基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的停車場(chǎng)管理系統(tǒng)

摘要：在大型停車場(chǎng)如何快速停車是管理者與停車者之間存在的最大的難題。為了解決這個(gè)困擾社會(huì)管理的難題，文中提出了一種基于ZigBee與S3C2440的大型停車場(chǎng)管理系統(tǒng)解決方案。該系統(tǒng)采用CC2430和超聲波傳感器采集與傳輸停車場(chǎng)車位信息，并用S3C2440和MFRC522模塊解決停車場(chǎng)收費(fèi)問(wèn)題，用LED點(diǎn)陣屏實(shí)時(shí)顯示停車場(chǎng)車位信息以及引導(dǎo)停車者快速停車。整個(gè)系統(tǒng)能夠智能地管理與引導(dǎo)停車者快速停車。
關(guān)鍵詞：ZigBee；停車場(chǎng)管理；嵌入式；無(wú)線傳感網(wǎng)

0 引言
隨著我國(guó)城市現(xiàn)代化、國(guó)際化的發(fā)展，城市居民汽車擁有量急劇增加，車輛的管理控制也顯得越發(fā)重要。在擁擠的市區(qū)里，汽車與停車位之間的矛盾越來(lái)越突出。對(duì)于各類停車場(chǎng)控制管理也有著更高的要求，不僅要求可以實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的收費(fèi)和停泊管理，而且要求車輛進(jìn)出都可以快速進(jìn)行，縮短停車時(shí)在出入口的平均逗留時(shí)間，提高停車效率。為了提高停車場(chǎng)的信息化、智能化管理水平，給車主提供一種更加安全、舒適、方便、快捷和開(kāi)放的環(huán)境，實(shí)現(xiàn)停車場(chǎng)運(yùn)行的高效化、節(jié)能化、環(huán)?；?，本文設(shè)計(jì)了一套基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的停車場(chǎng)管理系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
當(dāng)停車者根據(jù)點(diǎn)陣屏上顯示的車位信息進(jìn)入停車場(chǎng)時(shí)，按鍵，射頻卡自動(dòng)彈出，內(nèi)部自動(dòng)進(jìn)行第一次刷卡，系統(tǒng)記住刷卡時(shí)間。車位信息由ZigBee系統(tǒng)采集與傳輸。終端節(jié)點(diǎn)將采集到的車位信息通過(guò)路由器發(fā)送給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器處理之后，通過(guò)串口發(fā)送給LED點(diǎn)陣控制器，最終LED控制器控制點(diǎn)陣顯示停車場(chǎng)車位信息。當(dāng)司機(jī)離開(kāi)停車場(chǎng)時(shí)再次刷卡，系統(tǒng)通過(guò)兩次刷卡的時(shí)間差與標(biāo)準(zhǔn)計(jì)費(fèi)對(duì)比進(jìn)行收費(fèi)。
本系統(tǒng)主要由三部分組成：第一部分是無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，它由ZigBee協(xié)調(diào)器、路由器以及帶有超聲波傳感器的終端節(jié)點(diǎn)組成；第二部分是射頻計(jì)費(fèi)，由S3C2440和MFRC522射頻模塊組成；第三部分是信息顯示系統(tǒng)，由AVR單片機(jī)和點(diǎn)陣顯示屏組成。圖1所示是系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖。
ZigBee的傳輸速率低，發(fā)射功率僅為1 mW。在通信狀態(tài)下，ZigBee終端耗電為幾十毫瓦；在省電模式下，耗電僅僅幾十微瓦。由于工作時(shí)間較短、收發(fā)信息功耗較低且采用了休眠模式，因此ZigBee設(shè)備非常省電。據(jù)估算，ZigBee設(shè)備僅靠?jī)晒?jié)5號(hào)電池就可以維持長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月到2年左右的使用時(shí)間。在本設(shè)計(jì)中，終端節(jié)點(diǎn)采用中斷喚醒睡眠模式。當(dāng)超聲波傳感器的電平不發(fā)生變化時(shí)，CC2430處于休眠模式；當(dāng)超聲波傳感器的電平跳變時(shí)，51單片機(jī)發(fā)信號(hào)喚醒CC2430工作。這樣，本設(shè)計(jì)在功耗方面可以降到最低，這也是本設(shè)計(jì)采用ZigBee網(wǎng)絡(luò)的主要理由。

ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是本設(shè)計(jì)的主要部分。整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)采集與無(wú)線傳輸超聲波傳感器實(shí)時(shí)對(duì)車位是否被車輛占用發(fā)送監(jiān)測(cè)信息。最后由協(xié)調(diào)器發(fā)往監(jiān)控中心，在LED點(diǎn)陣顯示屏顯示車位剩余信息以及空車位所在的具體位置。理論上每個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)器可容納65 000多個(gè)節(jié)點(diǎn)，而且隨著停車場(chǎng)大型化趨勢(shì)的發(fā)展，可以通過(guò)增加路由器對(duì)大型停車場(chǎng)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分區(qū)管理，一個(gè)協(xié)調(diào)器放在監(jiān)控中心對(duì)幾個(gè)分區(qū)進(jìn)行監(jiān)控。
本設(shè)計(jì)中的終端節(jié)點(diǎn)由CC2430模塊、超聲波傳感器與51單片機(jī)組成。超聲波傳感器的發(fā)送和接收端與51單片機(jī)的P1．0和P3．2相連，51單片機(jī)信息輸出端再與CC2430模塊的中斷接口相連。圖2所示是終端節(jié)點(diǎn)的連線圖。

將終端節(jié)點(diǎn)放置在停車場(chǎng)車位下部。超聲波傳感器在未檢測(cè)到障礙物時(shí)，輸出端發(fā)送的是連續(xù)的高電平；檢測(cè)到障礙物時(shí)，輸出端發(fā)送低電平；當(dāng)檢測(cè)到障礙物穩(wěn)定時(shí)，超聲波傳感器持續(xù)輸出低電平。由于一般轎車底盤是20～50 cm，可以在軟件程序里設(shè)置超聲波傳感器的檢測(cè)距離來(lái)判斷車位是否有汽車存在。超聲波傳感器實(shí)時(shí)工作，當(dāng)輸出端有電平跳變時(shí)觸發(fā)51單片機(jī)，當(dāng)電平跳變到一個(gè)值趨于穩(wěn)定時(shí)，說(shuō)明該車位的車位信息就會(huì)變化，51單片機(jī)將信息發(fā)送給CC2430。終端節(jié)點(diǎn)通過(guò)以上過(guò)程采集車位信息，終端節(jié)點(diǎn)采集到的車位信息通過(guò)路由器傳給協(xié)調(diào)器。協(xié)調(diào)器把采集到的車位信息進(jìn)行分析與處理，發(fā)送給點(diǎn)陣顯示屏的控制器。協(xié)調(diào)器通過(guò)串口與點(diǎn)陣顯示屏的控制器相連。點(diǎn)陣屏將車位信息實(shí)時(shí)顯示，以文字與標(biāo)號(hào)結(jié)合的方式為停車者提供參考。
射頻計(jì)費(fèi)部分采用的是S3C2440和MFRC522模塊組成的刷卡計(jì)費(fèi)器。主控芯片使用S3C2440處理器，它是一款32位的高速處理器，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的快速處理與傳輸。它主要有以下特點(diǎn)：體積小、低功耗、低成本、高性能；大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快；尋址方式靈活簡(jiǎn)單，執(zhí)行效率高。本設(shè)計(jì)選用非接觸型IC卡，即射頻IC卡。射頻IC卡避免了接觸型IC卡與讀卡器之間的物理接觸，減少了卡的磨損，故本設(shè)計(jì)采用PHILIPS公司的Mifarel卡和本射頻卡配套的MFRC522芯片。由于MFRC522兼容SPI的通信方式，本設(shè)計(jì)在S3C2440上模擬了SPI的接口供其與MFRC522通信，在SPI通信中MFRC522模塊用作從機(jī)。SPI時(shí)鐘SCK由主機(jī)產(chǎn)生。數(shù)據(jù)通過(guò)MOSI線從主機(jī)傳輸?shù)綇臋C(jī)；數(shù)據(jù)通過(guò)MISO線從MFRC 522發(fā)回到機(jī)。
本設(shè)計(jì)采用AVR單片機(jī)控制LED點(diǎn)陣顯示屏。因?yàn)锳VR單片機(jī)處理指令的速度比其他單片機(jī)較快，抗干擾能力相對(duì)較強(qiáng)，作為點(diǎn)陣顯示屏的控制器，可以顯示比較好的效果，所以，本設(shè)計(jì)使用AVR ATmega16單片機(jī)為L(zhǎng)ED點(diǎn)陣控制器。點(diǎn)陣顯示屏可以直觀地將停車場(chǎng)的車位信息顯示，為停車者提供參考，供停車者快速便捷地停車，節(jié)省大量時(shí)間。