基于物聯(lián)網(wǎng)的智能小區(qū)車位管理系統(tǒng)

1、基于物聯(lián)網(wǎng)的智能小區(qū)車位管理系統(tǒng)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人 項(xiàng)目成員 所在學(xué)院 電氣信息系 指導(dǎo)老師: 聯(lián)系電話 電子郵箱 填表日期 2014.6.8 簡介摘要本課題主要是構(gòu)建一個(gè)智能化的車位管理模擬系統(tǒng)，幫助各大停車場在節(jié)省資源的情況下做好車輛的引導(dǎo)與管理。本項(xiàng)目小組在“物聯(lián)網(wǎng)”的基礎(chǔ)上，以32位微控制器作為主機(jī)硬件平臺(tái)，使用非接觸式射頻卡作為每輛車的身份證，使用nrf24l01模擬zigbee作為無線通信模塊，通過32位微控制器作為控制中心模擬設(shè)計(jì)了一套小區(qū)智能管理車位系統(tǒng)。系統(tǒng)通過對(duì)車位信息進(jìn)行采集分析處理后，實(shí)現(xiàn)車輛識(shí)別，智能引導(dǎo)車輛，顯示車庫內(nèi)外信息，以及系統(tǒng)的安全預(yù)警等功能。從而真正實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能

2、管理。系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)如車庫內(nèi)的車位余量、實(shí)時(shí)剩余車位分布、車場溫度、是否有火情等實(shí)時(shí)信息的發(fā)布以及語音引導(dǎo)車輛出入庫。該系統(tǒng)可應(yīng)用于城市綜合停車管理、大型停車場管理、小區(qū)停車場管理等方面，具有很好地推廣前景及經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞：車位管理;物聯(lián)網(wǎng);射頻卡 abstractabstractthis design is about the intelligent parking system, to help the park to controlling and managing the automobiles. the system is based on the things of interne

3、t(which is short for toi).using the radio frequency card to recognizing the user. the communicating module is using the nrf24l01. the system can make the car recognition, leading car also printing the data after analyzing the information. also the system can ensure the safety of the automobiles. the

4、se make the whole system intelligent.with months of hard-working, we finish the perfect car controlling system. this design can achieve all of the fictions we expected. this system can be used in every parking system in city. and it can bring huge economic benefit for the country. keywords: iot;rf c

5、ard;intelligence parking system目錄1 項(xiàng)目概述11.1 立項(xiàng)依據(jù)11.2 課題研究的目的和意義11.3 國內(nèi)外研究狀況21.4 擬解決的主要問題22 方案的確定32.1 設(shè)計(jì)方案論證32.2 工作原理42.3 功能模塊簡介52.3.1 煙霧監(jiān)測模塊52.3.2 火焰監(jiān)測模塊52.3.3 溫度監(jiān)測模塊52.3.4 紅外監(jiān)測模塊52.3.5 物聯(lián)網(wǎng)信息共享模塊62.3.6 tft觸摸屏62.3.7 射頻卡門禁系統(tǒng)62.3.8 智能語音系統(tǒng)63 硬件設(shè)計(jì)73.1車位系統(tǒng)構(gòu)建73.1.1車位系統(tǒng)簡介73.1.2模塊分析及硬件選擇73.2上位機(jī)決策終端系統(tǒng)構(gòu)建103.2.

6、1上位機(jī)決策終端系統(tǒng)103.2.2模塊分析及硬件選擇114 軟件設(shè)計(jì)134.1設(shè)計(jì)思想134.2主要程序設(shè)計(jì)144.2.1車位監(jiān)測程序144.2.2無線通信程序145 系統(tǒng)調(diào)試165.1 開發(fā)工具的簡介165.2 硬件平臺(tái)的簡介185.3 系統(tǒng)測試195.3.1 測試目的195.3.2 測試設(shè)備195.3.3 測試內(nèi)容196 課題結(jié)論216.1 mcu設(shè)計(jì)選型216.2 物聯(lián)網(wǎng)的建立216.3 車場中控系統(tǒng)建立226.4 車位mcu的建立257 總結(jié)與展望271 項(xiàng)目概述1.1 立項(xiàng)依據(jù)隨著車輛的增加和停車位數(shù)量的缺少,停車難成為日趨嚴(yán)重的問題。并且往往投入大量的人力物力仍然無法有效的掌握具體

7、的車位情況，調(diào)度存在低效的問題。本研究小組希望能夠構(gòu)建一個(gè)智能化的車位管理的系統(tǒng)，幫助各大停車場在節(jié)省資源的情況下做好車輛的引導(dǎo)與管理。在與導(dǎo)師經(jīng)過仔細(xì)討論后，本課題研究小組經(jīng)探討決定結(jié)合學(xué)校所設(shè)題目，以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，使用32位微控制器作為主機(jī)控制中心，對(duì)小區(qū)內(nèi)的車位管理智能進(jìn)行系統(tǒng)性的研究。1.2 課題研究的目的和意義傳統(tǒng)的停車場，管理系統(tǒng)大多依靠人工登記。車位數(shù)量與車位的位置要靠人工掌握，很容易出現(xiàn)錯(cuò)誤信息的判斷，并且需要投入大量的人力物力，在車輛進(jìn)出高峰期經(jīng)常出現(xiàn)人力不足調(diào)度失效的情況，存在極大的安全隱患；在車輛數(shù)量的低谷時(shí)期又存在人員冗雜的問題。由于車場與車位間無法實(shí)現(xiàn)信息的在線更新，

