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基于物联网技术的智能停车系统设计与实现

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基于物联网技术的智能停车系统设计与实现

荀艳丽;焦库;张秦菲

【摘 要】为了解决目前城市停车难的问题,提出了一个基于物联网技术的智能停车系统模型.将无线传感器嵌入到停车位中,利用物联网技术实现对整个停车场的局域控制.各停车场作为独立局域控制节点对外分享停车位资源信息,并由统一的监控中心进行管理,实现停车资源的统筹和管理.停车用户通过终端访问监控中心页面了结目的地周边停车资源并进行选择,大大减少了寻找停车位的时间,同时也充分利用了资源.

【期刊名称】《电子设计工程》

【年(卷),期】2019(027)003

【总页数】4页(P59-62)

【关键词】物联网;无线传感器;智能停车系统;局域控制

【作 者】荀艳丽;焦库;张秦菲

【作者单位】西北工业大学明德学院电子信息工程系,陕西西安710124;西北工业大学明德学院电子信息工程系,陕西西安710124;西北工业大学明德学院电子信息工程系,陕西西安710124

【正文语种】中 文

【中图分类】TN915.5

目前我国已经成为世界第三大汽车生产国和第二大汽车消费国，据权威部门数据表明，近4年以内的新车占到百分之六十。预计国内每年汽车增长率都以50%～80%的速度增长，这就导致了50%的汽车无序停放现象。智能停车已经成为推动城市发展不可或缺的一部分[1]。但随之而来的，车多位少、停车难的问题也日渐突出，成为当前社会普遍的关注点。面对这一系列难题，智能化停车位管理系统必为大势所趋。而随着科技的进步，电子技术、计算机技术、通信技术不断地向各种领域渗透当今的，停车场车位控制系统已经向智能型的方向转变。先进可靠地停车场控制系统在停车场管理系统中的作用越来越大[2]。

传统的停车管理系统各自为政，无法让车主了结实时信息，车主在寻找车位的同时浪费了大量时间[3]。文中所设计的停车系统，把公共停车资源整合到一起，并动态实时刷新资源使用情况，方便车主寻找，节约人力物力。

1 系统模型

基于物联网技术的智能停车系统采用“监控中心-局域控制-信息采集”3 层结构，通过Internet 网络将监控中心与各停车场局域控制服务器链接，各停车场局域控制服务器通过ZigBee 技术实现对各停车位信息的采集控制等[4]。该系统结构图如图1所示。

图1 停车系统结构图

图1中停车场局域控制服务器对停车位节点1到N 进行控制，每个停车场为一个独立的局域控制节点，与Internet 网络连接，将停车位信息发送到监控中心，实现对停车信息发布与共享。监控中心存储各局域控制节点发送的数据，通过对数据库操作实现对停车位的控制和检测。

2 硬件设计

本模型只需完成对停车场局域控制模块硬件设计，实现停车位信息的采集与上报。停车位信息上报到监控中心借用Internet 网络实现，无需单独设计。

ZigBee 技术是一种短距离、低复杂度、低功耗、低速率、短时延的大容量无线网络技术。ZigBee 采用的物理MAC 层协议是IEEE802.15.4，工作在868 MHz、915 MHz 和 2.4 GHz 3 种 工 业 科 学 医 疗（ISM）频段。其中，2.4 GHz 频段全球免费试用。ZigBee 网络组网方式丰富灵活，具有很强的动态自组织特性[15]。

局域控制以独立停车场为单元，本模型采用ZigBee 星形网络结构，由于各节点距离较近，无需通过路由器扩展网络覆盖面，只需要协调器和各传感器设备即可满足网络搭建。因此，在各停车位安装传感器即可实现信息采集和局域组网。停车场局域控制模块网络拓扑图如图2所示。

图2 局域控制模块网络拓扑图

图2中PAN Coordinator 网络协调器负责组网和管理各终端传感器。ZigBee

Soc 模块选用TI 公司生产的CC2430 芯片设计，实现传感器与PAN

Coordinator 网络协调器的通信。CC2430 是真正的片上系统（System on Chip，Soc）CMOS 解决方案，该芯片整合了2.4 GHz 的高性能ZigBee 射频前端、内存和微控制器[16]。

