基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的停車位監(jiān)控系統(tǒng)

引 言

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的日益增長，城市居民家庭的汽車擁有量急劇增加，導(dǎo)致停車需求難以滿足。目前我國大多數(shù)停車場建設(shè)和管理相對(duì)滯后，大部分還處于人工管理階段，由于車主無法及時(shí)掌握停車場內(nèi)部的車位信息，因此需要花費(fèi)大量時(shí)間在停車場中盲目尋找位置，常導(dǎo)致場內(nèi)交通擁堵，致使車位利用率低下。要解決這一矛盾，就需要在現(xiàn)有停車場硬件資源的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)管理的智能性，幫助車主高效尋找停車位。隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)和大力發(fā)展，有效提升了城市停車管理系統(tǒng)的智能性，具有市場需求和技術(shù)上的可行性，因此智能化停車是未來城市停車管理系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢(shì)[1-3]。基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立的停車位監(jiān)控系統(tǒng)， 可方便車主在入場時(shí)了解整個(gè)停車場的結(jié)構(gòu)信息及空閑停車位的位置信息，從而提高大型停車場的使用效率。車位實(shí)時(shí)空閑狀態(tài)是停車場管理中的重要數(shù)據(jù)信息，也是智能停車場管理的重要參考依據(jù)。通過收集停車場內(nèi)的車位信息，并在停車場入口處放置液晶顯示屏加以顯示，可極大地提高車主停車效率。當(dāng)前停車場主要采用人工觀察、地感線圈感應(yīng)技術(shù)、紅外線測(cè)定技術(shù)、視頻采集圖像識(shí)別等技術(shù)監(jiān)測(cè)車位是否處于空閑狀態(tài)。其中，考慮到人工觀察效率低下，無法實(shí)現(xiàn)智能化管理的缺點(diǎn)，其一般適用于較小的停車場；地感線圈感應(yīng)和紅外線識(shí)別技術(shù)的缺點(diǎn)在于需要構(gòu)建工業(yè)網(wǎng)絡(luò)來傳輸數(shù)據(jù)， 建設(shè)成本高，工程量相對(duì)較大[4,5]。而攝像頭采集視頻圖像技術(shù)雖能夠通過圖像處理完成車位的識(shí)別，但也需構(gòu)建有線網(wǎng)絡(luò)，且常因地下車庫光照不好而導(dǎo)致識(shí)別效果不理想。由于ZigBee 具有低功耗、低成本、高容量、短時(shí)延等特點(diǎn)，可采用傳感器節(jié)點(diǎn)收集車位狀態(tài)，因此基于ZigBee 技術(shù)構(gòu)建的無線網(wǎng)絡(luò)能夠很好地解決網(wǎng)絡(luò)布線問題，方便停車場的智能管理[6,7]。

本文采用ZigBee 無線通信技術(shù)設(shè)計(jì)了一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能停車位監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括車位是否占用數(shù)據(jù)采集模塊、ZigBee 組網(wǎng)模塊與停車位信息顯示模塊。其具體功能與要求為：傳感器節(jié)點(diǎn)通過 ZigBee 無線通信數(shù)據(jù)處理模塊采集數(shù)據(jù)，由上位機(jī)對(duì)車位位置信息進(jìn)行處理，并對(duì)停車場內(nèi)的用戶進(jìn)行定位顯示及管理。ZigBee 組網(wǎng)模塊能夠使用終端在場內(nèi)定位，當(dāng)車輛駛?cè)胪＼噲鰰r(shí)，工作人員會(huì)根據(jù)用戶車輛的大小和場內(nèi)停車位情況分配相關(guān)停車位并分發(fā)定位終端，用戶可借此在場內(nèi)自行定位，并在終端顯示模塊顯示自己所處位置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效停車。安裝于停車場內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)可傳感光、聲音等信息，從而感知是否有車停入相應(yīng)車位， 并將數(shù)據(jù)通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)反饋至中央系統(tǒng)，便于停車場自動(dòng)統(tǒng)計(jì)空閑車位的數(shù)量和位置。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)是由若干無線傳感器節(jié)點(diǎn)和一個(gè)基站組建成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，在終端傳感器節(jié)點(diǎn)上的光線傳感器采集環(huán)境光照信息并由終端節(jié)點(diǎn)通過無線芯片發(fā)送至基站，基站將接收的信息及時(shí)反饋到計(jì)算機(jī)終端。將具備采集功能的傳感器節(jié)點(diǎn)， 布放在停車場車位上，構(gòu)成傳感器網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)時(shí)感知車位周圍環(huán)境信息，中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)收到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行無條件轉(zhuǎn)發(fā)，智能停車定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖 1 所示。

系統(tǒng)工作的主要流程如下：由布放在停車場的車位傳感器節(jié)點(diǎn)感知車位周圍環(huán)境信息，并以一定的頻率采集，包括光照、溫度等數(shù)據(jù)。傳感器節(jié)點(diǎn)打開收發(fā)器，向網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，其間可能會(huì)經(jīng)過中繼節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)關(guān)將匯聚信息傳遞給中間件XServe，最后傳遞給后臺(tái)系統(tǒng)。根據(jù)程序事先設(shè)定的閾值，判斷停車場的車位情況，并將停車場車位信息反饋給用戶。

