基于物聯(lián)網(wǎng)的城市車位共享系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引 言

隨著汽車的普及，汽車停車難問(wèn)題逐漸顯現(xiàn)，目前很多城市的行政單位、商務(wù)辦公場(chǎng)所、飯店賓館、餐飲娛樂(lè)場(chǎng)所、車站碼頭、電影院、醫(yī)院、風(fēng)景名勝景區(qū)、公園、商業(yè)購(gòu)物中心、大型批發(fā)市場(chǎng)、農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)等大型公共場(chǎng)所的車位無(wú)法滿足人們的停車需求 [1]。由于停車問(wèn)題無(wú)法得到有效解決，車輛亂停亂放的現(xiàn)象隨之加劇。 停車難 緊跟 行車難 已成為當(dāng)前阻礙城市道路交通發(fā)展的又一普遍性問(wèn)題。

鑒于以上現(xiàn)狀，我們搭建了一個(gè)新型網(wǎng)上交易空閑車位的平臺(tái)。利用該平臺(tái)，當(dāng)用戶需要停車時(shí)，打開(kāi)手機(jī)端軟件就可立即查詢附近的空閑車位，然后通過(guò)軟件的即時(shí)通信功能實(shí)現(xiàn)與其所有者的交流和洽談，而后通過(guò)在線支付功能進(jìn)行交易，最后車位所有者可以使用軟件的車位遠(yuǎn)程控制功能打開(kāi)自己的車位鎖，讓對(duì)方泊車入位。在臨時(shí)車輛離開(kāi)時(shí)可以通知所有者關(guān)閉車位鎖，完成整個(gè)交易過(guò)程。同一停車場(chǎng)內(nèi)采用ZigBee 器件組網(wǎng)，不僅節(jié)約能源，操作簡(jiǎn)便，更大大節(jié)省了車主尋找車位的時(shí)間[2]。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及原理圖

圖 1 所示為系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和原理框圖。硬件部分的設(shè)計(jì)基于STM32F407 單片機(jī)，采用模塊化設(shè)計(jì)思想，由車位鎖、ZigBee 器件、微處理器模塊、電源模塊等構(gòu)成。

軟件部分，基于Android 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的用戶專用App，分為兩種登錄模式，即車位擁有者和車位需求者模式。私家車位擁有者開(kāi)車外出后，該車位進(jìn)入空閑狀態(tài)，此時(shí)用戶可通過(guò)App 查詢，同時(shí)車位需求者抵達(dá)該目的地前可實(shí)時(shí)查詢?cè)摰貐^(qū)的車位空閑狀態(tài)，并通過(guò)App 進(jìn)行車位租借。當(dāng)車位需求者與車位擁有者對(duì)租金達(dá)成一致后，可在線支付租金，支付完成后，車位擁有者通過(guò)App 開(kāi)啟該車位，供他人使用。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 微控制器

STM32系列芯片是一款高性能、低功耗、高性價(jià)比的微控制芯片，在應(yīng)用開(kāi)發(fā)模擬方面應(yīng)用廣泛。ARM-Cortex-M3 內(nèi)核 STM32F103增強(qiáng)型 系列的時(shí)鐘頻率達(dá) 72MHz，相對(duì)于其他微控制芯片頻率較高，因此具有很大優(yōu)勢(shì) ；較為低端的基本型時(shí)鐘頻率為 36MHz，價(jià)格低廉，基本與 16位芯片價(jià)格持平。因此，目前 STM32芯片是16位芯片產(chǎn)品用戶的最佳選擇。STM32F4系列單片機(jī)內(nèi)置 32～128K的閃存，不同于F1系列的是SRAM的最大容量和外設(shè)接口的組合。當(dāng)時(shí)鐘頻率為 72MHz時(shí)，從閃存執(zhí)行代碼，STM32 功耗為 36mA， 是目前市場(chǎng)上 32位芯片功耗最低的產(chǎn)品，0.5mA/MHz[3,4]。其他同系列產(chǎn)品STM32F407是 Cortex-M4最高 168MHz主頻帶 DSP，外圍設(shè)備的擴(kuò)充量明顯增強(qiáng)，GPIO的功能選擇和精度都有很大提高。因此，為提高設(shè)備精確度，我們選用STM32F407作為主芯片。

2.2 WiFi模塊

WiFi 模塊是近期適用范圍很廣的芯片，建立起 WiFi 通信連接后，可接收智能終端或云端服務(wù)器的無(wú)線信號(hào)，然后通過(guò) TCP/IP 協(xié)議解析后，透過(guò)底層模塊框架將收到的信號(hào)傳遞給微控制器，以驅(qū)動(dòng)各種外設(shè)[5]。