3 软件设计

3.1 监控中心控制主程序设计

监控中心控制主程序主要实现以下功能：1）停车位信息发布。监控中心核心功能就是实现停车位信息的发布，通过网络页面或终端APP 对外呈现。车主根据诉求进行查询等。2）停车位信息控制。停车位信息控制包括：数据存储，车位预定，紧急管控等。以此实现车主的预约和特殊场景调配等功能。3）系统管理等功能。系统管理功能用于监控中心对外软件功能，用于用户账户、权限、局域控制节点管理等配套功能。

3.2 停车场局域控制主程序设计

停车场局域控制作为停车位对外发布和管理的中间控制节点，主要实现对停车位的管理及对外信息的发送。因此，该功能主程序设计主要从内部管理和外部通讯两部分完成。

3.2.1 对外信息通讯功能设计

对外信息通讯主要实现与监控中心信息交互。车位信息通过局域控制服务器发送到监控中心，实现数据信息共享发布。同时，监控中心将车主用户的预定信息同步到局域控制服务器，实现数据同步。双方数据刷新通过事件驱动完成，当监听到有数据状态变更时，触发信息发布。以车位数据上报为例，上报流程如图3所示。

图3 车位数据上报流程

3.2.2 内部车位信息管理工程设计

车位信息管理包括车位信息管理，异常信息处理等。该部分系统以停车场内部管理为主，根据自身业务诉求及对外支撑能力，合理设置对外共享停车位资源数量、定价等。每个车位通过车位标识进行识别，车位标识是一串数字，通过约定不同字段含义进行标识，同时也可以通过标识区分车位是否对外开放。车位信息管理用于实现对车位信息的增、删、改操作。当停车位采集信息与车位信息记录不一致时，出现异常告警信息。如预留车位的非法占用，传感器信息异常等。异常信息处理功能提供给局域控制用户修正处理权限，用于校对、恢复系统异常等。

3.2.3 PAN Coorninator协调器控制功能设计

PAN Coorninator 网络协调器负责组网和管理各终端传感器。它负责上传车位采集信息给局域控制系统，以及将控制系统的指令下发给各终端。主要工作流程如图4所示。

图4 PAN Coorninator网络协调主要工作流程

PAN Coorninator网络协调器主要完成以下任务：

1）分配车位标识ID。当环境初始化启动完成后，PAN Coorninator 协调器对网络进行检测，通过能量扫描和激活扫描，发现合适的信道，创建一个唯一的 16 位网络 PAN ID，在 ZigBee 网络系统中Coordinator 的网络短地址固定设置为0。 2）发送、传递和结束信息。PAN Coorninator 通过向四周广播网络信息，并接受处理其网络覆盖范围内的加入网络的请求。

4 系统测试验证

通过模拟某繁华区域周边3 个停车场情况，每个停车场按比例抽取5 个停车位作为模型进行模拟实验。通过对该区域连续3 天不同时段抽样数据验证发现，车位空置时长缩短18 分钟/车位，停车位寻找时间平均缩短24 分钟，高峰繁忙时段更突出。实验分析数据如表1所列。从表中可以看出，该模型有一定的效果，随着资源区域的扩大，可选择资源的增多，对用户选择车位的空间将越大，效果也将更加明显。

5 结束语

城市停车难是当今城市建设的一大弊病，在合理规划停车场的基础上，对车辆进行有效引导，均衡分配的同时，充分挖掘和利用社会资源，统筹调度和管理能够有效地解决这一问题。本文创新在于：

1）提出了一种基于物联网技术的智能停车场系统模型；

2）通过物联网技术，实现对停车场资源的统筹管理，让“停车位-停车场-用户”相互感知。

实验验证结果说明，本文提出的模型具有较高的研究价值和生产价值。

表1 实验分析数据时间2018-2-26 9：00-10：00 2018-2-26 12：00-13：00

2018-2-26 18：00-19：00 2018-2-27 9：00-10：00 2018-2-27 12：00-13：00 2018-2-27 18：00-19：00 2018-2-28 9：00-10：00 2018-2-28 12：00-13：00 2018-2-28 18：00-19：00平均入库车数（辆）52 23 68 41 18 32 33