8、車場缺乏統(tǒng)一管理。最重要的是，由于工作人員不能及時(shí)獲取車場的全部信息，一旦發(fā)生突發(fā)狀況，例如，火災(zāi)等，不能對(duì)突發(fā)狀況做出及時(shí)的處理，容易造成較大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。為了避免和解決這些問題，方便用戶的生活并且維護(hù)用戶的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全，亟待我們能夠構(gòu)建一個(gè)智能小區(qū)車位管理系統(tǒng)。本研究小組基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，開發(fā)智能車位管理系統(tǒng)，結(jié)合了無線傳輸，將車位信息收集整合傳送給車場的控制主機(jī)，控制主機(jī)通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析處理后，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行智能宏觀控制。系統(tǒng)將各個(gè)車位與車場聯(lián)系起來，互相提供實(shí)時(shí)信息，并且通過tft顯示屏輸出給系統(tǒng)管理人員和用戶。使車位系統(tǒng)的管理人員輕輕松松了解到車場內(nèi)的各種信息，如：車位剩

9、余情況，剩余車位的位置，車庫內(nèi)是否有火情，甚至是當(dāng)天的氣溫。這樣的智能化系統(tǒng)管理不僅節(jié)省了人力物力，還大大提高了車位的管理效率，并且使系統(tǒng)管理人員和用戶簡單明了的接收到車場的信息。方便了管理人員的管理，也為用戶找車位判斷是否停車提供了便利。智能車位管理大大節(jié)省了人力，即使是一個(gè)可容上千輛汽車的超大型車庫，通過其系統(tǒng)的管理也能做到井井有條，不再像單純的人工管理那樣費(fèi)時(shí)費(fèi)力。智能車位管理系統(tǒng)，作為一個(gè)時(shí)代的產(chǎn)物，不僅可以推動(dòng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，更能提高人們的生活質(zhì)量，其研究意義非同凡響。在節(jié)能減排的號(hào)召下，智能車位管理系統(tǒng)可以輔助減少車輛尾氣的排放，很好的回應(yīng)了黨的走環(huán)保的建設(shè)路線的方針。1.3 國內(nèi)外研

10、究狀況目前市場上的相對(duì)先進(jìn)的停車場管理系統(tǒng)配置大部分實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距ic卡的讀取，車輛出入感應(yīng)，攝像監(jiān)控等功能。在一定程度上實(shí)現(xiàn)了停車場的監(jiān)控與管理。但是對(duì)于車輛缺乏智能引導(dǎo)和有效管理，用戶消耗大量時(shí)間尋找車位。若在停車高峰期，車場在車輛擁堵時(shí)無法給出有效的解決方案。因此，針對(duì)于目前越來越嚴(yán)重的車位緊缺、車位浪費(fèi)等情況，這樣的管理系統(tǒng)并不能有效解決。在國外，對(duì)于停車的問題的解決方案更加傾向于增加停車面積和減少停車數(shù)量上。例如，在日本，政府鼓勵(lì)經(jīng)營者多建立體停車場；在英國、意大利等歐洲國家，用戶先在網(wǎng)上預(yù)訂車位，再?zèng)Q定是否開車出行。這些措施并不適應(yīng)我國人口眾多的情況。并且對(duì)于單一確定的車場管理也缺乏有

11、效方案，其管理的重點(diǎn)在于用戶的個(gè)人素質(zhì)上。所以針對(duì)停車場問題，我國需要自主開發(fā)一套合理有效的閉環(huán)控制系統(tǒng)。新興的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，就是對(duì)一個(gè)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部全面獲取數(shù)據(jù)，進(jìn)行調(diào)控的閉環(huán)控制系統(tǒng)。在國外物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也僅是嘗試性的運(yùn)用在物流管理、超市等領(lǐng)域。而在國內(nèi)，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用仍幾乎是空白。 因此將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用于車輛管理方面的仍然很少。1.4 擬解決的主要問題本小組基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能車位管理系統(tǒng)主要解決以下問題：1) 實(shí)現(xiàn)用戶車位查詢、停車場車位具體位置、環(huán)境參數(shù)等信息實(shí)時(shí)上傳。2) 車輛身份自動(dòng)識(shí)別認(rèn)證、停車路線交付并引導(dǎo)等“無人化”管理。3) 將物聯(lián)網(wǎng)無線通訊技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、嵌入式技術(shù)、語音播報(bào)引導(dǎo)

12、等技術(shù)綜合運(yùn)用在一起。292 方案的確定2.1 設(shè)計(jì)方案論證一、 開發(fā)板的選擇stm32微控制器：該開發(fā)板是32位arm-cortex單片機(jī)，具有大量引腳可外接大量外設(shè)，功能強(qiáng)大；時(shí)鐘最高可達(dá)72mhz，運(yùn)行速度快；功耗小，易于安裝；c語言編程操作簡單。缺點(diǎn)價(jià)格較高。mcs-51：該開發(fā)板是8位單片機(jī)，體積小易于攜帶，功耗低；價(jià)格低廉使用范圍廣；c語言編程操作簡單。其缺點(diǎn)是管腳太少，若外掛模塊則容易發(fā)生混亂。在經(jīng)過討論后本課題小組決定使用32位微控制器stm32f103神州ii號(hào)開發(fā)板。選用32位微控制器，首先確保智能車位系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，以及各無線模塊的穩(wěn)定通訊；再者車場功能復(fù)雜需要外接大量外

13、設(shè)，便于系統(tǒng)的開發(fā)；mcs-51因?yàn)樾阅芟拗普饾u被淘汰，選用32位微控制器也大大延長了系統(tǒng)被淘汰的時(shí)間。二 通信模塊的選擇zigbee模塊：使用規(guī)范的zigbee通信協(xié)議，低功耗，網(wǎng)絡(luò)容量大，有保密協(xié)議，信息傳輸精確。缺點(diǎn)是，價(jià)格較高，開發(fā)難度較大。nrf24l01模塊：價(jià)格低廉，開發(fā)簡單，易于操作。但是nrf24l01射頻芯片自身沒有集成任何協(xié)議，其信息傳輸方式為幅散式信息傳播，所以基于nrf24l01模塊的無線通信需要自定義通信協(xié)議來使用，控制的方式也有很多種。當(dāng)然，通過編程可以模擬實(shí)現(xiàn)zigbee協(xié)議來進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)一套基于nrf24l01模塊的模擬zigbee無線通信系統(tǒng)。在經(jīng)過討論

