一種基于藍牙5.0的智能停車引導系統(tǒng)

劉遠航　熊哲源

摘要：提出了一種智能停車引導系統(tǒng)設計方案。系統(tǒng)采用光敏傳感器實時檢測停車位狀態(tài)，采用藍牙5.0技術實現(xiàn)狀態(tài)信息的無線傳輸;在終端屏幕上直觀顯示停車位的實時信息;所有信息都可以通過網關上傳到云服務器進行存儲，應用層軟件可以利用數(shù)據(jù)接口完成停車位預訂、導航、停車費的支付等功能。系統(tǒng)能準確記錄停車時間，提供停車位實時狀態(tài)發(fā)布，為車主提供高效的停車服務，對改善城市交通管理和智慧城市具有重要意義。

關鍵詞 ：藍牙5.0;傳感器;物聯(lián)網;停車系統(tǒng)

An Intelligent Parking Guidance System Based on Bluetooth 5.0

LIU Yuanhang XIONG Zheyuan

（Department of Safety Technology， Jiangxi Police Institute， Nanchang， Jiangxi Province， 330100 China）

Abstract： A design scheme of intelligent parking guidance system is proposed. The system uses photosensitive sensor to detect the status of parking space in real time， and uses Bluetooth 5.0 technology to realize the wireless transmission of status information; the real-time information of parking space is displayed on the terminal screen; all the information can be uploaded to the cloud server through the gateway for storage， and the application layer software can use the data interface to complete the parking space reservation， navigation， parking fee payment and other functions. The system can accurately record the parking time， provide real-time status release of parking spaces， and provide efficient parking services for car owners， which is of great significance to improve urban traffic management and smart city.

Key Words： Bluetooth 5.0; Sensor; Internet of things; Parking system

0 引言

據(jù)統(tǒng)計，截至2020年12月31日，我國汽車保有輛已達到2.81億輛。與2019年底相比，增加2424萬輛。一方面，龐大的汽車保有量反映了經濟發(fā)展強勁勢頭給人們生活質量帶來的提高，另一方面，由此產生的交通擁堵、道路安全、停車難等嚴重現(xiàn)象也對城市產生了負面影響^[1]。尤其是停車問題，長期以來一直是各大城市普遍存在的問題。因此，智能停車產業(yè)成為改善停車環(huán)境、滿足停車需求的“甜餅”^[2]。本文設計的基于藍牙5.0的智能停車引導系統(tǒng)將為解決停車難問題提供一種方案。

1 國內停車現(xiàn)狀及問題

據(jù)調查研究數(shù)據(jù)顯示，2017年，我國共有1.025億個可用停車位，其中地下停車場只占了約5%。大城市作為私家車出現(xiàn)最為集中的地方，僅僅北京、上海、廣州、深圳幾個城市的汽車保有量加起來就超過了1500萬。一線城市私家車大多停放在地下車庫，我國在停車類建筑的起步較晚，導致了城市的車位供給不足。2018年我國停車泊位理論上需要3.12億個。然而現(xiàn)有停車位約為9233萬個左右，還存在巨大的停車需求缺口，導致停車場供需矛盾日漸加劇^[3]。

另外，違規(guī)停車、占道停車的情況也給道路交通埋下隱患。這些由人導致的停車難給車位短缺困境雪上加霜^[4]。根據(jù)UCLA城市規(guī)劃院Don Shoup教授提出的城市擁堵理論，“開在城市道路上的私家車百分之三十都在尋找停車位”。停車位短缺的問題同樣可能導致城市的交通擁堵。

2 系統(tǒng)總體設計

智能停車引導系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集層、匯聚節(jié)點、云端服務器和應用層組成^[5]。傳感器節(jié)點部署在每個車位上采集數(shù)據(jù)，通過傳感器測量數(shù)據(jù)并進行實時車位的狀態(tài)的分析;匯聚節(jié)點接收傳感器節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)并通過WIFI、4G等將數(shù)據(jù)上傳到云端服務器保存。云服務器部署數(shù)據(jù)庫，當WEB、手機APP、微信小程序等終端應用需要時，可以直接從云端服務器的數(shù)據(jù)庫中下載用戶所需數(shù)據(jù)。

3 系統(tǒng)硬件設計

終端部分由傳感器、 Arduino 開發(fā)平臺、舵機以及藍牙5.0模塊組成。傳感器負責實時監(jiān)測停車位狀態(tài)，并將數(shù)據(jù)通過藍牙5.0模塊上傳至匯聚節(jié)點，并在有車輛存在的時候控制舵機的啟動來模擬現(xiàn)實中的車位鎖啟動的效果。同時也具有提醒設備調試人員設備是否正常運行的作用，由于傳感器節(jié)點可以獨立工作，可以通過刺激傳感器來觀察舵機是否工作來驗證傳感器節(jié)點是否正常運轉。