25 54 38.44非智能系统平均寻找时间/min 26.7 31.3 34.4 25.4 29.4 31.9 24.6

27.5 32.5 29.32车位平均空置时长/min 28.8 19.2 20.4 35.2 25.9 17.8 38.1

35.4 29.6 27.82智能系统平均寻找时间/min 5.4 4.6 5.8 5.3 4.8 5.8 5.2 4.6 5.5 5.22车位平均空置时长/min 5.4 5.8 5.3 6.6 4.1 4.3 8.3 1.2 4.6 9.46

【相关文献】

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基于物联网技术的智能化停车场管理系统设计与实现

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摘要

本文设计并实现了一种基于物联网技术的智能化停车场管理系统，该系统能够通过车牌识别技术、传感器网络、云计算技术等技术手段，实现车辆进出、车位管理、收费等功能，并提供实时查询、预约停车、远程控制等服务。本文主要包括系统设计、硬件实现、软件实现、系统测试等四个方面，通过实验验证，该系统具有良好的实用性和可靠性。

关键词：物联网，智能化，停车场管理，车牌识别，传感器网络，云计算

Abstract

This paper designs and implements an intelligent parking lot management

system based on Internet of Things (IoT) technology. This system can realize

functions such as vehicle entry and exit, parking space management, and charging

through technologies such as license plate recognition, sensor networks, and cloud

computing. The system also provides services such as real-time querying, parking

reservation, and remote control. This paper mainly includes four aspects: system

design, hardware implementation, software implementation, and system testing.

Through experiments, it is verified that the system has good practicality and

基于物联网的智能停车场管理系统设计及实现

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摘要：随着汽车工业的迅猛发展，我国汽车拥有量急剧增加，停车场作为交通设施的重要组成部分，人们对其管理的要求也不断提高，都希望管理能够达到方便、快捷以及安全的效果，并且停车场的规模也在不断扩大。停车场的规模各不相同，对其进行管理的模式也有不同之处，管理者需要根据自身的条件，选择应用经济、稳定的管理程序，以免选择高成本的管理系统。文章旨在设计一套包括高级管理员管理模块、普通管理员管理模块、用户管理模块的大规模停车场管理系统，并从系统整体框架设计、系统硬件设计、系统软件设计以及软件测试等几个方面进行阐述，希望在实用性方面具有自己的特色并保持一定的可扩展性。

关键词：汽车工业；停车场管理系统；实用性；可扩展性

0引言

目前随着我国经济的不断发展，人们的生活水平不断提高，城市化和城镇化被列为我国经济发展的一个方向，急剧增长的城市人口和不断扩大的城市规模在为城市交通带来更大的发展机遇的同时，也将使城市交通面临更大的挑战。最近几年汽车工业也在迅猛发展，私家车数量也在急剧增多，人们将面对日益突出的“停车难”现象[1]。我国的智能停车场管理系统市场兴起在2001年，目前还处于初级发展阶段，各种品牌不断涌现，市场比较混乱，归结起来其现状主要表现为以下几点：市场上品牌繁杂，没有形成主流品牌；产品可靠性较低，技术含量不高；成套设备的系统多由集成商提供，能提供成套设备的生产厂家不多，系统稳定性、可靠性不易控制；部分商家售后服务不到位；系统智能化程度较低，如车位引导系统应用不多；从趋势上看，智能停车场管理系统应向更高程度的智能化、合理化、人性化方向发展。

随着互联网的迅速发展，“物联网概念”也逐渐进入人们的视线。“物联网概念”是在“互联网概念”的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念，它是现代信息技术与经济社会发展到一定程度的必然阶段[2]。与其说物联网是网络，不如说物联网是业务和应用。因此，应用创新是物联网发展的核心，以用户体验为核心的创新2.0是物联网发展的灵魂。随着生产社会化以及智能化的发展，物联网技术应运而生，它是传统商品与信息网络深层次结合的产物。基于物联网的智能停车场管理系统可方便管理员更好的对停车场进行管理，同时满足和方便用户使用。基于物联网的智能停车场管理系统利用软件技术、自动化技术、网络技术、数据库技术等手段，实现了车位检测、高级管理员对普通管理员的管理、普通管理员对用户的管理、用户的注册与登录、用户停车位的选择、用户查看停车位、用户网上付费等功能。

基于物联网技术的智能停车管理系统设计

基于物联网技术的智能停车管理系统设计

基于物联网技术的智能停车管理系统设计

智能停车管理系统设计是建立在物联网技术之上的一种高效、智能的停车管理模式。该系统在停车场内部通过各种设备与传感器进行数据交互，实现车位监测、车辆识别、计时收费、车位导航等功能，大大提升了停车场的利用率和服务品质，降低了管理成本。本文将从以下几个方面探讨基于物联网技术的智能停车管理系统设计。

