0 引言
停車場車位實時檢測是實現(xiàn)停車場智能管理和提高停車位利用率的關鍵，也是停車管理現(xiàn)代化的要求。停車場車位檢測系統(tǒng)的發(fā)展，大體經(jīng)歷地感線圈檢測、閘機控制和車位實時檢測三個階段。車位檢測與檢測技術水平有密切的聯(lián)系，傳感器的快速發(fā)展是檢測水準的保證。前兩種車位檢測系統(tǒng)的基本架構過于龐大，安裝過于繁瑣；在可靠性、實時性、準確性、可擴展、低能耗和工程量小等方面都不能滿足停車場快速發(fā)展的需求。
WiFi是一種短距離無線技術，它通過無線電波來連網(wǎng)，廣泛用于室內無線局域網(wǎng)組建。WiFi突出優(yōu)勢在于：一是無線電波的覆蓋范圍廣，半徑可達100 m左右；二是WiFi的傳輸速度非?？?，可以達到54 Mb／s；三是進入門檻低，只要支持WiFi的終端設備都可以按照一定的權限加入到WiFi網(wǎng)絡中。在車位檢測系統(tǒng)中，使用WiFi技術進行檢測系統(tǒng)的節(jié)點參數(shù)采集與傳送、控制信號的傳輸與控制，避免在停車場布設繁瑣的數(shù)據(jù)線，對降低成本和能耗都有一定的意義，使檢測系統(tǒng)的擴展性更靈活。
射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)技術，是一種利用射頻通信實現(xiàn)的非接觸式自動識別技術。2．4 GHz頻段的RFID對系統(tǒng)中對應的設備要求可以降低，對頻率偏差的敏感度降低。在車位檢測系統(tǒng)中引入RFID技術，利于標準性設備的開發(fā)，利用車檢器ID號的惟一性可以實現(xiàn)快速定位車位，利于停車場車位引導。
本文結合停車場對車位檢測系統(tǒng)的要求，設計了一種基于WiFi的RFID可擴展AMR車位檢測系統(tǒng)，大大減少了車位檢測系統(tǒng)的成本和復雜度，降低了系統(tǒng)的能耗，提高了系統(tǒng)檢測精度和可行性，實現(xiàn)系統(tǒng)的可擴展性。
1 系統(tǒng)設計
1．1 車位檢測系統(tǒng)設計
車位檢測系統(tǒng)組成如圖1所示，系統(tǒng)由服務器、無線路由器、車位顯示屏、RFID讀寫器和AMR(Anisotropic Magneto Resistive)傳感器節(jié)點組成。服務器負責對上傳的數(shù)據(jù)進行處理，將處理結果發(fā)送到顯示屏，擔負著向讀寫器發(fā)送指令的任務。無線路由器是整個車位檢測系統(tǒng)的重要部分，它負責將整個系統(tǒng)的各個部分組建成一個局域網(wǎng)。車位顯示屏用于車位現(xiàn)狀實時顯示。RFID讀寫器接收AMR傳感器節(jié)點上傳的數(shù)據(jù)，通過WiFi傳給服務器，也接收服務器的指令轉發(fā)到AMR傳感器節(jié)點。AMR傳感器節(jié)點負責檢測車位上的磁場情況，根據(jù)磁場的變化情況判斷是否存在車輛，把檢測到的情況通過數(shù)據(jù)來反映，把數(shù)據(jù)打包通過無線方式傳給RFID讀寫器，節(jié)點和RFID讀寫器通信是雙向的。
在系統(tǒng)設計時，系統(tǒng)網(wǎng)絡結構為星形拓撲結構，系統(tǒng)RFID讀寫器為網(wǎng)絡控制器，AMR傳感器節(jié)點均為從節(jié)點，網(wǎng)絡拓撲結構如圖2所示。 RFID讀寫器具有收發(fā)功能，負責系統(tǒng)的上下行數(shù)據(jù)或者指令的管理與控制；AMR傳感器節(jié)點負責磁場參數(shù)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)預處理。
1．2 系統(tǒng)電路設計
車位檢測系統(tǒng)電路設計有：
(1)AMR傳感器節(jié)點電路，包括節(jié)點電源部分、車位磁場采集部分、數(shù)據(jù)預處理部分及射頻收發(fā)部分等；
