郭锐添
广东鼎华科技股份有限公司 广东佛山 528000
摘要：当前，我国车辆拥有数量急剧上升，传统的人工停车管理系统已无法满足人们的需求。基于此，笔者设计了一种自助停车的车位检测与控制系统，该系统能够检测停车位，并实现自助停车和移动支付的功能，具有良好的应用价值。
关键词：自助停车；车位检测；控制系统；设计
改革开放以来，我国社会经济得到了迅猛的发展，人们的生活水平日益提高，与此同时，汽车拥有数量也在不断上升，这导致了许多城市出现停车难的现象。而传统的停车管理系统存在排队时间长、车位难找等问题，已无法适应当前社会发展的需求，自助停车系统成为了停车管理系统的必然发展趋势。
1.停车位检测原理
车位锁控制电路采用超声波测距技术来实现停车位检测，超声波是一种频率高于20ｋＨｚ的声波信号，可以通过空气进行传播，具备方向性和良好的反射性ｍ。模块通过超声波发射探头Ｔ发射超声波信号，信号在空气介质中直线传播，当遇到障碍物或者被测物体时，产生反射，超声波接收探头Ｒ感应到反射信号并将其转换成电信号。已知超声波在空气中的传播速度为Ｆ，假设超声波信号的发射时间为接收时间为可根公式1求出被测距离Ｓ。
Ｓ＝｛ｔ1-ｔ(2)t/2（(1)
车位锁控制器采用ＨＣ－ＳＲ04超声波模块实现测距，模块安装在电路板上，其探头方向向上。设定一个阈值，当测距结果小于该阈值时认为有车辆存在，即停车位被占用，否则认为没有车辆存在，停车位处于空闲状态。
2.系统总体
设计系统整体结构如图1所示，主要分为4个部分：车位锁控制器、停车场协调器、Android客户端APP、系统服务器。图1系统结构框图车位锁控制器采用ＳＴＭ32单片机作为主控ＭＣＵ，通过超声波模块探测停车位的使用情况，驱动步进电机模拟车位锁翻转臂升起和落下191。车位锁控制器通过ZigBee无线组网，每个车位锁作为ZigBee网络中的终端节点。停车场协调器作为ZigBee网络中的协阔器负责整个网络的组建和维护，管理车位锁控制器节点，通过GPRS数据通信作为接人互联网的网关。Android客户端APP可以实现对停车场中车位锁的升降控制和停车费用支付，系统服务器作为ＴＣＰＳｅｒｖｅｒ来实现Android客户端和停车场协调器之间的命令交互和数据通信，同时存储停车场数据和用户信息。
系统的工作流程：
(1)用户登录手机终端APP，通过地图搜索附近的停车场，查看停车场内停车位的使用情况。
(2)用户进人停车场，找到某个未使用停车位，通过APP解锁该车位上的车位锁，待车位锁翻转臂落下后，驶人车位停车，APP开始计时。
(3)当用户离开停车位时，通过APP支付本次停车费用并生成历史停车记录，车位锁控制电路检测到车辆离开的状态，车位锁升起，等待下一个用户的到来。
(4)车位锁将停车位的使用信息反馈给停车场协调器，协调器更新停车位状态表。
(5)停车场协调器将停车位状态更新数据上传到系统服务器，服务器向离开的用户APP发送消息提醒，用户可以通过APP查看最新的停车位使用情况。
3.系统硬件电路设计
系统硬件电路分为2部分：车位锁控制器、停车场协调器。
3.1车位锁控制器的设计和实现
车位锁控制器主要包括ＳＴＭ32单片机最小系统、超声波检测模块、ZigBee模块、步进电机驱动电路、ＯＬＤＥ显示电路、和按键电路，通过驱动步进电机控制撑杆的翻转来模拟车位锁的上锁和解锁动作，其电路框图如图2所示。
图2车位锁控制器电路结构
系统ＳＴＭ32单片机采用的具体型号是ＳＴＭ32Ｆ103ＲＣＴ6，是一款高性能、低成本、低功耗的ＡＲＭＣｏｒｔｅｘ－Ｍ3内核单片机ｉｎ｜，具备64个10引脚和丰富的外设，功能强大，ＳＴＭ32的最小系统，主要包括复位电路，时钟电路，启动模式设置电路。