WiFi 模塊采用慶科組件，EMW3080，工作電壓為 3.3 V， 外形尺寸為 33 mm 18 mm。這是一款低功耗WiFi 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模塊，它融合了業(yè)界最新的WiFi技術(shù)和微控制器技術(shù)，支持IEEE802.11b/g/n無(wú)線通信和多種節(jié)能模式，可廣泛運(yùn)用于各種新型智能化電子產(chǎn)品。WiFi模塊需要在停車場(chǎng)連入網(wǎng)絡(luò)， 以便與云端服務(wù)器通信，由于本設(shè)備只需要完成控制功能，所以在調(diào)試過(guò)程中可事先將其通信協(xié)議綁定好工作模式，無(wú)需次次解析協(xié)議，大大簡(jiǎn)化了微控制器的工作內(nèi)容，節(jié)約了能源和時(shí)間。WiFi模塊通信方式如圖 2所示。

2.3 ZigBee器件

隨著新一代技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線通信技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣。使用傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)組成系統(tǒng)往往要進(jìn)行大量布線，不僅成本較高，同時(shí)功耗和操作難度也高于無(wú)線通信。而無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能彌補(bǔ)有線網(wǎng)絡(luò)的劣勢(shì)，近年來(lái)已成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)[6]。ZigBee 技術(shù)自ZigBee 聯(lián)盟推出規(guī)范以來(lái)，便大量被各領(lǐng)域的大小企業(yè)及個(gè)人研究使用，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、家庭等領(lǐng)域。本系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)方面使用TI 公司生產(chǎn)的CC2530 芯片作為無(wú)線通信節(jié)點(diǎn)的核心，實(shí)現(xiàn)了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件的構(gòu)建[7]。

本系統(tǒng)只需控制機(jī)械車位鎖觸發(fā)開(kāi)關(guān)，故只需要使用一位的數(shù)據(jù)傳輸，操作簡(jiǎn)單，功耗低。ZigBee 模塊工作方式如圖 3 所示。

3 軟件設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端軟件設(shè)計(jì)、定位與數(shù)據(jù)接收發(fā)送功能， 文中采用Android 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端軟件設(shè)計(jì)，通過(guò)封裝核心類實(shí)現(xiàn)多種控制功能。

UI 設(shè)計(jì)主界面采取市面上最常用的ViewPager+Fragment設(shè)計(jì)，4 個(gè)Fragment 對(duì)應(yīng) 4 個(gè)主要功能模塊，如圖 4 所示。

（1）MapFragment 主要顯示用戶附近帶特定車位鎖的停車場(chǎng)位置，點(diǎn)擊進(jìn)入二級(jí)界面后，顯示此停車場(chǎng)的具體車位情況。定位核心使用百度地圖 Android 定位的 SDK 中的 LBS 定位服務(wù)接口，結(jié)合手機(jī)方向傳感器共同作用。方向傳感器封 裝在 MyOrientationListener 類中 [8,9]。 

（2）CarFragment 注冊(cè)顯示車輛信息，為增加使用的安 全性，軟件均采用實(shí)名制。根據(jù)頁(yè)面提示填寫要查詢的車輛 信息，如車牌號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)號(hào)碼、車架號(hào)等需進(jìn)行實(shí)名認(rèn)證。 

（3）LockFragment 功能為開(kāi)關(guān)車位鎖，接入機(jī)智云的 SDK，其中封裝了手機(jī)與機(jī)智云智能硬件的通信過(guò)程，SDK 通 過(guò)字典鍵值對(duì)方式進(jìn)行設(shè)備控制和狀態(tài)接收 [10]。SDK 接收到 App下發(fā)的指令字后，對(duì)應(yīng)解析為設(shè)備可識(shí)別的數(shù)據(jù)，并發(fā)送 給設(shè)備。

反之，SDK 收到設(shè)備回復(fù)或上報(bào)的數(shù)據(jù)后，對(duì)應(yīng)解析為字典鍵值對(duì)上報(bào)給App，從而完成鎖的開(kāi)關(guān)。

（4）MeFragment 個(gè)人設(shè)置主界面具有支付、個(gè)人信息設(shè)置、緩存清理等功能，其核心為微信支付功能。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文應(yīng)用典型的物聯(lián)網(wǎng)模式，將物、網(wǎng)、人充分結(jié)合組成網(wǎng)絡(luò)，并使用ZigBee 器件對(duì)功耗問(wèn)題進(jìn)行合理規(guī)劃?？蓪⒊鞘兄械馁Y源進(jìn)行合理規(guī)劃利用，主要的創(chuàng)新點(diǎn)在于順應(yīng)了時(shí)代技術(shù)潮流，解決了生活中的實(shí)際問(wèn)題，可切實(shí)解決城市資源無(wú)法充分利用的問(wèn)題，緩解了當(dāng)今比較嚴(yán)峻的車位形勢(shì)。