14、后本小組決定暫時(shí)使用nrf24l01模擬無線zigbee無線模塊。本系統(tǒng)采用32位微控制器開發(fā)板作為總控平臺(tái)，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為系統(tǒng)支撐，nrf24l01模塊作為信息交換的通道。通過各個(gè)模塊之間的信息交互與數(shù)據(jù)判斷來執(zhí)行各種指令，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與外界的交流。工程模型如下圖2-1所示圖2-1系統(tǒng)模型框圖2.2 工作原理在本系統(tǒng)中，采用兩塊32位微控制器f103作為控制總機(jī)。多個(gè)車位即為一個(gè)信息交互的終端，在車位進(jìn)口處我們設(shè)置了紅外二極管作為感知車輛進(jìn)出車位的信息收集處，當(dāng)有車輛進(jìn)出車位時(shí)，紅外模塊向車位處的車位控制總機(jī)發(fā)送信息，而接收到紅外模塊信息的車位總機(jī)向nrf24l01無線模塊發(fā)送數(shù)據(jù)。接收到數(shù)據(jù)

15、的nrf24l01再將信息發(fā)送給車場大門處的上位機(jī)決策終端進(jìn)行判斷后，將已確認(rèn)的天氣，溫度，剩余車位信息顯示在tft液晶上，并令上位機(jī)決策終端執(zhí)行后續(xù)工作。當(dāng)有車輛進(jìn)入車位前，tft顯示屏顯示當(dāng)前剩余車位分布情況，并且對(duì)此車輛進(jìn)行導(dǎo)航。當(dāng)有車輛入庫后，放置在門口的紅外二極管檢測到信號(hào)并發(fā)送給上位機(jī)決策終端，根據(jù)已有的數(shù)據(jù)比較及修改。當(dāng)車場內(nèi)的車位未滿時(shí)，上位機(jī)決策終端控制阻攔桿抬起，并將信息通過nrf24l01發(fā)送給車位處的車位控制總機(jī)，亮起路燈為車輛導(dǎo)航。若車場內(nèi)的車輛已滿，大門處的上位機(jī)決策終端不發(fā)送相關(guān)信息。所有車場內(nèi)的實(shí)時(shí)信息顯示在tft液晶顯示屏上。2.3 功能模塊簡介2.3.1 煙

16、霧監(jiān)測模塊煙霧監(jiān)測模塊，用來檢測車庫內(nèi)是否存在易燃?xì)怏w。每一個(gè)車位都安裝了一個(gè)煙霧監(jiān)測模塊。當(dāng)煙霧檢測模塊，檢測到有可燃?xì)怏w就會(huì)給車位控制主機(jī)給出預(yù)警信號(hào)。車位控制主機(jī)通過無線通訊向上位機(jī)綜合決策終端提出預(yù)警。智能小區(qū)車位系統(tǒng)采取預(yù)警措施，并在tft屏上顯示災(zāi)害情況。2.3.2 火焰監(jiān)測模塊火焰監(jiān)測模塊用來檢測車場內(nèi)的火災(zāi)?；鹧?zhèn)鞲衅髂K被安裝在每一個(gè)車位上確?；馂?zāi)能夠精確預(yù)警。當(dāng)火焰監(jiān)測模塊檢測到火災(zāi)，其輸出引腳的電位由高電位變?yōu)榈碗娢?，給車位控制總機(jī)送出預(yù)警信號(hào)。車位控制總機(jī)通過無線通訊向上位機(jī)綜合決策終端提出預(yù)警。智能小區(qū)車位系統(tǒng)采取預(yù)警措施，在tft屏上顯示火災(zāi)情況，協(xié)助工作人員控制火

17、災(zāi)。2.3.3 溫度監(jiān)測模塊溫度監(jiān)測模塊，用來檢測當(dāng)天的溫度。溫度傳感器模塊被安裝在車場的出入口處。溫度檢測模塊通過對(duì)監(jiān)測到的溫度的模擬量信息進(jìn)行數(shù)字化處理，轉(zhuǎn)化成數(shù)字信息輸出到上位機(jī)決策終端，并通過安裝在出入口處的tft屏進(jìn)行顯示。為用戶提供天氣信息，方便用戶外出車場后的著裝等。實(shí)現(xiàn)車場使用智能化和人性化。2.3.4 紅外監(jiān)測模塊紅外監(jiān)測采用的是紅外感器。當(dāng)檢測到前方有障礙物，其輸出引腳由高電位變?yōu)榈碗娢幌蚩刂浦鳈C(jī)送出處理信號(hào)，控制主機(jī)進(jìn)行處理。系統(tǒng)中紅外監(jiān)測模塊主要有兩個(gè)主要的功能。一、在車場出入口處安裝紅外監(jiān)測模塊，用來檢測車位是否有車輛要進(jìn)入車場。假設(shè)有車輛要進(jìn)入車場，紅外監(jiān)測模塊給上

