基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的停車位檢測系統(tǒng)

1、基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的停車位檢測系統(tǒng) 摘要 為了改善停車狀況日益惡化的情況，緩解交通壓力，實現(xiàn)停車場車輛的自動檢測和智能停車。本課題以停車場為研究背景，根據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)車輛檢測系統(tǒng)的實現(xiàn)原理，選擇超聲波傳感器作為車輛檢測方式，設(shè)計出一套基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的停車位檢測系統(tǒng)。本課題分析基于IEEE 802.15.4標準的各種Zigbee技術(shù)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，選擇最適合本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)以搭建無線網(wǎng)絡(luò)。設(shè)計多元化友好人機界面。同時對系統(tǒng)的硬件電路和軟件進行了詳細設(shè)計。試驗結(jié)果表明：系統(tǒng)能夠準確地判定當前的車位狀態(tài)。系統(tǒng)的實現(xiàn)將大大提高停車場內(nèi)部的停車效率，方便進入停車場的駕駛員根據(jù)當前車位使用情況選擇最佳停

2、車位，能夠為用戶提供更加人性化的服務(wù)，必將成為智能交通的重要部分。 關(guān)鍵詞 Zigbee；超聲波傳感器；車輛檢測 中圖分類號TP2 文獻標識碼 A 文章編號20956363（2016）04002902 隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，私家車的數(shù)量與日俱增，給城市的交通帶來了沉重的壓力。目前，停車場普遍存在以下問題：管理員不了解停車場內(nèi)停車位的占用情況，只能靠人工去勘察。駕駛員在場內(nèi)尋找空余車位時會占用出入主車道資源，造成交通擁堵。因此，設(shè)計一套能夠?qū)崟r監(jiān)測停車場車位占用情況的停車位檢測系統(tǒng)具有十分重要的意義。 國內(nèi)對停車位檢測的方法有基于機器視覺的圖像識別技術(shù)，紅外傳感技術(shù)等。葉卿等對基于機器視覺的停車位

3、檢測方法進行了研究；華南理工大學的何建華分析了采用磁阻檢測方式進行停車位檢測的可行性；鄭麗玲等對基于超聲波檢測方式的車輛檢測系統(tǒng)進行了研究；張足生等、彭燕介紹了基于ZigBee協(xié)議的無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，驗證了ZigBee技術(shù)是有效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)技術(shù)。 本系統(tǒng)使用超聲波傳感器在車位上進行車輛識別，再通過Zigbee網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸信息，其無線傳感器節(jié)點可實時地檢測各個車位的使用情況，讓進入停車場的泊車者能夠迅速了解停車場內(nèi)的情況并選擇最佳停車位，為用戶提供更加人性化的服務(wù)。 1系統(tǒng)總體設(shè)計方案 系統(tǒng)主要由傳感器檢測模塊、ZigBee模塊和上位機軟件模塊組成。該系統(tǒng)通過超聲波傳感

4、器獲得信息，即終端檢測節(jié)點檢測到停車位車輛的存在，從而判別車位狀態(tài)，經(jīng)路由節(jié)點的傳輸，信息匯聚到協(xié)調(diào)節(jié)點，在上位機上顯示停車位信息，總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。 整個停車位檢測系統(tǒng)的各組成部分功能如下： 1）傳感器檢測模塊由超聲波傳感器和相應(yīng)的信號處理電路構(gòu)成。主要負責停車位信息的采集，并將采集到的信息發(fā)送給路由節(jié)點。 2）ZigBee模塊由終端檢測節(jié)點、路由節(jié)點以及協(xié)調(diào)器節(jié)點組成。能夠?qū)⒔K端節(jié)點采集到的信息經(jīng)路由節(jié)點匯聚以后發(fā)送給協(xié)調(diào)器節(jié)點，再將總的信息通過串口通信發(fā)送給PC機。 3）上位機軟件能夠?qū)C機發(fā)送來的信息進行判斷處理。軟件需求分析包括車位狀態(tài)清晰顯示、網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的顯示、實時數(shù)據(jù)保存、

