44基于ZigBee技术的智能停车场系统研究
杨登强，王玉洁
(四川大学 计算机学院，四川 成都 610064)
摘 要：针对当前城市中普遍存在的停车难及停车场管理不规范的问题，提出了一种基于ZigBee技术的智能停车场管理系统。该系统采用125 kHz激励器唤醒载有2.4 GHz高频电子标签以及语音播报模块的车载单元，结合红外线反射性传感器和CC2530实现停车定位，并通过ZigBee无线通信网络实现车辆和控制中心的交互，从而实现无障碍智能停车场管理。本方法比传统的停车场管理方式更加准确、便捷、高效。
关键词：ZigBee；无线传感网；智能停车场；物联网
中图分类号：TP393.17 文献标识码：A 文章编号：2095-1302(2012)08-0044-04
Research on an intelligent parking system based on ZigBee
YANG Deng-qiang, WANG Yu-jie
(School of Computer Science, Sichuan University, Chengdu 610064, China)
Abstract: Aiming at the common problems of parking diffi culty and nonstandard parking lot administration in cities, an intelligent parking system based on ZigBee technology is proposed in the paper. Compared with traditional parking system, the proposed system is more accurate, convenient and effi cient by means of 125 kHz activator to activate the vehicle-mounted card consisting of 2.4 GHz RFID tag and speech broadcast chip. The system also locates the car by using the combination method of infrared refl ective sensor and CC2530, and utilizes ZigBee wireless network to realize the interaction between cars and the control center, which achieves barrier-free intelligent parking management.
Keywords: ZigBee; wireless sensor network; intelligent parking; internet of things
0 引言
随着汽车产业的高速发展、汽车制造成本的持续下降以及国民可支配收入的日益提高，城市汽车拥有量急剧增加。为了充分利用有限的停车场资源来最大程度地满足车辆停泊的需求，各种类型的停车场(例如机械式停车场、平面式停车场、智能立体停车场、遥控停车场等)不断地涌现出来。传统的停车场管理系统面对越来越大的停车场进行车辆进出管理、收费、车位查找等工作会变得越来越繁琐复杂、费时费力，不仅管理效率低下，同时也存在一定的安全隐患。
随着物联网(Internet of Things，IOT)技术在最近几年的飞速发展，基于无线传感网络的物联网技术越来越多地应用到智能停车场管理系统中。本文提出了一种基于ZigBee技术的智能停车场管理系统，该系统利用125 kHz的激励器来触发载有2.4 GHz高频电子标签以及语音播报模块的车载单元，结合红外线反射性传感器和CC2530实现停车定位，同时利用ZigBee无线通信网络作为主干网通信网络，上传车辆信息与下发停车诱导信息，以实现无障碍智能停车场管理，从而有效地降低了车载单元的功耗，也使停车场管理更加准确、便捷、高效。
1 智能停车场系统的研究现状
智能停车场系统主要需要解决以下几个问题[1]。第一，无障碍停车；第二，自动计算停车场内的空闲停车位，并可视化显示；第三，对进入停车场的车辆进行停车诱导，避免车辆在场内无序流动，出现交通拥堵状况；第四，自动对进出停车场的车辆进行收费；第五，自动分析停车场不同时期的车流量，指导优化停车场管理与资源配置；第六，对停车场内的车辆进行在位监控。
现有的智能停车场系统主要以感应卡、IC卡或ID卡为载体，当车辆行驶到入口或出口时，将卡片靠近读卡器，系统在获取读卡器上传的持卡人信息后，按照预先写好的程序对车
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收稿日期：2012-05-28
基金项目：博士点基金资助课题(20100181110053)
物联网技术 2012年 / 第8期
2012年 / 第8期 物联网技术
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没有停好容易引发车辆刮擦事故。也有利用模式识别自动识别车牌，从而获取车辆信息，进而实现停车场管理的停车场系统，该方法不需要停车刷卡，减速即可进出停车场，但车牌识别的准确率会受到光照、天气、车身污染程度等外在因素的影响，误识别率较高。
针对目前智能停车场系统存在的弊端，本文提出了一种基于ZigBee 技术的智能停车场系统方案，该方案利用125 kHz 激励器来触发载有2.4 GHz 高频电子标签以及语音播报模块的车载单元，并结合红外线反射性传感器和CC2530实现停车定位，同时利用ZigBee 无线通信网络作为主干网通信网络，以实现车辆和控制中心的交互，从而保证了系统的低功耗、高可靠性及实用性。2 智能停车场系统设计
本智能停车场系统主要由智能道闸、低频唤醒模块、ZigBee 无线通信网络、红外线定位模块以及控制中心服务器等几个部分组成。其中低频唤醒基站负责对进出车辆的车载单元进行唤醒，使其从休眠状态进入工作状态。而语音卡单元载有2.4 GHz 高频射频单元以及语音播报模块，可以将车辆信息通过ZigBee 无线通信网络上传到控制中心服务器，同时语音播报停车诱导信息。ZigBee 无线通信网络作为整个系统的“信息高速公路”，主要实现车辆和控制中心的交互。本系统的整体架构图如图1所示。
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图1 智能停车场系统整体架构图
2.1 基于ZigBee 技术的无线通信网络
ZigBee 技术是一组基于IEEE 802.15.4 无线标准研制开发的有关组网、安全和应用软件方面的通信技术。
它是一种短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线网络技术[2-3]。要实现随时随地传输车辆信息与停车诱导信息，首先需要搭建覆盖停车场范围的ZigBee 无线通信网络来作为
拓扑结构如图2所示
。
图2 主干网网络拓扑结构图
为了增强主干网基站的处理能力，每个基站搭载一颗32位微处理器STM32F103RDT6作为整个电路控制和数据处理的主控芯片，同时还搭载3个支持ZigBee 通信协议的CC2530作为数据通信芯片，采用异步串口通信方式(UART) 实现MCU 与RF 的数据通信，根据各个电路模块的电压需求的不同选用2级稳压电源模式。图3所示为其电路结构简图。
系统中的射频模块CC2530[4]以IEEE 802.15.4标准为ZigBee 通信协议，可支持2.4 GHz 工作频段，其内部集成了RF 收发器、增强型8051 CPU 、可编程闪存等强大功能。此外，为了使主干网可以应用于多个物联网子系统，主干网基站集成有多个RF 芯片。由于CC2530的控制处理能力不是很强，系统中还嵌入了一个STM32F103RDT6作为电路的主控芯片。
图3 主干网基站的电路结构简图
2.2 低频唤醒模块
低频唤醒模块用于车载单元与唤醒基站之间。为了省电，车载单元在远离停车场范围时处于休眠状态，当车辆进入唤醒区域后，才被唤醒进入工作状态。本系统中，ZigBee 网络数据
收发工作在2.4 GHz 超高频段，而系统则采用一种125 kHz 的低频激励器来唤醒车载单元。
车载单元搭载有半主动式电子标签(EM4100)、高频RF 模块(CC2530)、感应线圈以及语音播报模块。电子标签采用EM MICROELECTRONIC 公司的非接触式识别设备EM4100，EM4100可支持100~150 kHz 的工作频段，通过外部天线与作为阅读器的唤醒基站通信，实现射频信号的传递[5]。天线
