基于ZigBee的智能停車場系統(tǒng)設(shè)計

引言

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展,城市化進(jìn)程持續(xù)加快,城市規(guī)模不斷擴(kuò)大,居民收入水平提高,人均汽車保有量也大幅提升,對我國城市交通發(fā)展帶來了新的挑戰(zhàn),如果停車問題處理不好,將會影響整個交通的正常運(yùn)行,有可能造成交通擁堵,甚至引發(fā)交通事故等。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展以及微信小程序的興起,兩者結(jié)合可以使停車場管理更加智能化、現(xiàn)代化和人性化,更好地解決車輛停放問題。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為一項新興技術(shù),在各行各業(yè)得到了廣泛應(yīng)用,在停車場引用這種技術(shù)可以降低管理難度,優(yōu)化停車場資源。微信小程序是一種不用下載就能使用的應(yīng)用,經(jīng)過近兩年的發(fā)展,已經(jīng)構(gòu)建了新的小程序開發(fā)環(huán)境和開發(fā)者生態(tài)。

本文利用ZigBee技術(shù)、微信小程序、傳感器網(wǎng)絡(luò)組成一套完整的停車場系統(tǒng),從用戶遠(yuǎn)程預(yù)約到用戶停車結(jié)束,進(jìn)行完整規(guī)劃,包括車位的遠(yuǎn)程預(yù)定、最短路徑規(guī)劃、最優(yōu)停車場推薦、車費(fèi)計算、車位管理、出入閘管理、二維碼識別。

1研究背景

停車管理系統(tǒng)在交通管理中扮演著十分重要的角色,對于減輕城市交通壓力具有重要意義。世界各國的停車場管理系統(tǒng)都具備每個國家自己的特色,有很多經(jīng)驗值得我們借鑒和學(xué)習(xí)。譬如,德國規(guī)范的城市泊車管理系統(tǒng),使其擁有世界上最完美的路側(cè)停車標(biāo)記系統(tǒng):美國的停車費(fèi)收取標(biāo)準(zhǔn)多樣,分地點(diǎn)、時間進(jìn)行收費(fèi):日本為了能充分利用潛在空間,鼓勵設(shè)計創(chuàng)建立體停車場:目前意大利開始投入使用手機(jī)支付停車場收費(fèi)管理系統(tǒng),車主除可以用手機(jī)預(yù)約停車位以外,還可以繳納停車費(fèi),甚至可以在任意時刻延長或停止停車時間:新加坡陸路交通管理局在2008年建造啟用了一個全自動化的停車場,車主只要將車停在停車場入口的大電梯內(nèi),然后啟動停車程序,在電梯旁的具有觸控功能的熒屏上輸入個人密碼,系統(tǒng)就會自動將車停在電腦配置的車位上,取車時只要輸入個人賬號,系統(tǒng)就會自動找出車子,并通知車主到車輛所載的電梯取車。此外,日本采用的車與車位一對一策略很好地解決了停車難問題,上述都是近年來各國學(xué)者的研究成果,值得我們學(xué)習(xí)和借鑒。

2智能停車系統(tǒng)設(shè)計

2.1智能停車硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

采用ZigBee作為整套系統(tǒng)的主體,根據(jù)ZigBee傳輸距離的特點(diǎn),布置好各個節(jié)點(diǎn),將所有數(shù)據(jù)傳回到協(xié)調(diào)器。采用對射式紅外傳感器判斷車輛是否到來,協(xié)調(diào)器控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)道閘的起落。通過RFID技術(shù)讀取車輛IC卡,實(shí)現(xiàn)對到來車輛信息的讀取。每個停車位下方嵌入對射式紅外傳感器,實(shí)現(xiàn)對停車場車位的實(shí)時監(jiān)控,對場內(nèi)現(xiàn)有空車位進(jìn)行統(tǒng)計和顯示,并將數(shù)據(jù)返回。依據(jù)車輛的停車時間及單位時間停車費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn),計算并顯示停車費(fèi)用。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2智能停車軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

通過微信小程序的開發(fā),設(shè)計出用戶程序端,主要分為3個頁面,分別是主頁面、訂閱頁面以及個人頁面。利用小程序的云后臺建立云端數(shù)據(jù)庫,分別是車位數(shù)據(jù)庫、用戶數(shù)據(jù)庫、車牌號數(shù)據(jù)庫、歷史記錄數(shù)據(jù)庫。調(diào)用高德地圖和騰訊地圖提供的API實(shí)現(xiàn)最短路徑規(guī)劃,最短停車場距離計算:調(diào)用微信的官方文檔,實(shí)現(xiàn)用戶預(yù)約二維碼的生成。

