基于ZigBee的智能停车场管理系统的研究

INFORMATION & COMMUNICATIONS

信息通信

2017

(Sum. No 170)

基于ZigBee的智能停车场管理系统的研究

王军宇，高晓红

(

吉林建筑大学电气与计算机学院，吉林长春

130118)

摘要:在拥挤的城市寻找空的停车位是很艰苦和耗费时间的，平均在城市里寻找车位所需的时间是3.5—12分钟。一个 城市的停车管理系统如果不随着城市的发展而发展，那么停车难就是城市发展的一个重大问题。我们想通过开发开发

一个自动化的采用无线传感器网络的停车管理系统，一个自动化的停车管理系统可以检测车辆在停车场的具体停车状 况。本文基于ZigBee网络，超声波车辆检测系统建立一个智能停车场系统，并介绍初步结果。关键词:超声波;ZigBee;智能停车场中图分类号:TP311

文献标识码:A

文章编号：1673-1131(2017)02-0121-02

Research of Intelligent Parking Management System Based on ZigBee

Wang Junyu ,Gao Xiao hong

(School of electrical and computer science, Jilin Jianzhu University,Changchun,China 130118)

Abstract:Finding empty parking spaces in a crowded city is very difficult and time consuming, and the average time to find a parking space in the city is 3.5 _ 12 minutes. If the parking management system of a city is not developed with the deveb^ of the city, it is a major problem in the development of the city. We would like to develop an automated parking manageme^^ system using wireless sensor networks, an automated parking management system can detect the vehicle parking in the parking lot of the specific situation. In this paper, based on the ZigBee network, the ultrasonic vehicle detection system to establish a smart parking system, and the preliminary results are presented.

〇引言

停车场建设的滞后使得城市内停车问题日益严峻，停车困 难的问题会对城市道路的动态交通造成严重影响这会降低城 市道路的车辆承载量，“停车难”现象也日益突出，甚至于诱发交 通事故等。这需要一个有效的和节约型停车管理系统这个项

目试图通过实现一个智能来解决这个问题基于无线传感器的 停车管理系统网络(无线传感器网络)。它可以提供实时的停车 空间信息，停车指导使用的是一个图形用户界面和远程监测。

一个无线传感器网络是由空间分布的传感器节点组成。 传感器节点设置在不同的物理参数和控制位置下，每一个传 感器网络节点通常配备一个无线电收发器和一个微控制器。过分析电路特点信号特点，对选择的芯片进行了较为详细地

说明，并完成了外接电路的连接。选用Atmegall28芯片作为处理器，采用本文的电路进行了模拟量信号（温度）和开关量信号的采集与传输，测试结果表明本文所设计的电路工作性能稳定，采集与传输数据可靠。参考文献：[1] [2]

史密斯.实用数字信号处理从原理到应用[M].北京:人民 董诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].北京:清华大学出 邮电出版社,2010.版社，2006.

[3] 丁镇生.电子电路设计与应用手册[M].北京:电子工业出

版社,2013.[4] [5]

刘运学,朗智明，钟华，等.基于AVR单片机的压力控制系 王铁流,白贻杰，周尚.基于STM32F3处理器的双耦合接 统设计[J].计算机测量与控制，2011，19(9):2170-2172.地阻抗测量方法[J].计算机工程与应用，2013,49 (S3): 283-286.[6]

图3串口通信电路

梁伟洋.一种多通道通用数据采集系统的设计[J].计算机 工程与应用，2013,49(S3):135-139.

作者简介:谢志宏，男，副教授，硕士生导师，主要研究方向为模式识别与智能系统;梁新彬，男，硕士研究生，研宄方向为模式识别与智能系统。

通过光束来隔离电路，为系统提供一个安全的传输接口。但 是光电组合的隔离方式存在传输效率低、功耗大、易受干扰等

缺点，比如目前使用较多的6N137光电隔离器件，仅提供 10Mbps的最髙传输速率和一个隔离通道，且工作温度一般不 超过70度，这些都了光电隔离器件的使用。

考虑到应用的广泛性，我们采用了 ADI公司的AduM1201 隔离传输芯片，该芯片抛弃了传统的光电转换过程，功耗得到 明显降低，仅为光电隔离器件的不到1/10,该芯片还采用 iCoupler磁耦合隔离技术，在125度髙温环境中测试，传输可 靠性和速率未发生明显下降，可以采用小体积封装，同时该芯 片具有更高的传输速率和抗干扰能力，能够同时提供正、反双 向传输通道，使得电路设计变得简单。芯片搭载MAX232芯 片构成串口通彳目电路，如图3所不。

4结论

本文进行了常见信号采集与传输电路的设计，包括模拟 信号采集电路、开关信号采集电路和串口通信传输电路。通

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信息通信

易于部署在现有的停车地段。它的灵活性、自组织性以及电 池寿命是我们选择无线传感器网络的主要原因。

无线传感器网络是基于ZigBee协议，使用超声波传感器

实现的车辆检测。ZigBee网络具有低功耗,低成本，它可以把

我们需要的从理想变为现实。通过无线传感网络，我们提出

了一个停车场管理系统设计，包括项目开发的原型系统，系统 建筑,车辆检测单元，原型部署以及初步实验结果。

1 ZigBee 协议

ZigBee 的基础是 IEEE 802.15.4.IEEE 802.15.4 协议提出 了一些潜在支持大规模计算的功能应用.IEEE 802.15.4协议,

作为低速无线通信标准个人局域网，即使它不是专门为无线 传感器网络设计的，但是这个协议可以提供足够的灵活性，充 分调整其参数以适应不同的无线传感器网络应用。事实上， 低速率、低功耗和低成本无线网络是IEEE 802.15.4协议的主 要特点，ZigBee它通常适合无线传感器网络的要求。

