目前，隨著國家經(jīng)濟的增長和人民生活水平的提高，汽車產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，城市的汽車擁有量急劇增加，然而城市停車場的問題也越來越嚴(yán)重，用戶停車難的問題普遍存在。停車場變得越來越大，但停車位的查找也變得越來越難，一些用戶由于不知道自己在場內(nèi)的定位情況而浪費大量的停車時間，甚至?xí)斐蓤鰞?nèi)交通擁堵。大型停車場需要人工來引導(dǎo)車輛停放，增加了停車場的人工成本。同時存在停車場內(nèi)的車位利用率低下等現(xiàn)象。這些問題都使得停車場管理繁瑣，無法優(yōu)化車位資源配置。

        物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)近年來在高速地發(fā)展^[1]，而物聯(lián)網(wǎng)的無線技術(shù)也得到了越來越多的運用，本設(shè)計使用的ZigBee是一種新興的介于無線標(biāo)記技術(shù)和藍牙技術(shù)之間的技術(shù)方案，具有低速率、低功耗、低成本等無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點^[2]。ZigBee無線技術(shù)正逐漸成為無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的首選，在網(wǎng)絡(luò)范圍中，其組網(wǎng)方式靈活，傳感器之間所需能量很少，無線通信效率相當(dāng)高^[3]，現(xiàn)已大量應(yīng)用于嵌入式技術(shù)、工業(yè)監(jiān)測、自動控制等領(lǐng)域。

1 系統(tǒng)概述

        本文提出了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的停車場定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括上位機軟件、ZigBee組網(wǎng)模塊與定位終端，其具體功能與要求為：定位終端通過ZigBee無線通信數(shù)據(jù)處理進行定位，上位機對定位終端的位置信息進行數(shù)據(jù)處理，并對停車場內(nèi)的用戶進行定位顯示及管理。ZigBee組網(wǎng)模塊在系統(tǒng)中起著組網(wǎng)的作用，使終端能在場內(nèi)定位^[4]。車輛駛?cè)胪＼噲鰰r，工作人員根據(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，用戶能借此在場內(nèi)定位、在終端顯示模塊顯示自己的位置信息，進而實現(xiàn)高效率停車；而上位機則對該用戶進行定時計費，上位機界面能顯示該用戶在場內(nèi)的所在位置，進而實現(xiàn)停車場更有效的管理。這種方法能提高用戶的停車效率，減少工作人員的工作量，成本低，并能重復(fù)利用。

2 系統(tǒng)設(shè)計

        整個系統(tǒng)由PC、協(xié)調(diào)器、ZigBee參考節(jié)點、定位終端等組成。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。其中參考節(jié)點分布于停車場4個角落，主要任務(wù)是提供一個相應(yīng)終端位置坐標(biāo)信息的參考數(shù)據(jù)包；終端通過ZigBee無線通信收集參考節(jié)點的位置坐標(biāo)信息和信號強度值，然后處理數(shù)據(jù)得到終端位置信息，同時傳送數(shù)據(jù)給協(xié)調(diào)器；協(xié)調(diào)器節(jié)點通過RS-232串口與PC相連；上位機軟件采用Visual Studio 2010進行設(shè)計，對終端部分進行計時計費，同時顯示停車場內(nèi)終端的所在位置等。

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

        本系統(tǒng)協(xié)調(diào)器和參考節(jié)點采用的是以TI公司的CC2430芯片為核心的模塊，終端節(jié)點采用的是以CC2431芯片為核心的模塊。CC2430/CC2431芯片的片上系統(tǒng)(SoC)是高集成度的解決方案，高性能處理能力使其足以滿足ZigBee為基礎(chǔ)的波段應(yīng)用。它由2.4 GHz的射頻收發(fā)器和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的增強型8051MCU^[5]集合而成，在應(yīng)用時只需很少的外圍電路和輔助器件，具有成本低、功耗低、抗噪聲和抗高頻干擾等特點。CC2431與CC2430在ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)中的功能是不一樣的，CC2431模塊具有內(nèi)置的硬件定位引擎，具有定位功能，本系統(tǒng)中CC2430模塊用作參考節(jié)點和協(xié)調(diào)器，而CC2431模塊作為終端節(jié)點使用。基本應(yīng)用電路如圖2所示。