18、位機(jī)決策終端送出決策信號(hào)后，上位機(jī)進(jìn)行決策處理。二、在車位處安裝紅外監(jiān)測模塊，監(jiān)測車場的停車信息，實(shí)現(xiàn)車場的車位信息的在線顯示，并通過安裝在出入口處的tft屏進(jìn)行顯示。2.3.5 物聯(lián)網(wǎng)信息共享模塊 本系統(tǒng)采用nrf2401作為信息的共享模塊，模擬zigbee協(xié)議進(jìn)行無線信息傳輸。當(dāng)車位控制總機(jī)接收到了外接的各種器件發(fā)出的實(shí)時(shí)信息，進(jìn)行處理后便通過nrf24l01無線模塊向位于上位機(jī)決策終端發(fā)送信息。上位機(jī)將信息匯聚后，進(jìn)行統(tǒng)一操作，并將實(shí)時(shí)信息顯示在tft屏。2.3.6 tft觸摸屏 上位機(jī)對(duì)系統(tǒng)信息綜合處理后，由上位機(jī)向tft發(fā)送信號(hào)，顯示車位信息，溫度信息，以及火災(zāi)等安全預(yù)警信息。tft

19、屏是該系統(tǒng)的一個(gè)人機(jī)交互的窗口，方便系統(tǒng)工作人員和用戶對(duì)系統(tǒng)信息進(jìn)行宏觀把握。2.3.7 射頻卡門禁系統(tǒng) 本系統(tǒng)采用射頻技術(shù)，可完成對(duì)射頻卡的識(shí)別，讀取與寫入功能。當(dāng)系統(tǒng)識(shí)別是小區(qū)業(yè)主時(shí)可向抬桿機(jī)發(fā)送指令抬桿放行。若不是本小區(qū)的業(yè)主則不允許進(jìn)入?；谏漕l卡的讀寫功能，還可以在后續(xù)開發(fā)中加入按時(shí)計(jì)費(fèi)功能，當(dāng)用戶進(jìn)入車場時(shí)記錄時(shí)間，離開車場時(shí)記錄時(shí)間。根據(jù)停車時(shí)間進(jìn)行收費(fèi)。也可以直接從卡中的預(yù)存金額中扣除費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)無紙化辦公。2.3.8 智能語音系統(tǒng) 智能語音運(yùn)用語音模塊可根據(jù)車場當(dāng)前情況實(shí)現(xiàn)播報(bào)剩余車位數(shù)，距離您最近的車位號(hào)，引導(dǎo)您進(jìn)入車位等功能。方便業(yè)主停車，提高停車效率。3 硬件設(shè)計(jì)3.1車

20、位系統(tǒng)構(gòu)建3.1.1車位系統(tǒng)簡介智能小區(qū)車位系統(tǒng)具體分為車輛信息監(jiān)測模塊，射頻卡模塊，智能語音模塊，災(zāi)情預(yù)警模塊和無線通信模塊。其功能主要是能過對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部的車輛信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，對(duì)災(zāi)情進(jìn)行可靠安全預(yù)警，并且無線模塊將車位系統(tǒng)與上位機(jī)決策終端聯(lián)系起來，將采集起來的信息發(fā)送給上位機(jī)進(jìn)行匯總處理。圖3-1車位系統(tǒng)框圖3.1.2模塊分析及硬件選擇1) 車輛信息監(jiān)測模塊(1) 車輛信息監(jiān)測模塊簡介 為了實(shí)現(xiàn)車輛信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測和車位信息的有效把握，要求車位系統(tǒng)上的車輛信息監(jiān)測模塊能夠及時(shí)有效的向車位系統(tǒng)反饋整個(gè)車輛信息。因此在傳感器選取上應(yīng)遵循物體監(jiān)測敏感準(zhǔn)確，安裝簡單快捷，價(jià)格便宜的原則。并且因?yàn)閭鞲衅?/p>

21、需要長時(shí)開啟，所以要求傳感器功耗不宜過高。(2) 車輛信息監(jiān)測模塊的設(shè)備選擇根據(jù)車輛信息監(jiān)測模塊的要求，本課題小組經(jīng)過討論選擇了e18-d80nk-n紅外傳避障傳感器。e18-d80nk-n 這是一種集發(fā)射與接收于一體的光電傳感器，發(fā)射光經(jīng)過調(diào)制后發(fā)出，接收頭對(duì)反射光進(jìn)行解調(diào)輸出。檢測障礙物的距離可以根據(jù)要求通過尾部的電位器旋鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)無車輛經(jīng)過時(shí)輸出引腳輸出高電平，檢測到車輛時(shí)輸出引腳立刻輸出低電平，發(fā)出處理信號(hào)。圖3-2 e18-d80nk-n原理圖2) 災(zāi)情預(yù)警模塊(1) 災(zāi)情預(yù)警模塊簡介 作為一個(gè)智能的小區(qū)車位控制系統(tǒng)，不光能夠?qū)囄贿M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，還要隨時(shí)監(jiān)視車場內(nèi)部是否有突發(fā)狀況

22、，例如火災(zāi)。假如發(fā)生突發(fā)狀況，應(yīng)迅速采取應(yīng)急預(yù)案。因此災(zāi)情監(jiān)測模塊，要求對(duì)車場內(nèi)部的災(zāi)情進(jìn)行監(jiān)管。當(dāng)有火災(zāi)時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)。并且監(jiān)管模塊也需要對(duì)災(zāi)情的嚴(yán)重程度進(jìn)行監(jiān)管。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，對(duì)車場內(nèi)的可燃?xì)怏w也進(jìn)行監(jiān)控。從而協(xié)助工作人員控制火情，以及保護(hù)工作人員的生命安全，減少用戶的財(cái)產(chǎn)損失。(2) 災(zāi)情預(yù)警模塊的設(shè)備的選擇 災(zāi)情預(yù)警模塊主要要實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)的監(jiān)測和對(duì)可燃?xì)怏w的監(jiān)測。所以主要使用火焰?zhèn)鞲衅骱蜔煾袀鞲衅鳌? 火焰?zhèn)鞲衅鞅拘〗M選用的火焰?zhèn)鞲衅魇腔趕tc12c5a60s2開發(fā)的火焰?zhèn)鞲衅?，為開關(guān)量傳感器，操作簡單，僅有一路輸出。并且感應(yīng)靈敏。2 煙感傳感器煙感傳感器選用mq系列氣體傳感器。mq-

