楊小天 袁 迪 高曉紅

(1:吉林建筑大學電氣與電子信息工程學院，長春 130118;2:吉林省建筑電氣綜合節(jié)能重點實驗室，長春 130118)

0 引言

隨著社會進步和經(jīng)濟的飛速發(fā)展，國民購買力日益提高，導致汽車數(shù)量的不斷增長，公共場所停車問題日益嚴峻.智能停車場系統(tǒng)作為目前交通運輸領域的前沿課題，針對急迫的交通需求，將計算機技術、傳感器技術及通信技術等高新技術進行集成，改造傳統(tǒng)停車場，建造新型智能停車場以緩解現(xiàn)今存在的停車難現(xiàn)象.近幾年，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，Zigbee技術在停車場管理系統(tǒng)中的應用越來越廣泛，本方案選用網(wǎng)絡覆蓋廣、抗干擾能力強、成本低廉、系統(tǒng)穩(wěn)定性高的Zigbee無線通信技術，配合車輛檢測技術與上位機管理，構成一套具有泊車引導功能的無線智能停車場系統(tǒng).

1 系統(tǒng)總體結(jié)構

1.1 系統(tǒng)結(jié)構

本文所設計的智能停車場系統(tǒng)，包括車輛檢測部分和通信部分.車輛檢測部分職能是對車位狀況進行實時監(jiān)測，每個車位裝置感應線圈車輛檢測器，當車輛駛?cè)牒婉偝鲕囄粫r會通過通信部分將車位信息向上位機發(fā)送.通信部分采用Zigbee無線通信技術，借助各個通信模塊實現(xiàn)整個停車場車位信息的遠程通信與共享.Zigbee網(wǎng)絡的協(xié)調(diào)器部分將車位信息送至上位機，完成對用戶的泊車引導和車位顯示.

1.2 系統(tǒng)工作原理

本智能停車場系統(tǒng)Zigbee無線通信網(wǎng)絡基于IEEE 802.15.4無線標準所開發(fā)而成，是一種短距離、低功耗、低速率傳輸?shù)碾p向通信網(wǎng)絡.本系統(tǒng)要在停車場范圍內(nèi)實現(xiàn)隨時隨地傳輸車位信息并完成停車誘導功能，需要搭建覆蓋停車場范圍的Zigbee網(wǎng)絡作為停車場信息傳輸?shù)目偩€.網(wǎng)絡拓補由一個協(xié)調(diào)器，若干路由和相等于車位數(shù)量的終端設備組成.每個車位配置一個終端設備與車輛檢測器連接，當車輛駛?cè)牖蝰偝鰰r車輛檢測器將檢測信號送至終端設備，經(jīng)過路由向協(xié)調(diào)器發(fā)送，協(xié)調(diào)器收到車位信息后與上位機串口通信，上位機完成對LED的顯示控制，并通過人機交換界面對停車場進行監(jiān)控.系統(tǒng)結(jié)構圖如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)結(jié)構圖

2 系統(tǒng)硬件模塊

2.1 車輛檢測器

圖2 車輛檢測器結(jié)構

本文中車輛檢測器采用環(huán)形線圈車輛檢測器，是一種基于電磁感應原理的車輛檢測器，傳感器部分是埋在地下的通有工作電流的環(huán)形線圈.當車輛通過環(huán)形線圈時，車輛鐵質(zhì)切割磁感線，引起線圈回路電感量變化，通過檢測該電感量變化就可以檢測出車輛的存在［1］.車輛檢測器結(jié)構圖如圖2所示.

地感線圈與調(diào)諧電路并聯(lián)，組成一個LC調(diào)諧電路，LC電路中的電感量取自地感線圈，沒有車輛駛?cè)霑r整個LC調(diào)諧電路中的電容量與電感量保持恒定值.當車輛駛?cè)霑r，由于車身金屬材料與線圈的互感作用，對線圈產(chǎn)生去磁效果，線圈電感量變小，引起LC諧振電路頻率變小.LC電路產(chǎn)生頻率變小的正弦波信號，經(jīng)過放大后由整形電路進行A/D轉(zhuǎn)換送至單片機.單片機將接收的信號與安裝時設定好的正常頻率值進行對比，接收信號大于設定信號時判定為有車.