超声波测距使用ＨＣ－ＳＲ04模块，该模块包含超声波发射电路、接收电路和信号处理电路｜121，工作电压3￣5Ｖ，测距范围2￣400ｍｍ，误差在2ｍｍ，完全可以满足系统需求。ＨＣ－ＳＲ04模块具有4个外接引脚ＶＣＣ、ＧＮＤ、ＴＲＩＧ、ＥＣＨＯ，ＴＲＩＧ弓丨脚连接ＳＴＭ32的ＰＢ0引脚，ＰＢ0配置为普通推挽输出10，ＥＣＨＯ引脚连接ＳＴＭ32的ＰＢ1引脚，ＰＢ1配置成外部中断触发模式。
ZigBee无线组网采用了ＴＩ的ＣＣ2530芯片，ＣＣ2530内置51内核，配合Ｚ－Ｓｔａｃｋ协议栈实现局域组网｜｜3］。ＣＣ2530和ＳＴＭ32的串口2进行通信，当ZigBee模块接收到数据时，将该数据通过串口发送给ＳＴＭ32；当ＳＴＭ32需要发送数据时，通过串口2发送给ZigBee模块，ZigBee模块自动将数据无线发送出去。
3.2停车场协调器的电路设计
停车场协调器主要包括ＳＴＭ32单片机最小系统、ZigBee模块、GPRS模块、ＯＬＤＥ显示屏、和按键电路，电路框图如图3所示。
图3停车场协调器电路框图
GPRS模块采用了ＳＩＭｃｏｍ公司的ＳＩＭ900Ａ芯片＂4｜，支持ＧＳＭ和GPRS的850ＭＨｚ、900ＭＨｚ、ｌ800ＭＨｚ、1900ＭＨｚ四频的语音、短信、数据和传真。ＳＴＭ32通过串口给ＳＩＭ900Ａ发送ＡＴ指令请求建立ＴＣＰ连接＂＇停车场协调器作为ＴＣＰＣｌｉｅｎｔ连接到服务器实现GPRS数据通信。
4.系统软件设计
4.1车位锁控制器的软件设计
车位锁控制器＾81采用ＳＴＭ32作为主控ＭＣＵ，使用Ｋｅｉｌ开发环境配合ＳＴＭ32库函数进行ＳＴＭ32的Ｃ程序设计。车位锁控制器的工作主要是实现停车位检测，车位锁升降控制，加人ZigBee网络，接收停车场协调器的控制命令并反馈状态信息，车位锁控制器的程序流程如图5所示。
4.2停车场协调器的软件设计
停车场协调器的ＭＣＵ同样采用ＳＴＭ32，协调器的主要功能有：实现底层ZigBee无线网络的组建和图5车位锁控制器程序流程图维护，管理停车场内的车位锁，通过GPRS和系统服务器建立ＴＣＰ长连接，ＳＴＭ32发送ＡＴ指令的部分代码如下：
ｖｏｉｄｃｏｎｎｅｃｔＳｅｒｖｅｒＯ／／连接到ＴＣＰＳｅｒｖｅｒ｛
ｉｎｔｔｉｍｅ＿ｕｓ＝300；／／设定延时时间
ｐｒｉｎｔｆ（＂ＡＴＥ0＼ｒ＼ｎ＂）；／／关闭回显模式
ｐｒｉｎｔｆ（＂ＡＴ＋ＣＩＰＣＬＯＳＥ＝ｌ＼ｒ＼ｎ＂）；
ｄｅｌａｙ＿ｍｓ（ｔｉｍｅ＿ｕｓ）；
ｐｒｉｎｔｆ（＂ＡＴ＋ＣＩＰＳＨＵＴ＼ｒ＼ｎ＂）；
ｄｅｌａｙ＿ｍｓ（ｔｉｍｅ＿ｕｓ）；
ｐｒｉｎｔｆ（＂ＡＴ＋ＣＧＣＬＡＳＳ＝＼＂Ｂ＼＂＼ｒ＼ｎ＂）；
ｄｅｌａｙ＿ｍｓ（ｔｉｍｅ＿ｕｓ）；
ｐｒｉｎｔｆ（＂ＡＴ＋ＣＧＤＣ0ＮＴ＝1，＼＂ＩＰ＼＂，＼＂ＣＭＮＥＴ＼＂＼ｒ＼ｎ＂）ｄｅｌａｙ＿ｍｓ（ｔｉｍｅ＿ｕｓ）；
ｐｒｉｎｔｆ（＂ＡＴ＋ＣＧＡＴＴ＝ｌ＼ｒ＼ｎ＂）；
ｄｅｌａｙ＿ｍｓ（ｔｉｍｅ＿ｕｓ）；
ｐｒｉｎｔｆ（＂ＡＴ＋ＣＩＰＣＳＧＰ＝1，Ｖ＇ＣＭＮＥＴ＼＂＼ｒ＼ｎ＂）；
ｄｅｌａｙ＿ｍｓ（ｔｉｍｅ＿ｕｓ）；
ｐｒｉｎｔｆ（＂ＡＴ＋ＣＬＰＯＲＴ＝＼＂ＴＣＰ＼＂，＼＂2000＼＂＼ｒ＼ｎ＂）；ｄｅｌａｙ＿ｍｓ（ｔｉｍｅ＿ｕｓ）；
ｐｒｉｎｔｆ（ＭＡＴ＋ＣＩＰＳＴＡＲＴ＝＼＂ＴＣＰ＼＂，Ｖ＇221.237.67.33，Ｖ＇20005＼＂＼ｒ＼ｎ＂）；
／／服务器ＩＰ地址，端口号
ｃｏｎｎｅｃｔＲｅｑｕｅｓｔＦｌａｇ＝1；
／／设定是否连接的标志位）
4.3Android客户端
APP系统的Android客户端APP米用AndroidＳｔｕｄｉｏ作为开发环境。客户端APP主要功能包括用户注册、登录，个人信息管理，地图定位和搜索，停车位状态查看，预约车位，自助停车，停车费用支付、停车历史记录查看等功能。