23、2/mq-2s氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(sno2)。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。圖3-3 mq-2原理圖3) 無線通信模塊無線通信模塊是智能小區(qū)車位系統(tǒng)的信息采集與信息處理之間的橋梁。將整個(gè)系統(tǒng)聯(lián)系到一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)中。這也是本小組基于物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)該系統(tǒng)的關(guān)鍵。這就要求系統(tǒng)傳輸?shù)臒o線信息能夠可靠的傳遞。無線通信模塊采用nrf2401作為傳輸芯片。nrf2401 是單片射頻收發(fā)芯片，工作于2.42.5ghz ism 頻段，芯片內(nèi)置頻率合成器、功

24、率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。芯片能耗非常低。能模擬zigbee協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)無線傳輸，確保數(shù)據(jù)可靠傳輸。圖3-3 nrf2401電路圖4) 射頻卡模塊 射頻卡是一種成本低，可靠性高的數(shù)據(jù)傳輸媒介。可以高效安全的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。本小組采用的是rc522芯片。mf rc522是應(yīng)用于13.56mhz非接觸式通信中高集成度的讀寫卡芯片，是一款低電壓、低成本、體積小的非接觸式讀寫卡芯片，是智能儀表和便攜式手持設(shè)備研發(fā)的較好選擇。 mf rc522利用了先進(jìn)的調(diào)制和解調(diào)概念，完全集成了在13.56mhz下所有類型的被動(dòng)非接觸式通信方式和協(xié)議。支持14443

25、a兼容應(yīng)答器信號(hào)。數(shù)字部分處理iso14443a幀和錯(cuò)誤檢測。此外，還支持快速crypto1加密算法，用語驗(yàn)證mifare系列產(chǎn)品。它與主機(jī)間通信采用spi模式，有利于減少連線，縮小pcb板體積，降低成本。5) 語音模塊 用于語音播報(bào)，對(duì)業(yè)主進(jìn)行語音引導(dǎo)，方便業(yè)主停車，提高停車效率。3.2上位機(jī)決策終端系統(tǒng)構(gòu)建3.2.1上位機(jī)決策終端系統(tǒng) 上位機(jī)決策終端系統(tǒng)是整個(gè)車位管理系統(tǒng)的控制中心。該系統(tǒng)會(huì)對(duì)從車位系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合的整理分析。通過處理后，其反饋信息會(huì)通過tft屏顯示出來。該系統(tǒng)應(yīng)包括車輛出入模塊，顯示模塊，災(zāi)情預(yù)警模塊和無線通信模塊等。圖3-4 上位機(jī)決策終端框圖3.2.2模塊分析及

26、硬件選擇1) 車輛出入模塊 1）車輛出入模塊簡介車輛出入模塊是在結(jié)合車場內(nèi)車輛信息，即車場內(nèi)是否仍有車位，判斷是否允許到來的車輛進(jìn)入車場停車。當(dāng)有車位時(shí)使能電機(jī)，車場抬桿抬起允許車輛進(jìn)入車場。2)車輛出入模塊的設(shè)備選擇1 紅外避障傳感器在車輛出入模塊中同樣選用了e18-d80nk-n紅外傳避障傳感器。因?yàn)樵诔鋈肟谔幫瑯有枰`敏檢測是否有車輛用過，提高工作效率，避免造成停車高峰期車輛擁堵的情況。2 抬桿電機(jī) 當(dāng)上位機(jī)允許車輛進(jìn)入停車場時(shí)，上位機(jī)就使能電機(jī)，抬桿抬起放行車輛。但是上位機(jī)并不是直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)的，而是通過一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊lm298，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的穩(wěn)定控制。圖3-5 lm298原理圖2) 顯示

27、模塊(1) 顯示模塊簡介顯示模塊是系統(tǒng)的一個(gè)人機(jī)交互窗口。當(dāng)上位機(jī)將車位系統(tǒng)發(fā)送過來的信息集中出來后，呈現(xiàn)到顯示屏上。這也是系統(tǒng)對(duì)車位信息，災(zāi)情預(yù)警，實(shí)時(shí)溫度，車輛引導(dǎo)的直接體現(xiàn)。為系統(tǒng)管理人員的管理和用戶的使用提供極大的便利。(2) 顯示模塊設(shè)備選擇 系統(tǒng)通過外接一個(gè)tft顯示屏，實(shí)現(xiàn)屏幕顯示。圖3-6 tft顯示屏幕原理圖3) 災(zāi)情預(yù)警模塊 上位機(jī)決策系統(tǒng)中的災(zāi)情預(yù)警模塊是通過蜂鳴器預(yù)警和tft顯示預(yù)警的結(jié)合。當(dāng)上位機(jī)決策系統(tǒng)接受到來自車位系統(tǒng)的火災(zāi)預(yù)警信號(hào)后，上位機(jī)使能蜂鳴器，使蜂鳴器發(fā)出預(yù)警警報(bào)；同時(shí)在在tft顯示屏上顯示發(fā)生火災(zāi)的車位以及有無可燃?xì)怏w信息。為系統(tǒng)管理人員迅速把握火情提

