停車指引系統(tǒng)嵌入式無線網(wǎng)關(guān)設計

近些年來，隨著汽車成本的不斷下降以及人均GDP的持續(xù)增長。我國的汽車擁有量急劇增加，在很多城市里出現(xiàn)了停車難的現(xiàn)象，為了滿足停車的需求，出現(xiàn)了各種類型的停

車場，但是大部門還是基于PC的傳統(tǒng)停車場管理系統(tǒng)，傳統(tǒng)的停車場管理系統(tǒng)把重點放在了計費收費管理上，然而在車位查找、實時性、效率管理方面不盡如人意，很難滿足人們的需求。在本設計中，不僅把基于無線傳感網(wǎng)絡的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用到了智能停車場中，而且結(jié)合了移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

本設計采用三星公司ARM11內(nèi)核的S3C6410為MCU，設計了無線網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)的路由器接收各個車位監(jiān)控節(jié)點上安裝的Zigbee模塊發(fā)送來的車位信息，經(jīng)過數(shù)據(jù)的重組和打包將所有節(jié)點的數(shù)據(jù)發(fā)送到中控計算機上與安卓客戶端上。此外所有車位監(jiān)控節(jié)點上安裝的Zigbee模塊內(nèi)置Mesh網(wǎng)協(xié)議棧，該網(wǎng)絡可以自動監(jiān)測和增加新的節(jié)點。

1 系統(tǒng)工作原理

本設計主要有四部分構(gòu)成，基于Zigbee技術(shù)的監(jiān)控節(jié)點，用于監(jiān)控空余車位情況;基于ARM技術(shù)的無線網(wǎng)關(guān)，用來處理并上傳節(jié)點信息;PC上位機，用于管理人員查看、管理車位信息，計費;智能終端上位機，用于客戶查看空位信息、提前預約車位、引導客戶到空余車位等。針對上述特定，節(jié)點部分采用內(nèi)置協(xié)議棧的XBee—PRO模塊，網(wǎng)關(guān)部分采用S3C6410為MCU，采用Linux2.6系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

Zigbee路由節(jié)點由兩部分組成，zigbee路由器模塊以及超聲波檢測模塊，它們通過RS232接口連接，超聲波檢測模塊用來檢測車位信息，Zigbee路由器模塊用來上傳數(shù)據(jù)。無線網(wǎng)關(guān)包括ARM處理器模塊、Wi—Fi模塊、Zigbee協(xié)調(diào)器模塊。Zigbee協(xié)調(diào)器模塊上電后會組建ZigbeeMesh網(wǎng)，Zigbee路由器模塊可以自動檢測到協(xié)調(diào)器并建立連接關(guān)系，Mesh網(wǎng)

絡具有自動組織和不需要人工干預的特點。無線網(wǎng)關(guān)通過協(xié)調(diào)器向路由節(jié)點發(fā)送查詢命令，超聲波檢測模塊測得車位的狀態(tài)后，會通過路由器模塊自動選擇最佳的傳播路徑，將數(shù)據(jù)通過一跳或多跳傳輸?shù)絽f(xié)調(diào)器，即使路由節(jié)點和協(xié)調(diào)器距離比較遠，數(shù)據(jù)也可以通過中間路由器模塊的轉(zhuǎn)發(fā)到達協(xié)調(diào)器，因此系統(tǒng)對建網(wǎng)的布局要求不高。無線網(wǎng)關(guān)相當于數(shù)據(jù)路由器，將節(jié)點傳來的數(shù)據(jù)解析后分別發(fā)送至計算機以及智能終端，并保存至SQLite數(shù)據(jù)庫。車主以及停車場管理人員可以使用智能終端檢查停車場車位信息，根據(jù)導航進行停車。