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.2.1 協(xié)調(diào)器程序設(shè)計

        整個系統(tǒng)的ZigBee網(wǎng)絡(luò)是由協(xié)調(diào)器組織建立的，采用的是CC2430模塊，在整個系統(tǒng)中具有組網(wǎng)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)茸饔?。初始化包括各硬件初始化、系統(tǒng)時鐘初始化、協(xié)議棧的初始化等。協(xié)調(diào)器組建網(wǎng)絡(luò)成功后，等待上位機的命令，同時等待終端節(jié)點的加入。協(xié)調(diào)器與PC之間采用RS-232串口進行連接，其作為PC與ZigBee網(wǎng)絡(luò)之間通信的媒介，一方面接收上位機傳來的指令或數(shù)據(jù)，發(fā)送至各節(jié)點；另一方面接收各節(jié)點的數(shù)據(jù)，進而傳至上位機進行數(shù)據(jù)處理。程序流程圖如圖3所示。

2.2.2 參考節(jié)點程序設(shè)計

        參考節(jié)點采用CC2430模塊，在系統(tǒng)中具有重要的作用，是布置在停車場4個角落的靜態(tài)節(jié)點，坐標(biāo)值提前設(shè)定好。系統(tǒng)中至少有3個參考節(jié)點，本系統(tǒng)中采用4個參考節(jié)點。參考節(jié)點在初始化加入網(wǎng)絡(luò)后，寫入配置信息，檢測終端的請求信號。其主要任務(wù)是將檢測到的RSSI值等數(shù)據(jù)發(fā)送至終端^[6]。程序流程圖如圖4所示。

2.2.3 終端程序設(shè)計

        終端是系統(tǒng)的關(guān)鍵部分之一，采用的是CC2431模塊，其程序流程圖如圖5所示。在初始化后，加入?yún)f(xié)調(diào)器建立的網(wǎng)絡(luò)，通過檢測上位機的位置查詢命令來發(fā)送/接收RSSI信號，同時根據(jù)信號傳播系數(shù)和信號強度等參數(shù)進行實時的定位計算顯示。終端在停車場內(nèi)時主要有兩個任務(wù)：(1)監(jiān)控上位機通過協(xié)調(diào)器傳送的命令信號，并做相應(yīng)的處理；(2)通過顯示模塊顯示終端在停車場位置信息，并將自身的ID和定位等數(shù)據(jù)包發(fā)送至協(xié)調(diào)器，再傳送至上位機。

2.3 上位機軟件設(shè)計

        上位機軟件主要實現(xiàn)信息配置和定位數(shù)據(jù)處理的功能，可以對停車場的地圖、參考節(jié)點的坐標(biāo)等信息進行配置更新，對終端傳送過來的定位數(shù)據(jù)信息進行處理，進而在上位機界面上顯示車輛終端部分的位置情況。上位機與協(xié)調(diào)器之間采用串口通信，波特率為38 400 b/s，8個數(shù)據(jù)位^[7]。上位機與下位機的通信協(xié)議格式如表1、表2所示。

        Visual Studio是Windows平臺目前最流行的應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境，上位機軟件是基于Visual Studio 2010、使用C#語言開發(fā)的應(yīng)用程序^[8]。系統(tǒng)進行測試時，分別對停車場的地圖、參考節(jié)點進行配置，如圖6所示。當(dāng)用戶持終端進入場內(nèi)時，工作人員對該終端進行配置，隨后對終端進行實時的定位監(jiān)測，能直接查詢相關(guān)車輛并對其進行計時、計費等管理，定位實驗如圖7所示。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)設(shè)備能實時定位，精度可靠穩(wěn)定，能正常工作。

        本文提出了一個基于無線技術(shù)的停車場定位系統(tǒng)，分別從協(xié)調(diào)器、參考節(jié)點、終端和上位機軟件等方面介紹了系統(tǒng)的設(shè)計思路。上位機進行信息配置操作，終端部分進行數(shù)據(jù)處理和顯示。本系統(tǒng)解決了停車場停車難、管理繁瑣等問題，能有效提高停車效率，減少工作人員的工作量，降低成本，提高停車場的管理質(zhì)量。

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