基于无线技术的智能停车场设计

吴进华,黄丽韶

(湖南科技学院 信息工程学院,湖南 永州 425199)

0 引言

据中国汽车工业协会官方网站的调查数据显示,截至2023 年年初,国内汽车总销量约2 686 万辆。 结合目前的汽车总销量和道路交通设施可使用面积进行思考,在大型商场、医院、旅游景区和机场航站楼等人群密集区域附近,当车流量达到顶峰时,停车管理员很难进行疏散和交通管控工作。 造成这种拥堵现象的原因之一是停车困难[1]。 这种现象不仅影响民生还关系经济的健康发展。 停车场的建筑规划、实施、运营、维护、管控等都应得到政府的重视。

为有效改善这种窘困的社会现象,不少停车场引入了智能停车场[2]。 智能停车场引用更多的先进设备来实现自动化的效果,通过准确的计算,最大限度地减少人工出错的概率和人为造成的损失,合理分配车位资源,避免客户流失,减小交通管理压力,保障车辆处于停放期间的安全,降低人为因素导致的风险隐患[3]。 市面在做停车管理的公司较多,但混乱的停车管理模式只会导致停车价格升高,同时市场秩序的不稳定还会引起车主投诉。 采用智能流动管理体系可以将碎片化的停车资源有效整合,提高已处于饱和状态的中心地段的土地资源利用率[4]。

1 分析与设计

1.1 需求分析与总体框图

通过前期调研,笔者对智能停车场的功能需求进行分析,主要从以下3 个方面进行考虑。 第一,交通管理的需求是调节交通,防止车辆滞留带来的交通压力,保证道路通畅且有序运转。 因此,该智能停车场必须实现场内车位状况信息显示的功能。 第二,停车场管理的需求是车辆停放期间的安全保障、按时计费收费、方便用户停车等。 因此,该智能停车场必须实现出入库操作、停车时长计算、费用计算、车辆识别的功能。 第三,用户的需求是车辆安全、费用明确、取车方便。 因此,该智能停车场必须实现停车场车位实时图、车距监测以及报警系统等功能。 本文设计的无线停车场如图1 所示。

图1 无线停车场总体设计

1.2 智能停车场的相关技术分析

1.2.1 ARM 开发板技术

ARM 开发板是用于嵌入式开发的电路板,分为核心板和底板两大模块。 本文使用的是GEC6818 开发板,开发平台使用三星品牌64 位八核Cortex-A53架构的S5P6818 芯片设计。 该芯片采用单通道 32 位数据总线,支持多种接口,最大显示分辨率为2 048×1 280,最高主频可达到1.4 GHz,被应用于多种操作系统的驱动开发。 其底板含有蜂鸣器,当车辆与障碍物距离过近时,会被认定超出安全范围,存在安全风险,蜂鸣器立即发出警报声,为车主提供警示。

1.2.2 无线传感技术

无线传感通过连接电路将感知到的信息予以展示,将静态的事物动态化,再由动态化实现自动化。无线传感器可分为不同的类型,常见的有超声波传感器、色标传感器、光纤传感器和温度传感器等。 本文使用的是US-100 超声波传感器,只需要提供一个时长0.1 s 的高电平触发信号,US100 超声波传感器便可发出8 个40 kHz 的超声波脉冲,若检测到前方有障碍物则会返回回波信号,通过回波信号返回两个字节的数据。 开发过程中,超声波传感器被用于实现测距功能。

1.2.3 LCD 显示与帧缓冲技术

本文使用7 寸电容触摸显示屏,在顶层镶嵌了一层保护玻璃,玻璃的下一层是透射式电容触摸屏。 该触摸屏主要由两个印在聚酯纤维上的透明菱形网格组成,中间有一层透光的绝缘体,它能感知导电材料的存在和具体位置,比如手指尖。 电容触摸屏并不显示色彩,色彩是由背光源、上下偏光板、薄膜晶体管液晶和彩色滤光膜等多个原件组成的LCD 进行显示。LCD 通过控制不同的电势差影响液晶内部分子的排列状况,遮光和透光相互错落从而出现不同的层次感。 实际使用中,笔者将计算机中一块区域的内存空间与屏幕设备文件空间进行对应,通过操作内存空间即可改变相应的文件内容,以此写入颜色值,将像素矩阵中的每个像素点显示颜色,从而将图片显示在屏幕上。