一、物联网技术在停车管理中的应用

物联网技术通过将物体与互联网连接，实现了人与物体之间的信息互通。在停车管理中，物联网技术可以实现车位识别、车辆识别、计时收费和车位导航等功能。比如，在停车场内部安装车位识别传感器，当车位被占用时，传感器立刻向云服务器发送信息，告知当前车位被占用；当车辆驶入停车场时，车内的智能设备与停车场云服务器进行互动，实现车辆识别和计时收费。此外，借助物联网技术，系统还可以为车主提供车位导航、优先预约等服务。

二、智能停车管理系统的框架设计

智能停车管理系统是由多个模块组成的，包括车位监测、车牌识别、计费、车位导航等模块。这些模块通过云服务器和终端设备进行数据交互，形成了整个系统的框架。其中，停车场内的传感器、识别设备等称为终端设备，它们采集车位状态、车辆信息等数据，经过处理后上传到云服务器。云服务器负责数据的存储、分析和处理，并向车主提供相关服务。

三、硬件设备设计

智能停车管理系统需要配备一些硬件设备，如车位识别传感器、电子道闸、车牌识别器、自助支付设备等。这些设备的设计需要满足系统集成性、高可靠性和低维护成本的要求。其中，车位识别传感器需要具备高精度的车位监测功能，能够准确地判断车位是否被占用；车牌识别器需要能够识别车牌号、车型等信息，并将相关数据上传到云服务器。

四、软件系统设计和开发

智能停车管理系统的软件系统是整个系统的核心，负责数据的处理、控制、分析和显示。该软件系统需要具备高效、稳定、安全、易用等特点。在软件开发中，需要采用先进的编程语言和开发工具，完成各个模块的开发。另外，在系统上线后，需要进行持续的测试和维护，及时处理软件缺陷。

基于物联网的智慧停车系统设计与实现

基于物联网的智慧停车系统设计与实现

基于物联网的智慧停车系统设计与实现

智慧停车系统是一种基于物联网技术的创新应用，旨在解决日益严重的城市停车难题。该系统利用各种传感器、通信设备和智能控制技术，实现停车场的智能管理和车位信息的实时监测与调度。本文将对基于物联网的智慧停车系统的设计与实现进行详细探讨。

一、系统设计

智慧停车系统主要由三大核心组成部分构成：车位检测与信息上传模块、车位查询与导航模块、停车场管理与车辆定位模块。

1. 车位检测与信息上传模块

该模块主要负责检测停车位的占用情况，并将结果上传至云服务器。可以利用地磁传感器、摄像头或超声波传感器等技术实现车位状态的实时监测。通过无线通信技术将检测结果传输至云服务器，确保实时性与准确性。

2. 车位查询与导航模块

用户可以通过手机App或电子屏幕等方式查询到停车场内空闲车位的具体位置。通过整合地图导航与车位信息数据库，该模块可以实现停车场内空闲车位的快速查询，并提供导航功能，引导用户准确到达目标车位，节约时间和资源。

3. 停车场管理与车辆定位模块 该模块是智慧停车系统的核心管理部分，包括车辆进出管理、违规停车监测、收费管理等功能。通过车牌识别、RFID等技术，实现车辆的快速进出管理和精确定位。同时，系统还能自动识别违规停车行为，并根据规则进行处罚或自动报警。

二、系统实现

1. 硬件设备选择与部署

在智慧停车系统设计与实现过程中，需要选择合适的硬件设备，并将其部署在停车场内。选择可靠性高、耐用性好的传感器设备，如地磁传感器、摄像头、超声波传感器等，用于检测车位占用情况。同时，还需要选择合适的通信设备，如无线路由器、蓝牙设备等，用于传输数据。此外，还需部署智能控制设备，用于管理停车场内的设备和车辆。

2. 软件系统开发

软件系统开发分为前端开发和后端开发两个阶段。

在前端开发中，需要设计用户友好的界面，开发手机App或电子屏幕等用户端，使用户能够方便地查询车位信息、导航停车位置等。同时，还需开发车辆进出管理界面，用于停车场管理人员的操作。