5、地圖重置等。 2系統(tǒng)硬件設(shè)計 系統(tǒng)硬件主要由PC機、協(xié)調(diào)器、路由設(shè)備、終端設(shè)備、超聲波傳感器等組成。路由節(jié)點主要完成數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送，主要由電源模塊、微處理器模塊組成；協(xié)調(diào)器負責數(shù)據(jù)的無線接收與發(fā)送，并通過串口通信模塊與PC相連接；終端節(jié)點加以傳感器檢測模塊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的功能。 2.1 US-100超聲波傳感器 US-100測距的工作原理主要是將模塊設(shè)定為串口觸發(fā)模式，在Trig/TX管腳輸入0X55（波特率9600），系統(tǒng)發(fā)出8個40KH6z的超聲波脈沖，然后檢測回波信號。系統(tǒng)根據(jù)檢測到回波信號所用的時間計算出與前方障礙物的距離值，另外模塊還要對當前溫度值進行測量，然后根據(jù)所測溫度對測距結(jié)

6、果進行校正，校正后的結(jié)果通過Echo/RX管腳輸出。輸出的距離值共2個字節(jié)（高8位HData與低8位LData），即距離值為（HData×256+LData）mm。 2.2 CC25 30微處理器 基于IEEE 802.15.4標準的Zigbee無線通信技術(shù)，由它形成的網(wǎng)絡(luò)必然涉及到射頻電路，CC2530微處理器的出現(xiàn)，極大簡化了射頻電路的設(shè)計，它已經(jīng)集成無線射頻功能。CC2530處于休眠模式時所具有的超低功耗使得一個以4節(jié)7號電池并聯(lián)供電的節(jié)點的持續(xù)工作時間能夠達到半年以上，因此無需經(jīng)常更換電池，保證了節(jié)點使用的長久性。 2.3電源模塊以及供電方式 終端檢測節(jié)點和路由節(jié)點采用4節(jié)7

7、號電池供電的方式，由于協(xié)調(diào)節(jié)點與PC通過USB通信，因此無需提供外部電源，只需利用PC機上的USB即可實現(xiàn)外部供電。 3系統(tǒng)軟件設(shè)計 3.1無線傳輸協(xié)議 為了使設(shè)計出的節(jié)點具有通用性，系統(tǒng)采用了TI公司開發(fā)的Z-stack協(xié)議棧，這個協(xié)議棧最明顯的特點是兼容性非常好。另外它還支持無線下載，通過Zigbee網(wǎng)絡(luò)，可以將程序以無線的方式下載到節(jié)點去。這里只需要使用已有的Z-stack協(xié)議棧即可。在協(xié)調(diào)節(jié)點上拷入CoordinatorEB-Pro，在路由結(jié)點上拷入RouterEBPro，在終端節(jié)點上拷入EndDeviceEB Pro。 3.2終端檢測節(jié)點程序設(shè)計 超聲波車位檢測程序流程圖如圖2所示。

8、1）對CC2530進行初始化，協(xié)調(diào)器以廣播方式建立網(wǎng)絡(luò)，終端以向協(xié)調(diào)器單播的方式加入網(wǎng)絡(luò)；2）CC2530組網(wǎng)成功之后，US-100開始工作，超聲波傳感器發(fā)出8個40KHZ的超聲波脈沖；3）終端檢測到有回波返回后，計算出車底盤到超聲波探頭的距離，并將計算出的距離值發(fā)送給終端節(jié)點；4）終端模塊收到距離值后，對返回的距離值進行判斷。設(shè)定距離300mm，若測量距離小于等于300mm，則認為該停車位上有車；若測量距離大于300mm，則認為該停車位上無車；5）終端模塊調(diào)用無線發(fā)送函數(shù)給協(xié)調(diào)器發(fā)送數(shù)據(jù)。若檢測的停車位上有車，發(fā)送字符1，若停車位上無車，發(fā)送字符0；6）協(xié)調(diào)器將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機軟件。

9、 3.3上位機軟件設(shè)計 在Visual C+6.0編程環(huán)境下，結(jié)合Access2007數(shù)據(jù)庫，利用C+程序語言編寫上位機檢測軟件。軟件可以直觀地觀察到系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲和車位狀態(tài)等。這里在各個車位圖上放上一個燈并初始化為綠色，燈由綠色變?yōu)榧t色時表示停車位被占用，相反，燈保持綠色則表示停車位空閑。 4試驗與結(jié)果分析 同時將4個終端檢測節(jié)點固定在停車位上，并在節(jié)點1與節(jié)點3上停靠汽車。運行上位機檢測軟件，測試系統(tǒng)能否正常工作，結(jié)果如圖3所示。 由上圖測試結(jié)果可知，節(jié)點1和節(jié)點3的狀態(tài)燈變?yōu)榧t色，表示上方有車輛停靠。故系統(tǒng)準確地檢測到1、3號停車位上車輛的存在。 5結(jié)論 基于IEEE 802.15.4標準的Zigbee技術(shù)設(shè)計出的停車位檢測