基于ZigBee的智能停车场系统设计

引言

随着经济发展,城市化进程持续加快,城市规模不断扩大,居民收入水平提高,人均汽车保有量也大幅提升,对我国城市交通发展带来了新的挑战,如果停车问题处理不好,将会影响整个交通的正常运行,有可能造成交通拥堵,甚至引发交通事故等。随着物联网技术的发展以及微信小程序的兴起,两者结合可以使停车场管理更加智能化、现代化和人性化,更好地解决车辆停放问题。

物联网技术作为一项新兴技术,在各行各业得到了广泛应用,在停车场引用这种技术可以降低管理难度,优化停车场资源。微信小程序是一种不用下载就能使用的应用,经过近两年的发展,已经构建了新的小程序开发环境和开发者生态。

本文利用ZigBee技术、微信小程序、传感器网络组成一套完整的停车场系统,从用户远程预约到用户停车结束,进行完整规划,包括车位的远程预定、最短路径规划、最优停车场推荐、车费计算、车位管理、出入闸管理、二维码识别。

1研究背景

停车管理系统在交通管理中扮演着十分重要的角色,对于减轻城市交通压力具有重要意义。世界各国的停车场管理系统都具备每个国家自己的特色,有很多经验值得我们借鉴和学习。譬如,德国规范的城市泊车管理系统,使其拥有世界上最完美的路侧停车标记系统:美国的停车费收取标准多样,分地点、时间进行收费:日本为了能充分利用潜在空间,鼓励设计创建立体停车场:目前意大利开始投入使用手机支付停车场收费管理系统,车主除可以用手机预约停车位以外,还可以缴纳停车费,甚至可以在任意时刻延长或停止停车时间:新加坡陆路交通管理局在2008年建造启用了一个全自动化的停车场,车主只要将车停在停车场入口的大电梯内,然后启动停车程序,在电梯旁的具有触控功能的荧屏上输入个人密码,系统就会自动将车停在电脑配置的车位上,取车时只要输入个人账号,系统就会自动找出车子,并通知车主到车辆所载的电梯取车。此外,日本采用的车与车位一对一策略很好地解决了停车难问题,上述都是近年来各国学者的研究成果,值得我们学习和借鉴。

2智能停车系统设计

2.1智能停车硬件系统结构

采用ZigBee作为整套系统的主体,根据ZigBee传输距离的特点,布置好各个节点,将所有数据传回到协调器。采用对射式红外传感器判断车辆是否到来,协调器控制步进电机实现道闸的起落。通过RFID技术读取车辆IC卡,实现对到来车辆信息的读取。每个停车位下方嵌入对射式红外传感器,实现对停车场车位的实时监控,对场内现有空车位进行统计和显示,并将数据返回。依据车辆的停车时间及单位时间停车费用标准,计算并显示停车费用。该系统结构如图1所示。

2.2智能停车软件系统结构

通过微信小程序的开发,设计出用户程序端,主要分为3个页面,分别是主页面、订阅页面以及个人页面。利用小程序的云后台建立云端数据库,分别是车位数据库、用户数据库、车牌号数据库、历史记录数据库。调用高德地图和腾讯地图提供的API实现最短路径规划,最短停车场距离计算:调用微信的官方文档,实现用户预约二维码的生成。

微信小程序系统结构如图2所示。

3各部分设计思路

3.1出入口部分

在停车场入口处安装一个对射式红外传感器和RFID读卡器,当红外传感器检测到车辆到来时,传感器输出低电平,ZigBcc终端节点采集到该数据,又将该数据传输给ZigBcc协调器,协调器判断接收到的信号,进而控制步进电机实现道闸的起落:每辆车有唯一的IC卡,车辆驶至停车场入口处时,RFID读卡器读取IC卡中的卡号,通过调用显示函数,将其在显示屏上进行显示。当红外传感器未检测到车辆时,传感器输出高电平,ZigBcc终端节点采集到该数据,又将该数据传输给ZigBcc协调器,协调器判断接收到的信号,进而控制步进电机实现道闸的起落。出入口闸道流程图如图3所示。

3.2车位监控

在停车场内部的每个停车位下方嵌入一个对射式红外传感器,对每一个车位进行编号,当红外传感器检测到车位上没有车辆时,传感器持续输出高电平:当有车辆停入停车位时,红外传感器输出转变为低电平,ZigBee终端节点对该变化信号进行有效采集,再周期性地将其发送给协调器,协调器接收到该数据后进行集中处理,通过对每个停车位上的传感器状态进行周期性检测,实现对停车场内车位的实时监测。车位监控流程如图4所示。

3.3停车费用计算与显示

当停车位上的对射式红外传感器前一状态未检测到有车停在车位上,后一状态检测到有车时,启动计时器对车辆停车时间进行记录:当红外传感器检测到车位上没有车辆时,计时器停止计数,根据计时器计数和单位时间的停车费标准,计算出该车位的车辆停车费用。车位计费流程如图5所示。

3.4二维码识别读取

利用STM32FM103作为主系统,加装一个二维码识别模块以及调用显示屏。当车主进入停车入闸口时,二维码模块通过识别用户提供的预约二维码,利用串口通信将读取到的车主信息传入STM32单片机中,再利用串口通信将车牌号码显示在显示屏上。二维码识别读取流程如图6所示。

4微信小程序主页面设计

主页面通过用户授权后台获得用户当前的经纬度,利用腾讯地图与高德地图提供的AP1接口实现路径导航、最短距离计算等操作。以用户当前地点周围地图环境为背景,方便用户浏览与选择,以阴影圈为设计,展示目标范围内的停车场信息,使整个小程序更加美观。底部为停车场简略信息展示,展示有关停车关键数据,包括停车场距离以及停车场价格。

4.1微信小程序预定页面设计

对停车场场景进行展示,调用云端数据库展示停车场管理员的联系方式,详细地址同样调用地图AP1接口,车主可以进行点击,调转导航页面,利用腾讯地图提供的路线规划引导用户到达停车场。车主选择停车时间,采用下拉选择框方便用户选择时间以及查询停车价格。用户通过点击按钮生成二维码。

4.2微信小程序个人页面设计

个人页面设计主要包括个人资料模块、我的账单模块、车辆管理以及车位管理模块。用户可以在这里了解自己的历史订单、停车历史等,也可以对车主车牌进行输入与绑定。

4.3微信小程序二维码的生成

调用微信小程序官方文档,调用二维码生成功能,通过将后台车主填写的车牌号信息、车主信息、车主预约时间等关键信息绑定于二维码中,车主保存二维码。当到达预定停车点时,出示扫描二维码,确认车主信息,进入停车场。

5结语

本文利用ZigBee技术对停车场管理进行了优化,利用微信小程序弥补了停车场用户端的不足,利用二维码技术将用户端与停车端进行有效连接,对停车场资源进行了有效利用,同时简化了车主的预定操作。在3种新兴技术的有效结合下,能够更好地解决停车难问题,提高城市交通管理水平,为创建智慧停车场提供了技术支持。