基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的停車場管理系統(tǒng)

摘要：在大型停車場如何快速停車是管理者與停車者之間存在的最大的難題。為了解決這個困擾社會管理的難題，文中提出了一種基于ZigBee與S3C2440的大型停車場管理系統(tǒng)解決方案。該系統(tǒng)采用CC2430和超聲波傳感器采集與傳輸停車場車位信息，并用S3C2440和MFRC522模塊解決停車場收費問題，用LED點陣屏實時顯示停車場車位信息以及引導(dǎo)停車者快速停車。整個系統(tǒng)能夠智能地管理與引導(dǎo)停車者快速停車。
關(guān)鍵詞：ZigBee；停車場管理；嵌入式；無線傳感網(wǎng)

0 引言
隨著我國城市現(xiàn)代化、國際化的發(fā)展，城市居民汽車擁有量急劇增加，車輛的管理控制也顯得越發(fā)重要。在擁擠的市區(qū)里，汽車與停車位之間的矛盾越來越突出。對于各類停車場控制管理也有著更高的要求，不僅要求可以實現(xiàn)對車輛的收費和停泊管理，而且要求車輛進出都可以快速進行，縮短停車時在出入口的平均逗留時間，提高停車效率。為了提高停車場的信息化、智能化管理水平，給車主提供一種更加安全、舒適、方便、快捷和開放的環(huán)境，實現(xiàn)停車場運行的高效化、節(jié)能化、環(huán)保化，本文設(shè)計了一套基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的停車場管理系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計
當(dāng)停車者根據(jù)點陣屏上顯示的車位信息進入停車場時，按鍵，射頻卡自動彈出，內(nèi)部自動進行第一次刷卡，系統(tǒng)記住刷卡時間。車位信息由ZigBee系統(tǒng)采集與傳輸。終端節(jié)點將采集到的車位信息通過路由器發(fā)送給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器處理之后，通過串口發(fā)送給LED點陣控制器，最終LED控制器控制點陣顯示停車場車位信息。當(dāng)司機離開停車場時再次刷卡，系統(tǒng)通過兩次刷卡的時間差與標(biāo)準(zhǔn)計費對比進行收費。
本系統(tǒng)主要由三部分組成：第一部分是無線傳感網(wǎng)絡(luò)，它由ZigBee協(xié)調(diào)器、路由器以及帶有超聲波傳感器的終端節(jié)點組成；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(tǒng)，由AVR單片機和點陣顯示屏組成。圖1所示是系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)構(gòu)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。由于工作時間較短、收發(fā)信息功耗較低且采用了休眠模式，因此ZigBee設(shè)備非常省電。據(jù)估算，ZigBee設(shè)備僅靠兩節(jié)5號電池就可以維持長達(dá)6個月到2年左右的使用時間。在本設(shè)計中，終端節(jié)點采用中斷喚醒睡眠模式。當(dāng)超聲波傳感器的電平不發(fā)生變化時，CC2430處于休眠模式；當(dāng)超聲波傳感器的電平跳變時，51單片機發(fā)信號喚醒CC2430工作。這樣，本設(shè)計在功耗方面可以降到最低，這也是本設(shè)計采用ZigBee網(wǎng)絡(luò)的主要理由。

ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)是本設(shè)計的主要部分。整個系統(tǒng)通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)采集與無線傳輸超聲波傳感器實時對車位是否被車輛占用發(fā)送監(jiān)測信息。最后由協(xié)調(diào)器發(fā)往監(jiān)控中心，在LED點陣顯示屏顯示車位剩余信息以及空車位所在的具體位置。理論上每個ZigBee協(xié)調(diào)器可容納65 000多個節(jié)點，而且隨著停車場大型化趨勢的發(fā)展，可以通過增加路由器對大型停車場的節(jié)點進行分區(qū)管理，一個協(xié)調(diào)器放在監(jiān)控中心對幾個分區(qū)進行監(jiān)控。
本設(shè)計中的終端節(jié)點由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(jié)點的連線圖。

將終端節(jié)點放置在停車場車位下部。超聲波傳感器在未檢測到障礙物時，輸出端發(fā)送的是連續(xù)的高電平；檢測到障礙物時，輸出端發(fā)送低電平；當(dāng)檢測到障礙物穩(wěn)定時，超聲波傳感器持續(xù)輸出低電平。由于一般轎車底盤是20～50 cm，可以在軟件程序里設(shè)置超聲波傳感器的檢測距離來判斷車位是否有汽車存在。超聲波傳感器實時工作，當(dāng)輸出端有電平跳變時觸發(fā)51單片機，當(dāng)電平跳變到一個值趨于穩(wěn)定時，說明該車位的車位信息就會變化，51單片機將信息發(fā)送給CC2430。終端節(jié)點通過以上過程采集車位信息，終端節(jié)點采集到的車位信息通過路由器傳給協(xié)調(diào)器。協(xié)調(diào)器把采集到的車位信息進行分析與處理，發(fā)送給點陣顯示屏的控制器。協(xié)調(diào)器通過串口與點陣顯示屏的控制器相連。點陣屏將車位信息實時顯示，以文字與標(biāo)號結(jié)合的方式為停車者提供參考。
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?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的快速處理與傳輸。它主要有以下特點：體積小、低功耗、低成本、高性能；大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快；尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高。本設(shè)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(shè)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(shè)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時鐘SCK由主機產(chǎn)生。數(shù)據(jù)通過MOSI線從主機傳輸?shù)綇臋C；數(shù)據(jù)通過MISO線從MFRC 522發(fā)回到機。
本設(shè)計采用AVR單片機控制LED點陣顯示屏。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，作為點陣顯示屏的控制器，可以顯示比較好的效果，所以，本設(shè)計使用AVR ATmega16單片機為LED點陣控制器。點陣顯示屏可以直觀地將停車場的車位信息顯示，為停車者提供參考，供停車者快速便捷地停車，節(jié)省大量時間。