2 系統(tǒng)硬件設計

2.1 嵌入式無線網(wǎng)關(guān)部分

嵌入式無線網(wǎng)關(guān)部分硬件電路如圖2所示。S3C6410核心板采用高密度6層板設計，它集成了256M DDR RAM，2GB的NOR Flash，256M Nand Flash存儲器，采用5V供電，在板實現(xiàn)CPU必需的各種核心電壓轉(zhuǎn)換。在CPU上運行的是Linux2.6操作系統(tǒng)。系統(tǒng)提供2路RS232，上位機可通過其中一路燒寫程序，配置工作參數(shù)，另一路用于和Zigbee協(xié)調(diào)器通信。 USB接口可以連接3G無線上網(wǎng)卡使系統(tǒng)可以升級為向公網(wǎng)服務器提交數(shù)據(jù)。擴展的SD_Card接口有兩個作用，一是給主CPU燒寫Linux系統(tǒng)。二是為了存儲較長時間的數(shù)據(jù)記錄文件。以太網(wǎng)接口可以用來與中控計算機通信，將各個路由節(jié)點的信息上傳到PC上供進一步的分析與顯示。掛接的Wi—Fi協(xié)調(diào)器用來與無線路由器相連，在布線復雜的情況下可以代替以太網(wǎng)線。此外還設計了系統(tǒng)狀態(tài)、網(wǎng)絡狀態(tài)、電源和3個LED用來實時監(jiān)視硬件的工作狀態(tài)，一個復位按鍵用來復位系統(tǒng)。硬件框圖如圖2所示。

2.2 Zigbee通信部分

本系統(tǒng)選用美國Digi公司的內(nèi)置協(xié)議棧的XBee—PRO模塊，XBee—PRO模塊的有效通信范圍在室外可以達到1 500 m的傳輸距離。XBee—PRO協(xié)調(diào)器模塊硬件由無線收發(fā)單芯片模塊、LM1117—3.3電壓轉(zhuǎn)換芯片、WRB2405隔離型DC/DC模塊、232串口、電源以及指示燈等組成，硬件電路如圖3所示。協(xié)調(diào)器和路由器在硬件上沒有差別，只不過運行的程序不同。

3 系統(tǒng)軟件設計

3.1 嵌入式無線網(wǎng)關(guān)部分

嵌入式網(wǎng)關(guān)部分主要包括數(shù)據(jù)查詢程序，WIFI與IP配置程序，BOA服務程序，數(shù)據(jù)包接收與解析程序，數(shù)據(jù)上傳程序，數(shù)據(jù)存儲程序。因為在ARM處理器運行著linux操作系

統(tǒng)，所以每一個把每個任務都建立一個單獨的線程，這樣可以更加有效的處理各個任務。尤其是在節(jié)點比較多的時候，多線程還可以保證查詢的實時性。系統(tǒng)主要程序結(jié)構(gòu)如圖3所示。

數(shù)據(jù)查詢程序會通過Zigbee協(xié)調(diào)器周期性輪流查詢各個節(jié)點的數(shù)據(jù)，節(jié)點收到查詢指令后會把節(jié)點數(shù)據(jù)通過Mesh網(wǎng)傳給嵌入式網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)會記錄逆節(jié)點數(shù)據(jù)到嵌入式數(shù)據(jù)庫

SOLITE中。除了周期性查詢，當用戶發(fā)起查詢指令后，網(wǎng)關(guān)會實時查詢數(shù)據(jù)。嵌入式網(wǎng)關(guān)與Zigbee通過串口進行數(shù)據(jù)傳輸，還可以通過串口發(fā)送配置命令。數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)存儲到外置SD卡上，用來保證有足夠的空間。嵌入式網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)會通過Socket實時的上傳到客戶端。

3.2 Zigbee協(xié)議數(shù)據(jù)幀

網(wǎng)關(guān)掛載的XBee—PRO協(xié)調(diào)器模塊在上電后會自動組網(wǎng)。XBee—PRO模塊具有空、睡眠、命令、發(fā)送和接收5種操作模式。每一種模式都有透明(AT)和應用程序接口(API)兩種操作模式。工作在AT模式時，XBee-PRO模塊具有替代串口線的作用，并以字節(jié)為單位操作各種數(shù)據(jù)。而當系統(tǒng)工作在API模式時，XBee—PRO模塊收發(fā)的所有數(shù)據(jù)均被包含在特定格式數(shù)據(jù)幀中。API方式包含的功能更全面并兼容AT指令，可以對XBee-PRO進行更加深層次的操作。所以對XBee的操作采用API方式。

工作在API方式時，XBee-PRO模塊收發(fā)的數(shù)據(jù)將被包含在特定格式的數(shù)據(jù)幀中。

本系統(tǒng)定義的路由器模塊發(fā)送車位狀態(tài)的API數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)如圖4所示。

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