保存。电脑软件判断车辆识别号码与车载ZigBeeRFD中车牌号码信息是否一致，如果一致则语音提示“欢迎回家”,并在显示屏上显示相应中文字幕，同时计算机给PLC发出开闸指令，道闸自动开启，车辆进入小区，地感线圈检测车辆通过，道闸自动回落；如果电脑软件判断车辆识别号码与车载ZigBeeRFD中车牌号码信息不一致，则停车检查登记。系统工作流程见图2。

图2 系统工作流程

3.1.2 临时车辆驶入小区操作流程

临时车辆驶至小区入口时，摄像头抓拍入口处车辆图像，自动识别车牌号码，上传到电脑保存，经过与数据库车牌号码比对，不是小区内部车辆，则语音提示“外部车辆”，之后由值班人员发出开闸指令，道闸开启，车辆进入小区，地感线圈检测车辆通过，道闸自动回落。

3.2 车辆驶出小区流程

3.2.1 小区内部车辆驶出小区操作流程

小区内部车辆驶至小区出口时，在zigBee读卡机范围内，系统感应是否有车，自行读卡，同时系统感应车载ZigBeeRFD卡上信息，系统抓拍出口处车辆图像，同时传送到电脑上保存。电脑软件判断车辆识别号码与车载ZigBeeRFD中车牌号码信息是否一致，如果一致，读卡机发出“一路顺风！”语音提示,中文电子显示屏则显示相应中文字幕，自动开闸，车辆通过，地感线圈检测车辆通过，道闸自动回落；如果电脑软件判断车辆识别号码与车载ZigBeeRFD中车牌号码信息不一致，则停车检查登记。

3.2.2 临时车辆驶出小区操作流程

临时车辆驶至小区出口时，摄像头抓拍出口处车辆图像，自动识别车牌号码，上传到电脑保存，经过与数据库车牌号码比对，是临时车辆，计算机语音通知值班员，同时系统计算车辆停留时间及停车费，以语音+显示的方式通知值班员收费，由值班人员人工开闸放行，地感线圈检测车辆通过，道闸自动回落。

3.3 特殊车辆驶入、驶出小区流程（如军车，警车等）

驶入小区时由值班人员按键开闸，系统自动记录该条信息，道闸自动开启，车辆进入小区；驶出小区时值班人员按开闸，系统记录该条信息并与驶入信息对比正确后，道闸自动开启，车辆驶出小区。

4 车辆特征识别技术

车辆特征的识别和信息提取是车辆管理系统中的技术难点,是实现小区车辆管理自动化的关键技术。车辆特征识别指的是从抓拍的车辆车牌原始图像中自动识别出车牌号。车辆车牌特征识别包含对图文对象的图像分割、字符分割与识别处理。由于车辆结构及车牌位置的不同,以及车牌本身的损伤、变形等问题,使车辆特征识别存在一定误差。

5 ZigBeeRFD组网及车辆监控信息传输系统

实现无线自动化的智能小区内部车辆不停车出入。阅读距离10～20 m以内轻松实现。几辆车同时进出需要及时解决与分辨出小区内外车辆，本方案无需人工靠近刷卡或要在指定区域内通过才能识别，实现全自动识别。在高峰时间可有效缓解出入库车辆过多、排队刷卡带来的堵塞问题。小区ZigBeeRFD射频卡，由于需要车主启动密码输入才能运行，也起到了防盗作用。

ZigBeeRFD卡信息网络组网及车位监控信息传输系统内容包括网状组网架构[3]、无线操作系统[4]、ZigBeeRFD卡信息制定等。

6 道闸PLC的控制

PLC主要是控制道闸系统的升降，具体工作原理是：当有车进入时，地感线圈感应到有车，通过地感线圈控制器发出有车信号给上位机，上位机通过拍照比对车牌号判断是否是本小区的车辆，如果是本小区内部车辆，则上位机发出指令，道闸抬杆，放行车辆，车辆在通过道闸后，出口的地感线圈感测到车辆离开，给上位机发出车辆离开的指令，由上位机发出落杆的指令，道闸落杆。

如果通过拍照、对比判断不是本小区内部车辆，则保安根据本小区停车位情况，自行决定是否放行车辆。如果小区无停车位，则不予放行车辆，如果小区有停车位，则放行车辆，并计时收费。车辆出小区的情况与车辆进小区的情况相同，不再赘述。

PLC的控制程序分为两部分。一部分控制的是道闸升降，实际上就是控制电机的正反转；另一部分是信号的传输和接收，主要是地感线圈判断有车辆时，发送信号给上位机，在判断车辆的类别后，发送信号给PLC，PLC再控制道闸升起。道闸降落也是PLC收到上位机的信号后，控制电机反转，道闸降落。

7 测试

7.1 ZigBee联网测试

表1为ZigBee路由与车载节点联网实验数据，显示数据丢包率满足实际需求。

表1 ZigBee路由与车载节点联网

1个路由器被协调器分配的网络地址是0x0001，终端设备地址为0x7970和0x796F。根据Z-Stack地址分配原理，带入MAXChidren=20、网络最大深度AXDepth=5、MAXRouters=6，可以验证车载终端地址和路由地址的分配正确，联网成功。

7.2 数字车牌图像处理实验

经过测试，车牌经过图像处理能够得到正确车牌号，图像处理成功。

8 结语

系统能能够实现进出完全不停车，自动识别、自动登记、自动放行等功能，后台管理软件可实现实时查看进出车辆信息、进出时间查询、报表、缴费记录查询、信息提醒等多项功能，满足市场需求，有市场推广价值。