基于物联网的城市车位共享系统设计

引 言

随着汽车的普及，汽车停车难问题逐渐显现，目前很多城市的行政单位、商务办公场所、饭店宾馆、餐饮娱乐场所、车站码头、电影院、医院、风景名胜景区、公园、商业购物中心、大型批发市场、农贸市场等大型公共场所的车位无法满足人们的停车需求 [1]。由于停车问题无法得到有效解决，车辆乱停乱放的现象随之加剧。 停车难 紧跟 行车难 已成为当前阻碍城市道路交通发展的又一普遍性问题。

鉴于以上现状，我们搭建了一个新型网上交易空闲车位的平台。利用该平台，当用户需要停车时，打开手机端软件就可立即查询附近的空闲车位，然后通过软件的即时通信功能实现与其所有者的交流和洽谈，而后通过在线支付功能进行交易，最后车位所有者可以使用软件的车位远程控制功能打开自己的车位锁，让对方泊车入位。在临时车辆离开时可以通知所有者关闭车位锁，完成整个交易过程。同一停车场内采用ZigBee 器件组网，不仅节约能源，操作简便，更大大节省了车主寻找车位的时间[2]。

1 系统总体结构及原理图

图 1 所示为系统设计结构和原理框图。硬件部分的设计基于STM32F407 单片机，采用模块化设计思想，由车位锁、ZigBee 器件、微处理器模块、电源模块等构成。

软件部分，基于Android 系统开发的用户专用App，分为两种登录模式，即车位拥有者和车位需求者模式。私家车位拥有者开车外出后，该车位进入空闲状态，此时用户可通过App 查询，同时车位需求者抵达该目的地前可实时查询该地区的车位空闲状态，并通过App 进行车位租借。当车位需求者与车位拥有者对租金达成一致后，可在线支付租金，支付完成后，车位拥有者通过App 开启该车位，供他人使用。

2 硬件设计

2.1 微控制器

STM32系列芯片是一款高性能、低功耗、高性价比的微控制芯片，在应用开发模拟方面应用广泛。ARM-Cortex-M3 内核 STM32F103增强型 系列的时钟频率达 72MHz，相对于其他微控制芯片频率较高，因此具有很大优势 ；较为低端的基本型时钟频率为 36MHz，价格低廉，基本与 16位芯片价格持平。因此，目前 STM32芯片是16位芯片产品用户的最佳选择。STM32F4系列单片机内置 32～128K的闪存，不同于F1系列的是SRAM的最大容量和外设接口的组合。当时钟频率为 72MHz时，从闪存执行代码，STM32 功耗为 36mA， 是目前市场上 32位芯片功耗最低的产品，0.5mA/MHz[3,4]。其他同系列产品STM32F407是 Cortex-M4最高 168MHz主频带 DSP，外围设备的扩充量明显增强，GPIO的功能选择和精度都有很大提高。因此，为提高设备精确度，我们选用STM32F407作为主芯片。

2.2 WiFi模块

WiFi 模块是近期适用范围很广的芯片，建立起 WiFi 通信连接后，可接收智能终端或云端服务器的无线信号，然后通过 TCP/IP 协议解析后，透过底层模块框架将收到的信号传递给微控制器，以驱动各种外设[5]。

WiFi 模块采用庆科组件，EMW3080，工作电压为 3.3 V， 外形尺寸为 33 mm 18 mm。这是一款低功耗WiFi 无线网络模块，它融合了业界最新的WiFi技术和微控制器技术，支持IEEE802.11b/g/n无线通信和多种节能模式，可广泛运用于各种新型智能化电子产品。WiFi模块需要在停车场连入网络， 以便与云端服务器通信，由于本设备只需要完成控制功能，所以在调试过程中可事先将其通信协议绑定好工作模式，无需次次解析协议，大大简化了微控制器的工作内容，节约了能源和时间。WiFi模块通信方式如图 2所示。

2.3 ZigBee器件

随着新一代技术的发展，无线通信技术应用领域越来越广。使用传统的有线网络组成系统往往要进行大量布线，不仅成本较高，同时功耗和操作难度也高于无线通信。而无线传感器网络系统能弥补有线网络的劣势，近年来已成为国内外的研究热点[6]。ZigBee 技术自ZigBee 联盟推出规范以来，便大量被各领域的大小企业及个人研究使用，目前已经广泛应用在工业、农业、家庭等领域。本系统在硬件设计方面使用TI 公司生产的CC2530 芯片作为无线通信节点的核心，实现了无线网络数据采集系统硬件的构建[7]。

本系统只需控制机械车位锁触发开关，故只需要使用一位的数据传输，操作简单，功耗低。ZigBee 模块工作方式如图 3 所示。

3 软件设计

为了实现移动终端软件设计、定位与数据接收发送功能， 文中采用Android 系统实现移动终端软件设计，通过封装核心类实现多种控制功能。

UI 设计主界面采取市面上最常用的ViewPager+Fragment设计，4 个Fragment 对应 4 个主要功能模块，如图 4 所示。

（1）MapFragment 主要显示用户附近带特定车位锁的停车场位置，点击进入二级界面后，显示此停车场的具体车位情况。定位核心使用百度地图 Android 定位的 SDK 中的 LBS 定位服务接口，结合手机方向传感器共同作用。方向传感器封 装在 MyOrientationListener 类中 [8,9]。 

（2）CarFragment 注册显示车辆信息，为增加使用的安 全性，软件均采用实名制。根据页面提示填写要查询的车辆 信息，如车牌号、发动机号码、车架号等需进行实名认证。 

（3）LockFragment 功能为开关车位锁，接入机智云的 SDK，其中封装了手机与机智云智能硬件的通信过程，SDK 通 过字典键值对方式进行设备控制和状态接收 [10]。SDK 接收到 App下发的指令字后，对应解析为设备可识别的数据，并发送 给设备。

反之，SDK 收到设备回复或上报的数据后，对应解析为字典键值对上报给App，从而完成锁的开关。

（4）MeFragment 个人设置主界面具有支付、个人信息设置、缓存清理等功能，其核心为微信支付功能。

4 结 语

本文应用典型的物联网模式，将物、网、人充分结合组成网络，并使用ZigBee 器件对功耗问题进行合理规划。可将城市中的资源进行合理规划利用，主要的创新点在于顺应了时代技术潮流，解决了生活中的实际问题，可切实解决城市资源无法充分利用的问题，缓解了当今比较严峻的车位形势。