28、供充分的有效的信息。為用戶迅速逃生找到明確的道路。4) 無線通信模塊此處的無線通信模塊和車位系統(tǒng)的通信模塊功能相同。只不過此處僅設(shè)置成接收模式。4 軟件設(shè)計(jì)4.1設(shè)計(jì)思想此智能車位管理系統(tǒng)基于32位微控制器平臺(tái)研發(fā)，以32位微控制器f103為控制總機(jī)，以紅外傳感器，火焰?zhèn)鞲衅?，溫度傳感器，煙霧傳感器等作為主要的信息采集模塊，將采集的信息通過nrf2401無線傳輸給上位機(jī)，并進(jìn)行輸出顯示，若采集值大于預(yù)設(shè)值，則報(bào)警、顯示。車位出與車場出口處的控制總機(jī)通過nrf24l01進(jìn)行信息交流。對(duì)車位，車場內(nèi)的引導(dǎo)以及tft顯示屏進(jìn)行控制。4-1 程序整體流程圖4.2主要程序設(shè)計(jì)4.2.1車位監(jiān)測程序系統(tǒng)在

29、車位監(jiān)測模塊使用的是e18-d80nk-n傳感器。當(dāng)傳感器的輸出引腳初始狀態(tài)是高電平。當(dāng)傳感器檢測到車輛時(shí)，輸出引腳輸出由高電平變?yōu)榈碗娖?。若一直檢測到車輛，則保持低電平輸出并一直維持工作狀態(tài)。該傳感器在車場中大量分布，若一直處于工作狀態(tài)，其能量消耗巨大。與目前倡導(dǎo)的綠色環(huán)保，節(jié)能減排的口號(hào)相違背。并且增加企業(yè)的運(yùn)營系統(tǒng)的成本。為了克服這個(gè)難題，本小組研究討論了如下車位監(jiān)測方法及算法。首先，更改傳感器的工作位置。將傳感器由原來的放置在車位的頂部，換置到車位的入口處。讓傳感器僅在車輛進(jìn)入車位和離開車位的時(shí)候監(jiān)測到車輛，平時(shí)處于待機(jī)狀態(tài)。然后，本小組以此構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，并對(duì)傳感器檢測到車輛進(jìn)行計(jì)數(shù)，

30、設(shè)計(jì)數(shù)變量為a。假設(shè)第一次進(jìn)入車位并且傳感器檢測到車輛，計(jì)數(shù)變量記為1；當(dāng)?shù)谝淮坞x開車位并且傳感器檢測到車輛，計(jì)數(shù)變量記為2；當(dāng)?shù)诙芜M(jìn)入車位并且傳感器檢測到車輛，計(jì)數(shù)變量記為3；當(dāng)?shù)诙坞x開車位并且傳感器檢測到車輛，計(jì)數(shù)變量記為4，以此類推。本小組發(fā)現(xiàn)只要是進(jìn)入車位計(jì)數(shù)變量都為奇數(shù)，而離開車位計(jì)數(shù)變量都為偶數(shù)。4.2.2無線通信程序無線通信是整個(gè)系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，是車位系統(tǒng)和上位機(jī)決策系統(tǒng)信息交互的橋梁。所以確保無線通信準(zhǔn)確可靠就顯得十分重要。并且由于系統(tǒng)運(yùn)行龐大，為了優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行效率，所以在確保信息傳輸準(zhǔn)確可靠的同時(shí)提高信息傳輸?shù)膬r(jià)值，避免傳送無效信息。減少無效信息傳送也從一定程度上

31、降低了系統(tǒng)的能耗，減少企業(yè)的運(yùn)營成本。為確保nrf2401每次傳輸?shù)亩际怯行畔?，在程序中設(shè)計(jì)了兩個(gè)緩沖數(shù)組變量，tmp_buff10和tmp_buff110。tmp_buff10是用來存放nrf2401發(fā)送緩沖寄存器中的數(shù)據(jù)，tmp_buff110是用來存放nrf2401上一次發(fā)送緩沖寄存器中的數(shù)據(jù)。每一次要進(jìn)行無線傳輸時(shí)，都要先比較兩個(gè)緩沖數(shù)組變量中的數(shù)據(jù)是否相同。若相同，即nrf2401發(fā)送的是無效數(shù)據(jù)，則nrf2401不發(fā)送數(shù)據(jù)；若不相同，即nrf2401發(fā)送的是有效數(shù)據(jù)，則nrf2401發(fā)送數(shù)據(jù)。系統(tǒng)調(diào)試5 系統(tǒng)調(diào)試5.1 開發(fā)工具的簡介2009年2月發(fā)布keil vision4，k

32、eil vision4引入靈活的窗口管理系統(tǒng)，使開發(fā)人員能夠使用多臺(tái)監(jiān)視器，并提供了視覺上的表面對(duì)窗口位置的完全控制的任何地方。新的用戶界面可以更好地利用屏幕空間和更有效地組織多個(gè)窗口，提供一個(gè)整潔，高效的環(huán)境來開發(fā)應(yīng)用程序。新版本支持更多最新的arm芯片，還添加了一些其他新功能。 2011年3月arm公司發(fā)布最新集成開發(fā)環(huán)境realview mdk，開發(fā)工具中集成了最新版本的keil uvision4，其編譯器、調(diào)試工具實(shí)現(xiàn)與arm器件的最完美匹配。keil 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語言的優(yōu)勢。 與匯編相比，c語言在功能

33、上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用c來開發(fā)，體會(huì)更加深刻。keil 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全windows界面。j-link：j-link是segger公司為支持仿真arm內(nèi)核芯片推出的jtag仿真器。配合iar ewar，ads，keil，winarm，realview等集成開發(fā)環(huán)境支持所有arm7/arm9/arm11內(nèi)核芯片的仿真，通過rdi接口和各集成開發(fā)環(huán)境無縫連接，操作方便、連接方便、簡單易學(xué)，是學(xué)習(xí)開發(fā)arm最好最實(shí)用的開發(fā)工具。圖5-1 j-link實(shí)物圖 圖5-2 keil vison4 集成開發(fā)環(huán)境界面