微信小程序系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3各部分設(shè)計思路

3.1出入口部分

在停車場入口處安裝一個對射式紅外傳感器和RFID讀卡器,當(dāng)紅外傳感器檢測到車輛到來時,傳感器輸出低電平,ZigBcc終端節(jié)點(diǎn)采集到該數(shù)據(jù),又將該數(shù)據(jù)傳輸給ZigBcc協(xié)調(diào)器,協(xié)調(diào)器判斷接收到的信號,進(jìn)而控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)道閘的起落:每輛車有唯一的IC卡,車輛駛至停車場入口處時,RFID讀卡器讀取IC卡中的卡號,通過調(diào)用顯示函數(shù),將其在顯示屏上進(jìn)行顯示。當(dāng)紅外傳感器未檢測到車輛時,傳感器輸出高電平,ZigBcc終端節(jié)點(diǎn)采集到該數(shù)據(jù),又將該數(shù)據(jù)傳輸給ZigBcc協(xié)調(diào)器,協(xié)調(diào)器判斷接收到的信號,進(jìn)而控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)道閘的起落。出入口閘道流程圖如圖3所示。

3.2車位監(jiān)控

在停車場內(nèi)部的每個停車位下方嵌入一個對射式紅外傳感器,對每一個車位進(jìn)行編號,當(dāng)紅外傳感器檢測到車位上沒有車輛時,傳感器持續(xù)輸出高電平:當(dāng)有車輛停入停車位時,紅外傳感器輸出轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖?ZigBee終端節(jié)點(diǎn)對該變化信號進(jìn)行有效采集,再周期性地將其發(fā)送給協(xié)調(diào)器,協(xié)調(diào)器接收到該數(shù)據(jù)后進(jìn)行集中處理,通過對每個停車位上的傳感器狀態(tài)進(jìn)行周期性檢測,實(shí)現(xiàn)對停車場內(nèi)車位的實(shí)時監(jiān)測。車位監(jiān)控流程如圖4所示。

3.3停車費(fèi)用計算與顯示

當(dāng)停車位上的對射式紅外傳感器前一狀態(tài)未檢測到有車停在車位上,后一狀態(tài)檢測到有車時,啟動計時器對車輛停車時間進(jìn)行記錄:當(dāng)紅外傳感器檢測到車位上沒有車輛時,計時器停止計數(shù),根據(jù)計時器計數(shù)和單位時間的停車費(fèi)標(biāo)準(zhǔn),計算出該車位的車輛停車費(fèi)用。車位計費(fèi)流程如圖5所示。

3.4二維碼識別讀取

利用STM32FM103作為主系統(tǒng),加裝一個二維碼識別模塊以及調(diào)用顯示屏。當(dāng)車主進(jìn)入停車入閘口時,二維碼模塊通過識別用戶提供的預(yù)約二維碼,利用串口通信將讀取到的車主信息傳入STM32單片機(jī)中,再利用串口通信將車牌號碼顯示在顯示屏上。二維碼識別讀取流程如圖6所示。

4微信小程序主頁面設(shè)計

主頁面通過用戶授權(quán)后臺獲得用戶當(dāng)前的經(jīng)緯度,利用騰訊地圖與高德地圖提供的AP1接口實(shí)現(xiàn)路徑導(dǎo)航、最短距離計算等操作。以用戶當(dāng)前地點(diǎn)周圍地圖環(huán)境為背景,方便用戶瀏覽與選擇,以陰影圈為設(shè)計,展示目標(biāo)范圍內(nèi)的停車場信息,使整個小程序更加美觀。底部為停車場簡略信息展示,展示有關(guān)停車關(guān)鍵數(shù)據(jù),包括停車場距離以及停車場價格。

4.1微信小程序預(yù)定頁面設(shè)計

對停車場場景進(jìn)行展示,調(diào)用云端數(shù)據(jù)庫展示停車場管理員的聯(lián)系方式,詳細(xì)地址同樣調(diào)用地圖AP1接口,車主可以進(jìn)行點(diǎn)擊,調(diào)轉(zhuǎn)導(dǎo)航頁面,利用騰訊地圖提供的路線規(guī)劃引導(dǎo)用戶到達(dá)停車場。車主選擇停車時間,采用下拉選擇框方便用戶選擇時間以及查詢停車價格。用戶通過點(diǎn)擊按鈕生成二維碼。

4.2微信小程序個人頁面設(shè)計

個人頁面設(shè)計主要包括個人資料模塊、我的賬單模塊、車輛管理以及車位管理模塊。用戶可以在這里了解自己的歷史訂單、停車歷史等,也可以對車主車牌進(jìn)行輸入與綁定。

4.3微信小程序二維碼的生成

調(diào)用微信小程序官方文檔,調(diào)用二維碼生成功能,通過將后臺車主填寫的車牌號信息、車主信息、車主預(yù)約時間等關(guān)鍵信息綁定于二維碼中,車主保存二維碼。當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)定停車點(diǎn)時,出示掃描二維碼,確認(rèn)車主信息,進(jìn)入停車場。

5結(jié)語

本文利用ZigBee技術(shù)對停車場管理進(jìn)行了優(yōu)化,利用微信小程序彌補(bǔ)了停車場用戶端的不足,利用二維碼技術(shù)將用戶端與停車端進(jìn)行有效連接,對停車場資源進(jìn)行了有效利用,同時簡化了車主的預(yù)定操作。在3種新興技術(shù)的有效結(jié)合下,能夠更好地解決停車難問題,提高城市交通管理水平,為創(chuàng)建智慧停車場提供了技術(shù)支持。