智能停车场泊车系统设计

随着经济的发展，人们生活水平的不断提高，汽车的保有量逐年增加，人们享受着场引导、计时计费。系统主要包括停车卡、车位监测节点、区域通讯节点、终端通讯节点、上位机、泊车引导终端、取车查询终端。该停车卡基于主控芯片和无线通讯芯片搭建，用于实现停车卡与车位监测节点之间数据交互，完成车位与停车卡对应，间接实现车辆与车位对应；车位监测节点将相关数据通过区域通讯节点和终端通讯节点逐级上传输。泊车引导终端用于实时发布剩余车位信息帮助车主自主泊车；而取车查询终端主要是帮助车主查询车辆停靠车位的信息，帮助车主快速寻车。计时计费完成停车场使用费用计算，通过上位机的软件实现。通过该系统一一定程度上避免停车场资源浪费和因调度不合理而造成的交通拥塞；另一方面避免车主在使用停车场过程中不必要的时间浪费，最大程度上为车主提高便利，给用户更好的泊本文主要围绕系统的硬件部分展开，主要进行了停车卡、车位监测节点、区域通讯和泊车引导两大部分，并根据系统要求完成了相关测试。经测试，系统各节点硬件电路设计正确，节点能够按照预期的设计要求实现相应功能，研制的硬件部分整体运行情况第一章前言1.1选题背景及意义汽车作为现代出行中不可或缺的交通工具之一，己然成为人们日常生活中不可缺少的部分。随着经济的增长，人们的生活水平提高，我国私家车的保有量不断增长，人们不断扩宽路面、优化道路、建造大型停车场，然而情况似乎并未有城市人口密度大，土地资源有限，城市停车场大多修建于地下，为了尽可能提供多的泊位，地下停车场开始呈现出大型化、多层化的发展趋势。面对这样的大型停车场，就停车场资源管理与调度而言，向停车场管理者准确的提供停车场内车位总体使用情况以及各个车位的使用情况是十分必要的。而对于车主而言，置身于这样的大型停车场内，如何在泊车时获得可用的泊位并快速到达、在取车时怎样准确定位车辆并取车离场也成为了车主们最为关心的事情。由于停车场内的设计、建造、结构、光线等原因造成场内视不必要的时间浪费，而且降低停车场车位资源使用效率，还会影响到停车场的管理与调较多的应属视频免取卡收费系统，该系统主要以视频图像识别辨别进出停车场的车辆信息，然后根据相同车辆出现在进出口的时间计时计费，该系统能实现停车场进出的自动务，如泊车、取车等服务。时统计车位使用情况，然后将剩余车位信息传输到引导终端，从而引导车主泊车；当车主取车时在查询终端输入车辆信息就可以准确定位车辆同时显示路径。但是由于系统实高，而且系统功能相对独立，缺乏可扩展性、通用性。因此，本文提出一种自助式智能1.2国内外研究现状泊车系统的发展可以上溯到上世纪七十年代，1971年德国亚琛市建立了一套城市泊车诱导系统，该系统被公认为是世界上最早的泊车系统。日本柏崎市在1973建立了一套德国科隆市于1986年建立了一套动态的城市泊车诱导系统，该系统的运行状况与运行效果在当时都是比较具有代表性的；在1998的时候该市对系统做了进一步改进和优化，在系统中继承了多功能控制中心，并将系统覆盖至整个城区[4]。美国早在60年代就己经将视频监视系统和电子显示屏引入了停车场中，但在1992年才建立了一套较为先进的城市泊车引导系统，该系统管理了7个停车库和3个停车场，使用方向指示牌和可变信息总体来说，泊车系统的发展大致经历了从人工、半自动化两个阶段。早期的泊车系统主要采用人工的方式进行，主要适用于一些小型的停车场，由管理人员负责进出停车场的车辆记录和安全，并在车辆离开时完成计费收费。这种方式的管理完全依赖人力，劳动强度较大，管理效率低，容易产生一些管理弊端。随着停车场的规模越来越大，传统的人工方式越来越不能满足人们的需要，半自动化的泊车系统开始进入市场，车辆在进入停车场时取得停车卡或停车票，离开时交还停车卡或停车票，系统根据车辆停放时间计强度，提升了系统自动运行的能力。目前国内仍有一些泊车系统采用这种方式。随着人们泊车需求的不断增加，一些新技术的逐渐普及，泊车系统呈现出多元化发展趋势，有基于手机平台的泊车预定、收费系统，基于物联网的泊车预定、引导系统，还有一些致1.2.2泊车系统的现状目前，很多商场、小区、写字楼等地方都配备有停车场，并且配套有相应的泊车系统。随着用户需求的不断提高，一些泊车系统在运用过程中开始出现一些问题，很多企业开始针对停车过程出现的问题提出了一些自动化、智能化较高的解决方案。主要有计费收费系统、泊车引导系统、反向寻车系统这三类。