34、32位微控制器開發(fā)板是arm 技術(shù)論壇開發(fā)的一款基于32位微控制器f103vct6 的開發(fā)板，面向企業(yè)和廣大愛好者，開發(fā)板功能強(qiáng)大，外圍資源齊全，例程豐富。在線功能：arm技術(shù)論壇除了提供最新版本ide的下載，還包含了32位微控制器社區(qū)論壇、最新示例項(xiàng)目代碼的應(yīng)用資源頁、在線培訓(xùn)模塊、工具大全以及知識(shí)庫等內(nèi)容，為32位微控制器平臺(tái)提供了豐富的在線資源。5.2 硬件平臺(tái)的簡介32位微控制器f1系列屬于中低端的32位arm微控制器，該系列芯片是意法半導(dǎo)體（st）公司出品，其內(nèi)核是cortex-m3。芯片集成定時(shí)器，can，adc，spi，i2c，usb，uart，等多種功能。其內(nèi)核是arm 32位

35、的cortex-m3，最高72mhz工作頻率，在存儲(chǔ)器的0等待周期訪問時(shí)可達(dá)1.25dmips/mhz（dhrystone2.1）。算法采用單周期乘法和硬件除法。其存儲(chǔ)器為從32k到512k字節(jié)的閃存程序存儲(chǔ)器（32位微控制器f103xxxx中的第二個(gè)x表示flash容量，其中：“4”=16k，“6”=32k，“8”=64k，b=128k，c=256k，d=384k，e=512k）。并含有最大64k字節(jié)的sram。使用2.0-3.6v供電和i/o引腳，內(nèi)置上電/斷電復(fù)位（por/pdr）、可編程電壓監(jiān)測器（pvd）以及4-16mhz晶振振蕩器。內(nèi)嵌經(jīng)出廠調(diào)教的8mhz的rc振蕩器和帶校準(zhǔn)的40

36、khz的rc振蕩器；產(chǎn)生cpu時(shí)鐘的pll；帶校準(zhǔn)的32khz的rc振蕩器。在低功耗要求方面有睡眠、停機(jī)和待機(jī)等低功耗模式，斷電后vbat為rtc和后備寄存器供電。內(nèi)有2個(gè)12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間為1us（多達(dá)16個(gè)輸入通道），轉(zhuǎn)換范圍為03.6v。采用雙采樣和保持功能，并內(nèi)置溫度傳感器。在數(shù)據(jù)傳輸方面內(nèi)含2個(gè)dma控制器，共12個(gè)dma通道：dma1有7個(gè)通道，dma2有5個(gè)通道?？芍С忠韵峦庠O(shè)：定時(shí)器、adc、spi、usb、iic和usart。開發(fā)板包含多達(dá)112個(gè)快速i/o端口(僅z系列有超過100個(gè)引腳)，26/37/51/80/112個(gè)i/o口，所有i/o口一塊映像到16個(gè)外部中

37、斷；幾乎所有的端口均可容忍5v信號(hào)。此類開發(fā)板的調(diào)試模式為串行單線調(diào)試（swd)和jtag接口，并含有多達(dá)8個(gè)定時(shí)器；3個(gè)16位定時(shí)器，每個(gè)定時(shí)器有多達(dá)4個(gè)用于輸入捕獲/輸出比較/pwm或脈沖計(jì)數(shù)的通道和增量編碼器輸入。包含1個(gè)16位帶死區(qū)控制和緊急剎車，用于電機(jī)控制的pwm高級(jí)控制定時(shí)器。另外還內(nèi)置2個(gè)看門狗定時(shí)器（獨(dú)立的和窗口型的）以及系統(tǒng)時(shí)間定時(shí)器：24位自減型計(jì)數(shù)器。除i/o口以外還集成了多達(dá)9個(gè)通信接口：2個(gè)i2c接口(支持smbus/pmbus)；3個(gè)usart接口（支持iso7816接口，lin，irda接口和調(diào)制解調(diào)控制）；2個(gè)spi接口(18m位/秒）；1個(gè)can接口（2.0

38、b主動(dòng)）；1個(gè)usb 2.0全速接口。5.3 系統(tǒng)測試5.3.1 測試目的本系統(tǒng)是在32位微控制器的平臺(tái)上開發(fā)的，擴(kuò)展了一些硬件配置，最終設(shè)計(jì)完成 了“基于物聯(lián)網(wǎng)的智能小區(qū)車位管理系統(tǒng)”。為了使該系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，正常發(fā)揮它所具有的功能?，F(xiàn)將進(jìn)行一系列的功能測試，進(jìn)而找到該系統(tǒng)的不足及需要進(jìn)一步完善的部分，從而為該系統(tǒng)的功能夠更加完善提供一個(gè)理論依據(jù)。使這個(gè)系統(tǒng)的功能夠更加理想化、人性化。5.3.2 測試設(shè)備1) 配置好編譯環(huán)境的pc機(jī)一臺(tái)2) 32位微控制器vct6微控制器模塊3) 各模塊傳感器4) tft觸摸液晶屏等。l 開發(fā)系統(tǒng)平臺(tái)板: 1) 各模塊傳感器的連接2) 串口與zigbee模

