基于物联网技术的先进泊车系统设计

黄炳源 张袁 戴朦 钱丝雨

摘要：随着国民经济增长，居民消费水平日益增高，汽车在中国家庭的普及已十分广泛。汽车保有量不断增长，停车设施需求也随之扩大。为了缓解目前停车难的现状，我们提出了一个基于物联网技术的先进泊车系统的设计，该系统通过ZigBee、传感器和微信小程序等技术，能够收集城市内已登记的停车场的车位信息，从而给车主提供信息服务，从而减少了停车场的管理成本和车主的时间成本，提高了停车位的利用率，缓解了城市的污染问题和拥堵问题。与此同时，该系统具有兼容性强，容易维护，便于安装等特点，可以方便地实装在各大停车场中。

关键词：物联网;停车场;ZigBee;传感器;微信小程序

1 概述

当前，“停车之痛”已成为城市通病，因停车问题引发的纠纷屡见不鲜。无论在北京、上海等超大型城市，还是重庆、成都等特大城市，甚至人口只有几万、十几万的县城和乡镇，停车难都给群众生活和政府管理带来了深深的烦恼。近年来，国内汽车保有量保持快速增长，停车难问题日益凸显。[1]

然而在全国汽车保有量如此之高的前提下，在机动车密度更加高的各大城市中心由于已经被高度开发，地皮的缺少、市中心地皮的高昂地价等原因导致新停车场的规划数量减少，因此泊车位的增速缓慢。同时，某些停车场由于建造时间早，导致其自动化程度低，仅靠人力不能对停车场进行高效率的管理，甚至由于人力资源的过度使用，导致人力成本提高的同时车主由于不能便捷地找到停车位，停车后忘记车的位置和麻烦的扣费流程而使用户体验低下。其次，统计表明，一个正常的驾驶员在一个大城市中想找到一个可用的停车位约需要八分钟，寻找车位的过程中难免会由于国内巨大的汽车保有量而再次产生拥堵，机动车产生的尾气也不能忽视。

为此，本文提出一种基于物联网技术的先进泊车系统的设计，能够减少停车场的管理成本和车主的时间成本，提高停车位的利用率，缓解城市的污染问题和拥堵问题

2 系统总体设计

本系统总体结构包括服务器端，客户端，地锁模块，单片机模块，ZigBee模块和车辆检测模块组成。服务器端在接收到用户客户端请求信号后，根据得到的车位信息给空闲车位的智能地锁节点发送短信息（锁定车位），智能地锁节点接收到信息后，由空闲状态进入待命状态（智能地锁在空闲状态时，没有通过微信小程序预订车位的车主能够直接停入，进入待命状态后地锁模块将锁止，只能由预订车主的客户端点击打开地锁停入，或者由管理员强制解除），同时服务器端开始计时（若客户在地锁待命状态后，工作状态之前取消订单，则按照预定到取消订单的时间计费，若成功使用，则根据工作状态开始到结束的时间来计费），当预订车辆进入停车场并到达停车位后，可在微信小程序上点击我已到达信号，随后服务器端通过协调器传输信号给智能地锁，从而驱动地锁模块开锁，进入工作状态。用户离开后，车辆检测模块检测到用户离开，单片机发出信号给地锁模块解除锁定，同时，智能地锁给服务器端发送工作完毕信息，服务器端计费结束，并将相应扣费等信息传送给客户端。地锁重新回到待命状态，自此完成一次工作循环。

3 硬件部分

3.1 单片机模块

单片机模块能够处理来自ZigBee模块的信号、地锁模块和车辆检测模块的信号。我们选用STM32F103主控芯片，STM32F103芯片具有高性能，功耗合理，后期开发方便和扩展性能强的特点，能够跟其他模块很好地进行兼容，从而保证了整个系统的稳定性和服务质量。