是一种针对远程控制和传感器的无线网络技术, 适合应用在恶劣的无线电环境和孤立的操作位置。其中物理 层和媒体访问控制层遵循IEEE 802.15.4标准的规定.ZigBee 硬件解决方案采用2.4GHz频率带.ZigBee最大一次传输大小 为Bee 128个字节，包括为一个有效的房间协议开销 104字节，Zig­

采用 2 种寻址, 位 IEEE 地址和一个 16 位短地址， ZigBee

支持Mesh网络结构，星型拓扑结构或树状或混合结构，树状 的拓扑结构基本上是星型和网格的组合，图2显示选择了网 格以及星型网络配置网状拓扑结构，因为最远的路由器可能 必须与协调人沟通。

这些模块使用IEEE 802.15.4网络协议快速点到多点或点 对点网络，用两类设备，XBee和

XBee-Pro_XBee最大的室内

/城市通信范围30米，室外范围为100米在2.4赫兹的频率 下能达到250 kbps的数据速率。XBee-Pro具有相同规格，但

它的室内市区范围是100米和室外线路视距可达1.6公里。

2系统体系结构

建筑物的智能停车场管理系统，包括ZigBee无线传感器 网络、车辆检测模块、入口显示和预订系统。该系统能够为潜 在用户提供确定的可用空间的实时位置，顾客将能够在入口 使用互联网的一个图形用户界面映射的信息或手持PDA,查 看停车场停车的准确位置。

2.1车辆检测模块

选择合适的传感器，对于停车场的车辆检测是非常关键 的。障碍物检测可以用多种传感器来完成。超声波传感器精 度高、耐用性强以及实用性高，不会因物体的大小或颜色而受 到影响。由于精度范围测量不是主要的目标，而且超声波传

感器操作简单、价格便宜。因此采用40KHz的超声波传感器[2]。

超声波发射器的晶体是由一个40KHz振荡器组成。超声 波接收从障碍物表面反射的回波信号。这种回声需要放大， 整流过滤，在回波信号处理的最后阶段,可以使用电位器设置 阈值电压。回声的强度取决于在障碍物附近（汽车)，因此使 用这个电位器；检测的高度也可以设置。如果回波阈值显示 5V以上，即指示汽车已经存在。

超声波传感器使得驾驶员可以安全地倒车，其原理是利 用探测倒车路径上或附近存在的任何障碍物，并及时发出警 告。其警告表示是探测到了在盲区内障碍物的距离和方向。 这样,在狭窄的地方不管是泊车还是开车，都会减少驾驶员的

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王军宇等:基于ZigBee的智能停车场管理系统的研宄

心理压力，并可以游刃有余地采取必要的动作。

由于超声波能量也可以由其他反射杂散物体，并可能导 致虚假检测。所以采用电位器，对阈值进行相应的调整。

2.2 ZigBee子系统

ZigBee无线传感器网络是我们的应用核心。正如前面所

提到的XBee RFID模块记忆容量大且能快速扫面，支持Zig­Bee 协议，工程操作需求低、成本低、功耗低的无线传感器网络

气模块需要最小的功率，并提供可靠的交付远程设备之间的

数据。它工作在ISM 2.4高频频带.每一个XBee节点有一个 XBee无线电台与单片机。

节点XBee上的Atmel C51微控制器将接收每一个车 辆检测的二进制数据，数据通过DI (弓丨脚3)作为一个异步串 行信号进入XBee UART，然后存储在该缓冲区等待处理。当 设备发送不足17字节时，默认情况下，模块设置CTS (高)信 号，通知主机设备停止发送数据。DI缓冲区有34个字节时 CTS重新恢复。这个XBee或XBee Pro根据固件所提供的配 置加载为协调器或路由器。

为了形成一个网络，协调器选择一个未使用的操作信道 和个人区域网络制造商为每个制造商设置位序列号装置， 从SL (编号低)和SH (串行数高)，每一个为32位数据w。在 启动时，应用程序通过网络连接协调员,协调员的固件复位是 通过发送“FR”命令。同样的命令是由他们各自的微控制器发 送到路由器固件。

3初步头验结果

初步实验结果显示，以XBee (XBee-Pro)形式的核心 系统，协调器从所有的放置在停车场不同的位置路由器接收

停车场数据。它区分了对每个ZigBee发送请求帧ID框架, 建立了不同的数据包的数据检查组[5]。这个系统我们使用6车 辆检测单元连接3 XBee节点。因此，我们现在有2 XBee节 点和一个协调员XBee。协调员XBee和PC连接，编写的应 用程序接收来自端口的数据,解码它，并使之成为一个简单的 图形显示。

4结语

我们已经成功地开发了一个基于ZigBee技术的无线传感 器网络的智能停车场管理系统。可以说，初步的建立的停车 管理系统，是很令人满意的。下一步将是开发高效的数据管 理各种子系统的管理软件，比如图形用户界面显示、远程客户 预订系统等。这样才算是一个完整的、可以真正应用到商业 停车场的智能停车场管理系统。参考文献：[1] 邓应伟.停车场智能管理系统[D].湖南.湖南大学,2006.[2] 曾杰.滨海新区智能交通管理系统的研宄[D].天津:天津大 学,2006.

[3] 刘军.基于ZigBee的智能停车场管理系统的设计与实现 [D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2012.[4] 洪黎明.通信是实现智能交通的关键一访清华大学交通研 宄所所长史其信[J].数据通信,2006(4): 58.[5]

刘宁.智能停车场管理信息系统集成技术的研宄与应用

[D].成都:电子科技大学.2010.

作者简介:王军宇(1990-)，男，汉族，吉林长春人，在读硕士研宄生。