客户端APP设计了用户管理系统，用户需要注册登录后才能使用相应的服务。APP内置高德地图提供的Android地图ＳＤＫ和定位ＳＤＫ，实现实时定位和附近停车场的搜索功能，以用户位置为中心设定搜索半径，APP当前的捜索结果使用了模拟数据。
停车场对每个停车位进行编号，用户通过APP可以查看停车场中所有的车位的使用状况，界面如图6所示，车位的状态分为：可用、不可用、已预约3种状态，用户可以使用状态为未使用的车位，点击“我要停车”按钮，即可控制相应停车位的车位锁解锁，用户驶入车位停车，APP开始计时。当用户离开停车位后，APP根据本次停车时长，计算停车费用，图7为支付界面，用户可以选择支付宝、微信或者账号余额3种方式进行费用结算。支付宝和微信支付的官方ＡＰＩ接口调用需要商户资质认证，所以本系统APP采用Ｂｍｏｂ后端云提供的移动支付ＳＤＫ来实现支付宝和微信支付功能的接人，Ｂｍｏｂ对这2个主流的支付渠道进行了封装，且支持个人开发者接人。
用户支付完停车费用，APP自动生成一条新的历史停车记录，显示了模拟自助停车过程中产生的历史记录。用户可以在这个界面查看正在使用中的停车情况和历史停车记录，每一条记录包括使用的停车场名字、停车位编号、停车时间和支付的费用
4.4系统服务器
系统服务器的运行环境为ｗｉｎ7系统，服务器是在Ｅｃｌｉｐｓｅ开发环境下用基于Ｓｏｃｋｅｔ（套接字）的ｊａｖａ网络编程技术实现的一个ＴＣＰＳｅｒｖｅｒ。
系统服务器创建一个ＳｅｒｖｅｒＳｏｃｌｃｅｔ实例，绑定20006端口，手机客户端APP和停车场协调器作为ＳｏｃｋｅｔＣｌｉｅｎｔ向服务器发起ＴＣＰ连接请求。客户端连接进来以后，服务器先为每个客户端新建1个子线程专门负责和该客户端之间的数据通信，之后服务器获取客户端发送的身份标识ＵｓｅｒｌＤ，将该客户端的Ｓｏｃｋｅｔ实例以键值对形式保存到ＨａｓｈＭａｐ中，其中ｋｅｙ是客户端的ＵｓｅｒｌＤ，ｖａｌｕｅ是客户端的Ｓｏｃｋｅｔ实例。
服务器读取每个客户端发送的数据，进行解析，根据数据命令的具体含义直接向该客户端返回相应的数据，或者将该数据重新组合后将其转发给其他客户端。
5.系统测试
本系统测试环境包括一个停车场协调器，3个车位锁控制器，分别代表编号为1，2，3的停车位，系统服务器运行在一台接人互联网的电脑，客户端APP运行在Android手机。测试时候需要注意，如果服务器运行的电脑是在局域网内，没有唯一的外网ＩＰ地址，建议使用花生壳软件进行内网端口映射。经测试，通过Android手机APP可以实现对停车位使用状态信息的采集以及远程控制车位锁的升起和落下，成功模拟自助停车流程，并实现移动支付停车费，当车辆离开停车位后APP发送消息提醒，并生成一条历史停车记录。
6.结语
综上所述，通信技术及电子信息技术的不断进步，为智能化自助停车系统的实现提供了重要的技术支持。本文设计了一种自助停车的车位检测与控制系统，该系统解决了车位难找、排队时间长等问题，实现了停车场停车位的高效管理，满足了人们日益增长的停车需求，可供类似系统设计借鉴。
参考文献：
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[3]吴青林,周天宏.基于移动终端预约的城市智能停车引导系统研究[J].现代电子技术,2016,39(04):12-15.
论文作者:郭锐添
论文发表刊物:《防护工程》2018年第12期
论文发表时间:2018/10/22
标签：停车位论文; 停车场论文; 车位锁论文; 系统论文; 客户端论文; 车位论文; 控制器论文; 《防护工程》2018年第12期论文;