3.1 地磁傳感器模塊

傳感器模塊采用磁阻傳感器HMC_5883L為芯片，實物如圖1所示，此芯片是霍尼韋爾公司研制生產，體積不大，占用空間面積小，抗干擾能力強，安裝便捷^[6]，其電路原理如圖2所示。

3.2 Arduino板塊

Arduino的控制板型號為 Arduino Uno R3，該控制板各方面均得到提升：首先消除了以前版本的 bug，增加了 I2C 總線接口，改進了復位電路設計，然后 USB 接口芯片使用 Atmega328P 替代以前版本的 ATmega8U2，只需安裝配套驅動即可在Windows系統(tǒng)中正常工作，功能更加完善強大。因此，本設計采用Arduino Uno開發(fā)板進行硬件電路設計。

4 系統(tǒng)配置調試

4.1 Arduino開發(fā)環(huán)境配置

先從Arduino官網下載安裝最新的開發(fā)環(huán)境（Arduino IDE），之后將Arduino UNO R3 開發(fā)版通過USB與電腦相連接，在設備管理器中找到端口的（COM和LPT），當這一欄下的子菜單顯示出COM號則代表著Arduino驅動安裝成功了。打開剛剛安裝好的Arduino IDE 在工具菜單下找到板卡選項選擇相應的板子（本設計為Arduino UNO）。之后再在工具菜單下找到串口選擇可用的COM串口。完成之后就可以進行程序燒錄了。使用一個簡單的示例程序來檢查Arduino開發(fā)板是否正常工作，選擇文件→示例→01.Basics→Blink 之后選擇驗證，上傳，這時觀察到Arduino開發(fā)板上的LED以一秒為間隔進行閃爍。此時，Arduino開發(fā)板的軟件環(huán)境已經配置并驗證完成了。

4.2 設備整體配置

舵機、藍牙5.0模塊、地磁傳感器全部與 Arduino 連接，如圖3所示。

通過USB將Arduino開發(fā)版與電腦建立連接燒錄代碼進行調試。之后選擇使用Python來開發(fā)串口調試工具用以在電腦腦上收發(fā)Arduino平臺通過LoRa模塊進行的信息通訊。程序通過一個while true循環(huán)來不斷接受傳感器節(jié)點發(fā)送過來的信息。程序運行結果如圖4所示。

當程序中顯示“there is a car”則表示此車位有車輛或車位已被預訂，“no car”則代表車位可供使用。

4.3 APP程序設計

本文設計一個手機APP與用戶進行交互，收集用戶的位置信息、目標地點等數(shù)據(jù)來為用戶提供符合其需求的停車位。APP需要直接獲取用戶位置信息，提供停車場位置，為用戶導航到相應的停車位，能夠提供停車場付費，車位預訂等停車相關功能。未來，通過API的調用實現(xiàn)地圖的展示和導航，當用戶需要停車時，APP會根據(jù)用戶的當前位置給用戶選擇最近的有空位的停車場進行導航，方便用戶停車。效果APP如圖5所示。

5 結語

本系統(tǒng)完成了停車位檢測系統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)采集和終端的數(shù)據(jù)接收的設計與實現(xiàn)，用光線傳感器完成底層信息采集，以藍牙5.0模塊為信息傳輸模塊構建了信息傳輸網絡，最后使用個人電腦對信息進行接收處理。同時，本文還對應用層的WEB和APP的設計提出了設計思想并做出了簡易的設計實現(xiàn)用以展示。

參考文獻

[1] 黃圓圓.物聯(lián)網、人工智能、大數(shù)據(jù)下的智慧停車研究[J].智能建筑，2020（08）：38-39.

[2] 錢玉琪，胡榮捷，王海濤，曹燕，汪鵬，朱亞璋，張山.基于道路智能駐車器的城市級智慧停車系統(tǒng)發(fā)展分析[J].中國集體經濟，2020（35）：166-168.

[3] 雷鳴，黃炎，于洪帥.城市大型公共停車場智能停車系統(tǒng)設計簡析[J].建筑電氣，2020，39（03）：50-54.

[4] 劉文武，劉海勝.智能燈帶引導停車及尋車[J].今日財富（中國知識產權），2020（12）：205-206.

[5] 王輝明. 室內停車場停車智能引導系統(tǒng)設計研究[D].浙江科技學院，2019.

[6] 黃日明. 停車場智能停車引導方法及系統(tǒng)研究[D].華南理工大學，2020.