LC震蕩回路工作原理公式［2］:

2.2 Zigbee無線網(wǎng)絡

我們選用Chipcon公司生產(chǎn)開發(fā)的無線通信芯片CC2430，該芯片能夠滿足Zigbee為基礎的2.4GHz波段應用及對低成本、低功耗的要求，它結(jié)合一個高性能2.4GHz DSSS(直接序列擴頻)射頻收發(fā)器核心和一顆工業(yè)級小巧高效的8051控制器.CC2430的設計結(jié)合了8Kbyte的RAM及強大的外圍模塊，并且有3種不同的版本，是根據(jù)不同的閃存空間32，64和128kByte來優(yōu)化復雜度與成本的組合［3］.CC2430將射頻模塊與8051集成，天線收到射頻信號經(jīng)過放大與變頻處理后得到中頻信號，再經(jīng)濾波、放大、整形、解調(diào)后送至8051處理，并由外部擴充的特殊功能寄存器控制發(fā)送.

3 系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)軟件設計分為車輛檢測閾值比較設計與Zigbee無線收發(fā)設計，主要采用C語言編程.車輛檢測部分設計采用Keil C51開發(fā)系統(tǒng).Zigbee無線收發(fā)部分采用IAR Embedded Workbench與Z－stack對CC2430的工作方式和收發(fā)流程進行設計.

3.1 車輛檢測程序設計

本文對振蕩頻率的檢測采用CC2430，將整形后的震蕩信號送至T0口，TO作為計數(shù)器單位時間內(nèi)測得的脈沖數(shù)設為NE，無車時測得的單位時間脈沖數(shù)為N作為經(jīng)驗量預存在EEPROM中，當NE＞N時判定為有車，NE≦N時判定為無車.車輛檢測程序流程如圖3所示.

3.2 Zigbee無線收發(fā)設計

Zigbee網(wǎng)絡工作采用應答機制避免設備直接的干擾，在Z－stack的編譯中定義通信網(wǎng)絡的協(xié)調(diào)器、路由和終端設備，協(xié)調(diào)器負責整個網(wǎng)絡的啟動并決定網(wǎng)終ID和信道，路由作為網(wǎng)絡傳輸?shù)闹修D(zhuǎn)站，終端設備接收檢測器信號并向上級傳輸.使用IAR Embedded Workbench對CC2430工作方式進行編譯，信息傳輸時協(xié)調(diào)器通過查詢路由表找到下層路由，向其發(fā)送搜索信號，當路由接收到數(shù)據(jù)包后會繼續(xù)根據(jù)路由表尋找下一個路由或下層目標節(jié)點.下層節(jié)點用相同的流程發(fā)送數(shù)據(jù)包至上層目標節(jié)點.無線網(wǎng)絡傳輸流程如圖4所示.

圖3 車輛檢測程序流程

圖4 無線網(wǎng)絡傳輸流程

4 結(jié)語

本系統(tǒng)采用Chipcon公司生產(chǎn)開發(fā)的無線通信芯片CC2430作為Zigbee網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)收發(fā)控制芯片，在Zigbee無線網(wǎng)絡的搭建與車輛檢測器對車位信息的采集、分析的基礎上，配合上位機的管理與LED的顯示構建成一個具有泊車引導功能的無線智能停車場.本文為泊車困難問題提供了高效實用的解決方案，此系統(tǒng)性能穩(wěn)定，安裝簡便，節(jié)約成本，大大節(jié)約人力資源.另外，本文的思路對Zigbee網(wǎng)絡在各個領域的應用均具有一定的參考價值.

［1］趙 亮.單線圈車輛檢測器的研究與開發(fā)［D］.濟南:山東大學，2006.

［2］邱關源.電路［M］.北京:高等教育出版社，1999:210－211.

［3］黃沈磊.基于Zigbee的自組網(wǎng)無線路燈控制系統(tǒng)［D］.蘇州:蘇州大學，2010.