2 智能停车场的实现

笔者以GEC6818 开发板为主控中心,研发了一款成本低、安全性高的停车场管理系统。 该系统主要是由车位管理模块、车距监测模块、停车场车位显示模块以及外围的电源模块组成。 该系统通过超声波监测车辆距离判断车辆的出场和入场,同步到车位实时平面图上,同时将车位实时平面图显示到LCD 电容触摸屏上。 管理员单击LCD 电容触摸屏上的登录按钮,输入管理员的用户名和密码,即可查询到停车场的日志信息。

2.1 硬件部分的实现

本文设计的硬件部分主要是以GEC6818 开发板为主控系统。 GEC6818 开发板通过连接外部电源,让连接LCD 电容触摸屏和超声波传感器通电,采用LCD 电容触摸屏显示入场、出场平面图以及停车场车位实时图,使用US100 超声波传感器监测车距。

GEC6818 开发板可支持Linux,Android,Ubuntu 3 个操作系统。 GEC6818 开发板的CPU为三星S5P6818 八核64 位处理器,表示8 个核心可以同时运行,速率更高。

US100 超声波传感器模块具有非接触测距的功能,测距范围为:2 cm~4.5 m,静态功耗可低于2 mA,工作电压为2.4~5.5 V,带有温度传感器,可对测距的结果进行改正,具有多种通信方式。 US100 超声波传感器模块的两个接口为跳线和5 Pin 接口。 在跳线接口上插上跳线帽代表现在的工作模式处于UART 模式,拔掉跳线帽代表现在的工作模式处于电平触发模式。5Pin 接口(2.54 mm 间距的弯排针)的定义如下:VCC Pin 接VCC 电源(2.4~5.5 V);Trig/Tx Pin 如果选择UART 模式(插上跳线帽),则接外部电路UART 的Tx端;如果选的是电平触发模式(拔掉跳线帽时),则接外部电路的Trig 端。 Echo/Rx Pin 若选择的是UART模式(插上跳线帽),则接外部电路UART 的Rx 端;若选的是低电平触发模式(拔掉跳线帽时),则接外部电路的Echo 端。 GND Pin 接外部电路的地。

2.2 软件部分的实现

软件部分的实现主要是车位管理模块和车距检测模块的实现。 车位管理模块主要是对车位位置的分配,车距检测模块主要是对车与闸门的距离、车尾与车位尾部的距离进行检测。 当车尾与车位尾部的距离过近时,触发报警系统。

车位管理模块主要是对车位位置进行分配、将实时图显示到GEC6818 开发板上、对出入口进行管理。本文设计连接GEC6818 开发板的LCD 电容触摸屏的大小是480×600,一个车位大小为200×160,一共有两排,每排5 个车位,一共有10 车位。 第一排从坐标(0,0)到(160,200)形成一个矩形为1 号车位,坐标(160,0)到(320,200)为2 号车位,坐标(320,0)到(480,200)为3 号车位,坐标(480,0)到(640,200)为4 号车位,坐标(640,0)到(800,200)为5 号车位。 第二排车位的坐标划分与第一排类似,中间还剩余(0,200)到(800,280)的位置显示车位剩余数量。 接下来有两个方向:一个是可以在开发板上对应的坐标下显示线条,拼成10 个车位;另一个是可以自己利用画图软件在对应的坐标下画10 个车位,再将图片显示到开发板上。 这两个方向都需要用到LCD 显示与帧缓冲技术,该技术就是将一个显示屏分为一个一个的像素点,像素点越大说明分辨率越高,然后将像素点一个一个填充自己设置的颜色。

车距监测模块主要是通过US100 超声波传感器的串口触发模式(插上跳线的跳线帽)对车头和车位尾部进行监测。 当对车位尾部进行检测时,笔者将传感器安装在车位尾部,距离过近则触发警报系统;当对车头进行检测时,笔者将传感器安装在闸门上,表示车与闸门之间的距离。 以上运用了US100 超声波传感器的工作原理,即通过US100 超声波传感器发送超声波脉冲,当检测到回波信号时,再通过Trig/Rx 针脚输出。

报警系统模块主要是为减少车主停车停偏的情况,帮助新手车主能将车完美的停进车位而设计的警报系统。 车距监测模块主要对车尾与车位尾部的距离监测,当距离小于200 mm 时,警报响起。

3 结语

本文设计实现停车场管理的基本需求,但仍有需要改进和提升的地方。 对于技术手段,笔者将引入带有定位系统的ETC 感应,利用新版带有精准定位的ETC 技术改进收费功能,实现先停车后付款的模式。另外,笔者将使用兼容传统模式的智能IC 卡,通过对IC 卡进行二维码绑定升级,与当前系统中的车牌识别技术结合,作为补充手段,在小区内、体育馆、工业园区等少人值守的停车场,全面实现无人值守的效果。