39、塊的連接。l pc機(jī)：1) 連接32位微控制器vct6。5.3.3 測試內(nèi)容1) 硬件測試1 硬件測試內(nèi)容將系統(tǒng)的各硬件設(shè)備連接起來，檢查系統(tǒng)有無電路錯(cuò)誤，避免出現(xiàn)短路、斷路等情況。然后檢查傳感器與開發(fā)板相連的引腳是否有問題。查看手冊確定傳感器的輸出電壓等級(jí)，與開發(fā)板相應(yīng)引腳是否匹配，避免燒毀開發(fā)板。最后確定系統(tǒng)設(shè)備能否正常運(yùn)行。2 硬件測試結(jié)果通過電路檢查，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)無電路錯(cuò)誤。查閱相關(guān)資料后，得出傳感器輸出引腳為5v，與開發(fā)板相連的相關(guān)引腳都為兼容引腳（ft），傳感器與開發(fā)板能安全連接。并且系統(tǒng)連接后，系統(tǒng)各設(shè)備能夠正常運(yùn)行。2) 無線通信測試1 無線通信測試內(nèi)容為了確保系統(tǒng)采集的信息能夠可

40、靠準(zhǔn)確的信息，本小組對(duì)無線通信的內(nèi)容進(jìn)行了監(jiān)測。同時(shí)為了保證nrf2401發(fā)送的都是有效信息，對(duì)無線通信的次數(shù)進(jìn)行了監(jiān)測。通過在程序加入usart通信模塊，將開發(fā)板通過串口線與pc機(jī)上的串口小助手相連。通過編寫程序printf(“%c”,tmp_buffi)將nrf2401發(fā)送的數(shù)據(jù)從串口小助手中顯示出來。2 無線通信測試結(jié)果通過監(jiān)測串口小助手的顯示數(shù)據(jù)，得出nrf2401發(fā)送的無線信息準(zhǔn)確可靠。并且能夠發(fā)送有效的信息。3) 各傳感器搜集信息和tft屏幕顯示及相關(guān)測試1 各傳感器搜集信息和tft屏幕顯示及相關(guān)測試內(nèi)容驗(yàn)證各傳感器是否能夠準(zhǔn)確的采集車場信息，同時(shí)查看tft顯示是否正確。模擬車位內(nèi)

41、的車輛進(jìn)出，查看系統(tǒng)的tft屏能否正確顯示車位信息。模擬火災(zāi)和可燃?xì)怏w情況，查看tft能否正確顯示火情狀況，并且查看上位機(jī)是否能夠觸發(fā)蜂鳴器警報(bào)。2 各傳感器搜集信息和tft屏幕顯示及相關(guān)測試結(jié)果測試結(jié)果通過模擬車輛進(jìn)出車位，發(fā)現(xiàn)tft顯示屏能夠正確顯示車位信息。并且當(dāng)模擬發(fā)生火災(zāi)時(shí)，tft顯示屏能夠正確顯示火災(zāi)情況，上位機(jī)能夠觸發(fā)蜂鳴器發(fā)出預(yù)警信號(hào)。因此各傳感器和tft顯示屏及相關(guān)設(shè)備能夠正常工作。5.4 系統(tǒng)運(yùn)行效果5.4.1 物聯(lián)網(wǎng)的建立在硬件設(shè)計(jì)方面考慮到成本等因素經(jīng)過討論后本小組暫定使用nrf24l01模擬無線zigbee無線模塊。本系統(tǒng)采用32位微控制器開發(fā)板作為總控平臺(tái)，以物聯(lián)網(wǎng)

42、技術(shù)作為系統(tǒng)支撐，nrf24l01模塊作為信息交換的通道。通過各個(gè)模塊間的信息交互與數(shù)據(jù)判斷來執(zhí)行各種指令，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與外界的交流。該模塊工圖5-3 nrf24l01實(shí)物圖作于2.4 ghz2.5 ghz ism頻段。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊，并融合了增強(qiáng)型shockburst技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。無線模塊功耗低，在以-6 dbm的功率發(fā)射時(shí)，工作電流也只有9 ma;接收時(shí)，工作電流只有12.3 ma，多種低功率工作模式（掉電模式和空閑模式）使節(jié)能設(shè)計(jì)更方便。在實(shí)現(xiàn)了通訊的通時(shí)有實(shí)現(xiàn)了低功耗，位車場今后的運(yùn)營節(jié)約了成本。5.4.2 車場中

43、控系統(tǒng)建立車場的主控mcu是我們的整個(gè)系統(tǒng)的信息與控制中樞，相當(dāng)于人的大腦。車場mcu在系統(tǒng)中起信息匯總、信息處理、信息顯示、數(shù)據(jù)采集識(shí)別、電機(jī)控制和語音播報(bào)等功能。其主要功能如下：信息匯總功能。將整個(gè)車場的車位信息、火情情況以及有無易燃?xì)怏w煙霧情況匯總在車場的lcd屏幕上予以顯示提醒司機(jī)哪里適合停車和天氣情況。同時(shí)還可以幫助車場管理人員進(jìn)行車場的安全管理。其顯示效果圖如下。圖5-4 車場mcu天氣、溫度、剩余車位數(shù)顯示圖圖5-5 車場mcu實(shí)時(shí)剩余車位分布顯示圖圖5-6 火情監(jiān)測顯示圖圖5-7 煙霧監(jiān)測顯示圖圖5-8 識(shí)別內(nèi)部人員圖射頻卡信息讀取。伴隨著射頻技術(shù)的發(fā)展射頻技術(shù)因其的低成本、安全性等因素迅速發(fā)展起來。本車場mcu通過射頻技術(shù)來獲取司機(jī)身份信息，進(jìn)而判斷是不是小區(qū)業(yè)主，達(dá)到智能門禁的效果。在后期開發(fā)中，可利用其讀寫功能進(jìn)行信息的寫入讀取，為改造成營業(yè)型車場計(jì)費(fèi)、計(jì)時(shí)打下基礎(chǔ)。 圖5-9 識(shí)別外部人員圖 驅(qū)動(dòng)抬桿器進(jìn)行