3.2 地锁模块

地锁模块是一个由步进电机驱动的锁芯，当需要锁定的时候步进电机驱动锁芯升起，从而阻碍车辆停入，当锁定解除时，步进电机带动锁芯复位。

3.3 车辆检测模块

车辆检测模块由一个超声波测距模块组成，超声波车辆检测器主要的工作原理是反射回波原理，指在具体车辆检测中通过发射相应的超声波进行反射回应来完成对车辆的检测工作。[2]超声波检测器无需进行路面破坏，使用效果不受路面质量限制，具有安装便利、可移动、使用时间长、硬件价格便宜等优点，可批量生产。在判定车辆通过，超声波检测器也能表现出较高的精度。[3]

车辆检测模块能够检测车辆的到来或者离开，并将反馈信息返回给中央处理模块。同时通过不同颜色的灯光显示地锁的状态。此处我们选择HCSR04超声波模块，该模块成本低，精度符合需求，测距性能稳定，能够满足检测车辆是否在车位上这一功能。

3.4 ZigBee模块

ZigBee模块由ZigBee节点以及协调器网关组成，其将会自动建立由协调器和节点组成的ZigBee网络，能够接收服务器端的信息来对各个地锁节点进行管理分配，反之也可以將各个地锁节点的状态反馈给服务器端。本系统的ZigBee模块采用cc2530芯片为核心，同时用ESP8266模块作为ZigBee网关来与上位机交换数据，并以此组建一个鲁棒性强，易于使用多个终端进行控制的分布式ZigBee网络。

4 软件部分

4.1 客户端

客户端能够让用户在手机上进行账户登录，提出停车需求，与云端服务器进行信息互动，并实现收费功能。微信小程序在2017年1月正式发布。截止2018年1月，上线的微信小程序数量达到58万个，小程序用户数量达4亿，是微信用户总数量的一半。小程序是微信一种新的功能，是基于微信程序运用之上的又一个程序。微信小程序是一种不需要下载、安装，用户“扫一扫”或搜一下即可打开使用的应用。微信小程序迎合了人们对手机应用程序方便快捷的需求，应用时无须安装、触手可及、用完即走、无须卸载。[4]

由于微信小程序使用人群广，同时兼容多个手机系统，易于开发，因此本文通过微信小程序开发平台来编写客户端，用户通过微信扫小程序码，即可实现上述的客户端功能。

4.2 服务器端

云端服务器能够对智能地锁进行管理分配，给智能地锁发送开锁命令，接收来自地锁的上锁状态，处理来自客户端的需求信息以及将反馈信息发送给客户端。本文通过MySQL来建立数据库以记录各个车位的编号，占用信息和计费状态等信息。同时基于C++语言来编写上位机软件，

使其能够显示数据库的信息以及对各个车位的地锁节点进行控制和信息交换还有与客户端进行信息交换。

5 结语

随着目前我国的汽车保有量越来越大，各位车主停车的需求将会越来越旺盛，因此改进各种新旧停车场的管理机制已经变成了一个亟待解决的问题。本文通过应用物联网技术到停车场的管理之中，从而设计一套停车场管理系统，既能保证停车的效率，又降低了停车场管理的成本。

本文基于物联网的智能停车场管理系统，主要由客户端微信小程序，服务器端和地锁节点三大部分组成。客户端通过微信小程序实现了用户在手机上进行账户登录，提出停车需求，与云端服务器进行信息互动，并实现收费功能。服务器端通过MySQL数据库和基于C++的上位机软件实现数据的存储，分析以及对地锁节点进行控制和与客户端的信息交换功能。地锁节点集成了单片机模块，地锁模块，车辆检测模块和ZigBee模块，实现了对车位的占用控制，车辆的到位检测和信息交换功能。

参考文献：

[1]2018年国内停车位需求近3亿个[J].商业文化，2018（07）：72.

[2]孙志阳.浅析智能交通中的车辆检测技术及发展[J].居舍，2017（32）：154155.

[3]高艺嘉.车辆检测及感知技术应用研究[J].工程技术研究，2017（04）：5657.

[4]杜炎恒.浅谈微信小程序的商业价值[J].现代经济信息，2018（21）：288289.

项目：本文受河海大学大学生创新性实践项目经费资助（项目编号：201810294069）