基于ZigBee網(wǎng)絡(luò )的停車(chē)場(chǎng)管理系統

摘要：在大型停車(chē)場(chǎng)如何快速停車(chē)是管理者與停車(chē)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(chē)場(chǎng)管理系統解決方案。該系統采用CC2430和超聲波傳感器采集與傳輸停車(chē)場(chǎng)車(chē)位信息，并用S3C2440和MFRC522模塊解決停車(chē)場(chǎng)收費問(wèn)題，用LED點(diǎn)陣屏實(shí)時(shí)顯示停車(chē)場(chǎng)車(chē)位信息以及引導停車(chē)者快速停車(chē)。整個(gè)系統能夠智能地管理與引導停車(chē)者快速停車(chē)。
關(guān)鍵詞：ZigBee；停車(chē)場(chǎng)管理；嵌入式；無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)

0 引言
隨著(zhù)我國城市現代化、國際化的發(fā)展，城市居民汽車(chē)擁有量急劇增加，車(chē)輛的管理控制也顯得越發(fā)重要。在擁擠的市區里，汽車(chē)與停車(chē)位之間的矛盾越來(lái)越突出。對于各類(lèi)停車(chē)場(chǎng)控制管理也有著(zhù)更高的要求，不僅要求可以實(shí)現對車(chē)輛的收費和停泊管理，而且要求車(chē)輛進(jìn)出都可以快速進(jìn)行，縮短停車(chē)時(shí)在出入口的平均逗留時(shí)間，提高停車(chē)效率。為了提高停車(chē)場(chǎng)的信息化、智能化管理水平，給車(chē)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)現停車(chē)場(chǎng)運行的高效化、節能化、環(huán)?；?，本文設計了一套基于ZigBee網(wǎng)絡(luò )的停車(chē)場(chǎng)管理系統。

1 系統硬件設計
當停車(chē)者根據點(diǎn)陣屏上顯示的車(chē)位信息進(jìn)入停車(chē)場(chǎng)時(shí)，按鍵，射頻卡自動(dòng)彈出，內部自動(dòng)進(jìn)行第一次刷卡，系統記住刷卡時(shí)間。車(chē)位信息由ZigBee系統采集與傳輸。終端節點(diǎn)將采集到的車(chē)位信息通過(guò)路由器發(fā)送給協(xié)調器，協(xié)調器處理之后，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(chē)場(chǎng)車(chē)位信息。當司機離開(kāi)停車(chē)場(chǎng)時(shí)再次刷卡，系統通過(guò)兩次刷卡的時(shí)間差與標準計費對比進(jìn)行收費。
本系統主要由三部分組成：第一部分是無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )，它由ZigBee協(xié)調器、路由器以及帶有超聲波傳感器的終端節點(diǎn)組成；第二部分是射頻計費，由S3C2440和MFRC522射頻模塊組成；第三部分是信息顯示系統，由AVR單片機和點(diǎn)陣顯示屏組成。圖1所示是系統的設計結構圖。
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設備非常省電。據估算，ZigBee設備僅靠?jì)晒?號電池就可以維持長(cháng)達6個(gè)月到2年左右的使用時(shí)間。在本設計中，終端節點(diǎn)采用中斷喚醒睡眠模式。當超聲波傳感器的電平不發(fā)生變化時(shí)，CC2430處于休眠模式；當超聲波傳感器的電平跳變時(shí)，51單片機發(fā)信號喚醒CC2430工作。這樣，本設計在功耗方面可以降到最低，這也是本設計采用ZigBee網(wǎng)絡(luò )的主要理由。

ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )是本設計的主要部分。整個(gè)系統通過(guò)ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )采集與無(wú)線(xiàn)傳輸超聲波傳感器實(shí)時(shí)對車(chē)位是否被車(chē)輛占用發(fā)送監測信息。最后由協(xié)調器發(fā)往監控中心，在LED點(diǎn)陣顯示屏顯示車(chē)位剩余信息以及空車(chē)位所在的具體位置。理論上每個(gè)ZigBee協(xié)調器可容納65 000多個(gè)節點(diǎn)，而且隨著(zhù)停車(chē)場(chǎng)大型化趨勢的發(fā)展，可以通過(guò)增加路由器對大型停車(chē)場(chǎng)的節點(diǎn)進(jìn)行分區管理，一個(gè)協(xié)調器放在監控中心對幾個(gè)分區進(jìn)行監控。
本設計中的終端節點(diǎn)由CC2430模塊、超聲波傳感器與51單片機組成。超聲波傳感器的發(fā)送和接收端與51單片機的P1．0和P3．2相連，51單片機信息輸出端再與CC2430模塊的中斷接口相連。圖2所示是終端節點(diǎn)的連線(xiàn)圖。

將終端節點(diǎn)放置在停車(chē)場(chǎng)車(chē)位下部。超聲波傳感器在未檢測到障礙物時(shí)，輸出端發(fā)送的是連續的高電平；檢測到障礙物時(shí)，輸出端發(fā)送低電平；當檢測到障礙物穩定時(shí)，超聲波傳感器持續輸出低電平。由于一般轎車(chē)底盤(pán)是20～50 cm，可以在軟件程序里設置超聲波傳感器的檢測距離來(lái)判斷車(chē)位是否有汽車(chē)存在。超聲波傳感器實(shí)時(shí)工作，當輸出端有電平跳變時(shí)觸發(fā)51單片機，當電平跳變到一個(gè)值趨于穩定時(shí)，說(shuō)明該車(chē)位的車(chē)位信息就會(huì )變化，51單片機將信息發(fā)送給CC2430。終端節點(diǎn)通過(guò)以上過(guò)程采集車(chē)位信息，終端節點(diǎn)采集到的車(chē)位信息通過(guò)路由器傳給協(xié)調器。協(xié)調器把采集到的車(chē)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(chē)位信息實(shí)時(shí)顯示，以文字與標號結合的方式為停車(chē)者提供參考。
射頻計費部分采用的是S3C2440和MFRC522模塊組成的刷卡計費器。主控芯片使用S3C2440處理器，它是一款32位的高速處理器，能夠實(shí)現數據的快速處理與傳輸。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，指令執行速度更快；尋址方式靈活簡(jiǎn)單，執行效率高。本設計選用非接觸型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，故本設計采用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，本設計在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。SPI時(shí)鐘SCK由主機產(chǎn)生。數據通過(guò)MOSI線(xiàn)從主機傳輸到從機；數據通過(guò)MISO線(xiàn)從MFRC 522發(fā)回到機。
本設計采用AVR單片機控制LED點(diǎn)陣顯示屏。因為AVR單片機處理指令的速度比其他單片機較快，抗干擾能力相對較強，作為點(diǎn)陣顯示屏的控制器，可以顯示比較好的效果，所以，本設計使用AVR ATmega16單片機為L(cháng)ED點(diǎn)陣控制器。點(diǎn)陣顯示屏可以直觀(guān)地將停車(chē)場(chǎng)的車(chē)位信息顯示，為停車(chē)者提供參考，供停車(chē)者快速便捷地停車(chē)，節省大量時(shí)間。