(2)RFID讀寫器電路，包括射頻收發(fā)部分、WiFi部分、數(shù)據(jù)處理部分和控制部分。
AMR傳感器節(jié)點基本電路如圖3所示。電源部分由TI公司的APL5312-33起到LDU功能，電源輸入電壓為4．2 V，輸出為3．3 V。
磁場強度檢測使用MMC2122MG AMR傳感器，該傳感器具有體積小、壽命長、靈敏度高、能耗低和穩(wěn)定性等特點，可廣泛用于電子指南針、GPS導航、位置感知、車輛檢測和磁力測定。MMC2122MG是有兩軸的磁阻傳感器，它在芯片上能完成信號處理，還集成了I2C總線，不需要進行A／D轉換，可以直接接到微處理器上。
采用具有低功耗、高性能的MSP430F2618對采集到的數(shù)據(jù)進行預處理，通過它自帶的SPI口與2．4 GHz射頻芯片CC2500進行通信，將預處理后的數(shù)據(jù)包上傳給RFID讀寫器，也接收RFID讀寫器發(fā)來的指令。
AMR傳感器節(jié)點實物如圖4所示。
RFID讀寫器射頻收發(fā)部分電路如圖5所示，CC2500通過SPI與讀寫器控制部分進行通信，CC2591通過提供一個功率發(fā)送器增加鏈路預算，以改善輸出功率；CC2591具有低噪聲系數(shù)的低噪聲放大器(LNA)以改善接收機靈敏度，還具有功率放大器(PA)、開關射頻匹配器和巴倫電路，能滿足高性能無線應用的簡單設計。
WiFi模塊采用上海沁科信息技術有限公司開發(fā)的EMB-380-I1，該模塊內部集成了TCP／IP協(xié)議棧和WiFi通信模式驅動，串口的最大波特率為115 200 b／s。數(shù)據(jù)處理和控制部分采用ST公司的STM32F100C4，這款芯片支持SPI口和串口，通過SPI口與CC2500通信，通過串口與WiFi模塊通信。
2 系統(tǒng)軟件設計
2．1 通信協(xié)議與數(shù)據(jù)幀設計
通過本系統(tǒng)的應用分析，為了實現(xiàn)系統(tǒng)的可擴展性，引入WiFi和RFID。在系統(tǒng)通信協(xié)議中省略了安全機制，AMR傳感器節(jié)點設置為RFID標簽形式，對停車場內的AMR傳感器節(jié)點統(tǒng)一編惟一的ID號，也對RFID讀寫器進行編號。AMR傳感器節(jié)點通過與RFID讀寫器進行通信并入WiFi網(wǎng)絡。系統(tǒng)的協(xié)議棧如圖6所示。
系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀由幀頭和幀類型組成，幀頭結構如圖7所示。
包長度(8 b)表示從一個字節(jié)開始到幀結束的字節(jié)數(shù)；協(xié)議ID(8 b)用于區(qū)分協(xié)議的功能；幀類型(8 b)，不同的幀類型有不同的幀格式。
幀類型主要有三種類型，AMR傳感器節(jié)點數(shù)據(jù)包(32 b)／RFID讀寫器數(shù)據(jù)包(32 b)采用廣播方式，設備命令包(32 b)采用點對點方式。
2．2 系統(tǒng)軟件設計
檢測系統(tǒng)程序設計使用模塊化程序設計方法，由傳感器節(jié)點和RFID閱讀器組成。系統(tǒng)軟件流程如圖8所示。
3 系統(tǒng)測試結果與討論
系統(tǒng)在某中型停車場中進行了測試，測試記錄如表1所示。測試結果表明，系統(tǒng)正確檢測出車輛在95％左右。由于傳感器是根據(jù)車輛對地磁場擾動的原理來檢測車輛的存在，而車輛的不同構造和材質對地磁場的擾動情況不一樣，因此會引起AMR傳感器的誤檢和漏檢。基于這樣的情況需要在車輛離開車位后對傳感器的閾值進行重新標定。
無線傳感器網(wǎng)絡技術和RFID技術作為近年新興的檢測和識別技術，在物流管理和智能感知中得到快速的發(fā)展。本文所設計的基于WiFi的RFID可擴展AMR車位檢測系統(tǒng)，具有運行可靠、實時性強、布線少、能耗低和可擴展性強等特點，對提高停車場智能管理的智能化、無人化方面具有一定的意義。