2 ZigBee組網(wǎng)

2.1 傳感器節(jié)點(diǎn)

傳感器節(jié)點(diǎn)由傳感單元、處理單元、無線收發(fā)單元和電源單元等組成，如圖 2 所示。本系統(tǒng)所使用的傳感器節(jié)點(diǎn)包含多個(gè)傳感器元件，一個(gè)無線射頻模塊和電池組。通過傳感器數(shù)據(jù)采集板探測(cè)車位周圍信息，之后由處理器 & 射頻平臺(tái)來存儲(chǔ)和處理自身采集的數(shù)據(jù)以及其它節(jié)點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)，將采集到的光照、溫度等信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并與其它傳感器節(jié)點(diǎn)通信。最后這些數(shù)據(jù)通過Mesh 網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)交尽?

圖 2 數(shù)據(jù)采集板和處理器 & 射頻平臺(tái)

2.2 基站

基站由一個(gè)網(wǎng)關(guān)和一個(gè)Mote 組成，如圖 3 所示?；镜闹饕δ茉谟趨R集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所采集的數(shù)據(jù)并上傳給上層處理設(shè)備如計(jì)算機(jī)、手機(jī)或其他通訊平臺(tái)。

圖 3 基 站

基站中的網(wǎng)關(guān)作為連接無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與其他系統(tǒng)的橋梁，是連接無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)信息與管理系統(tǒng)的中間件。

2.3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

打開基站的電源，將基站與局域網(wǎng)相連，在監(jiān)控區(qū)域部署好各傳感器節(jié)點(diǎn)后，根據(jù)傳感器硬件設(shè)計(jì)的ZigBee 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)自行組建Mesh 網(wǎng)絡(luò)。圖 4 所示為網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的相互通信模式。

該網(wǎng)絡(luò)支持可靠的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，可保證傳感器節(jié)點(diǎn)間的相 互通信和數(shù)據(jù)信息以一定頻率穩(wěn)定地傳送至基站，同時(shí)還支 持多跳式通信，在擴(kuò)大監(jiān)控范圍的同時(shí)有效解決了由于停車 環(huán)境中電子器材過多而造成單個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸距離減小的弊端。該 網(wǎng)絡(luò)功率消耗較低，降低了更換頻率，相對(duì)延長了電池壽命， 使得網(wǎng)絡(luò)的生命周期得以加長，節(jié)省了人力及物力成本。網(wǎng)絡(luò) 應(yīng)該采用對(duì)等的、動(dòng)態(tài)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的地位 相等，即使部分節(jié)點(diǎn)失效，也不會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的可靠運(yùn)行。 同時(shí)網(wǎng)絡(luò)還具有自組織功能，可及時(shí)方便地添加或減少節(jié)點(diǎn)。

3 停車位信息顯示

國內(nèi)外相關(guān)人士在科學(xué)研究和工程技術(shù)等領(lǐng)域應(yīng)用 LabVIEW 開發(fā)了大量出色的測(cè)控系統(tǒng)。LabVIEW 是目前應(yīng)用 最廣、發(fā)展最快、功能最強(qiáng)的圖形化軟件并發(fā)集成環(huán)境。本系 統(tǒng)選用美國國家儀器公司設(shè)計(jì)的 LabVIEW 作為開發(fā)工具。

利用 LabVIEW 開發(fā)的停車位監(jiān)控系統(tǒng)軟件程序框圖如 圖 5 所示?？筛鶕?jù)實(shí)際情況自行設(shè)定停車場總車位數(shù)量，系統(tǒng) 根據(jù)目前的實(shí)時(shí)情況統(tǒng)計(jì)出當(dāng)前的總車位以及空車位數(shù)，并根 據(jù)實(shí)際變化實(shí)時(shí)顯示。

運(yùn)行停車位監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)接收服務(wù)端信息，并將其圖形化后顯示在界面上。停車位監(jiān)控系統(tǒng)界面如圖6 所示。當(dāng)有車輛駛?cè)?，面? 號(hào)區(qū)相應(yīng)的LED 燈會(huì)顯示，可快速判斷車輛駛?cè)肽膫€(gè)車位。若燈變?yōu)榧t色，則表示有車停入，綠色則表示該車位空閑。同時(shí)該系統(tǒng)也包含統(tǒng)計(jì)功能，能夠顯示目前總停車數(shù)和空余車位數(shù)，如面板 2 號(hào)區(qū)所示。面板 3 號(hào)區(qū)用以實(shí)時(shí)監(jiān)控某個(gè)車位。

4 結(jié) 語

本文采用 ZigBee 無線通信技術(shù)設(shè)計(jì)了一種基于無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)的智能停車位監(jiān)控系統(tǒng)，大大改善了停車場的車位使用 效率，方便用戶快速找到車位，使得停車場的管理更加智能化、 便捷化。實(shí)際應(yīng)用表明，本文的工作為具體應(yīng)用提供了很好的 借鑒，具有較高的產(chǎn)業(yè)化價(jià)值。