其中计费收费系统主要致力于帮助而基于停车介质主要通过介质的发出和收回完成计时计费，有些停车场在停车介质上添加了自己的二维码，用户可以在停车场使用完成后扫描二维码完成费用支付。泊车引导系统主要有超声传感和总量统计两类，超声传感是利用超声波传感器实时监测车位的使用情况，控制信号灯指示，帮助用户了解车位使用情况自主泊车；而总量统计则是通过统计进入停车场内的车辆数量和各区域内进出车辆的数量来判断车位的使用情况，然后将该信息通过显示屏向车主发布。反向寻车系统目前大致有视频识别和签停两种方式，其中视频识别是通过视频探头监测车位，然后将信息反馈至上位机，上位机将汇总的数据与分布在停车场各出入口的查询终端共享，车主输入车牌号就可以获得车辆所停放车2015年宝马公司推出了ParkNow系统，该系统包括路旁泊车、车库泊车两种功能。当路旁泊车时，用户只需要输入停车区编号就可以开始泊车，在泊车时间快要到达时，系统会自动提醒用户，而且用户可以中途延长推出时间，而且自动完成费用支付；车库泊车时，系统支持用户提供移动端或者导航系统进行车位预定，如果通过导航系统预定安居宝也于2015年推出了基于微信的“智慧云停车”平台，包括后台管理器、缴费机、道闸设备、云平台和手机APP五部分组成。用户在出行前，可通过手机APP或微信公众号查询目的地周围的停车场车位使用情况，用户还可以通过该平台完成车位预定、场内导航、反向寻车、微信支付等服务。该平台实现停车场智能化管理，同时提升用户综上所述：停车场泊车系统己经开始受到了广泛的关注，越来越多的企业投入到泊车系统解决方案的研宄中，虽然系统在功能上各有千秋，但都致力于优化目前泊车系统然而这些泊车系统中大部分并未向用户提供取车引导服务，或是提供了取车引导服务，但实施成本较高或是使用不方便。因此，本文提出的智能泊车系统目的就在于将取车引导服务集成在泊车系统中，不仅便于使用且实现低成本，而且将自助的理念引入停车场泊车系统，让车主以自助的方式完成停车场使用过程中所需服务，而停车场管理者则只1.3课题来源与设计内容本课题来源于上海思伊电子科技有限公司研发项目“自助式城市停车场智能泊车系1.3.2设计内容本文提出的自助式城市停车场智能泊车系统旨在提供一种自动化、智能化、人性化的泊车系统，在完成停车场资源管理的同时为车主使用停车场资源提供尽可能全面的服在对目前现状进行广泛调研和深入研宄之后，针对系统存在的一些问题提出自己研宄内1.3.3设计目标拟采用停车卡存储编码以无线通讯的方式与车位监测节点实现数据交互的方式实现信息是车位检测时所需要考虑的。本文拟采用超声波传感器和无线通讯相结合的方式来实现第2章系统方案设计及关键技术分析2.1系统功能及设计原则本文提出的自助式智能停车场泊车系统旨在为停车场管理者提供停车场资源管理，并且帮助车主自助的完成停车场使用过程中的服务。因此，系统提供了车位监测、车位时进行汇总、统计，一是方便停车场管理者实时了解停车场内车位使用的详细情况以及控中心，停车场管理者可以在监控中心查看场内资源使用情况，更好的进行资源的管理场之前，就会被告知场内剩余车位的数量，车主进入停车场内，系统会将剩余车位的分根据上述的系统功能，将该自助式泊车系统分为车位监测系统、车位管理系统、车位引导系统、计费收费系统四个子系统，其中车位引导系统又包括泊车引导、取车定位、出2.1.2系统设计原则本文提出的自助式城市停车场智能泊车系统旨在提供一种自动化、智能化、人性化(1)功能完善。在该泊车系统中集成停车场管理和停车场使用过程中所需要的功能和服2.2系统方案设计端共享。用户取车时，在查询终端处持卡或输入卡号查询车辆位置，终端会自动匹配出卡号对应车辆的位置信息并显示，同时显示出查询终端所在位置，方便车主辨识方在出口处，根据系统提示的消费情况付费离场。整个过程中停车场管理者只需要在监控在提供完整的信息同时降低劳动强度。该系统一方面能够提高停车场的车位利用率，另2.2.2系统技术方案技术、无线通信技术、现场总线技术等完成系统硬件部分各个功能节点的设计，再通过并与查询终端、引导终端数据共享，并利用C#语言编写上位机管理软件界面，查询终端界面，完成整个系统的设计和研制。下面将分别从硬件系统和软件系统两个方面来讲述根据系统功能己经将该自助式泊车系统分为车位监测系统、车位管理系统、车位引导系统、计费收费系统四个子系统，而系统的计费收费系统以及车位管理系统根据设计车位监测主要是通过在各个车位处安装车位监测节点，通过车位监测节点实时监测车位纳110个节点，因此车位监测系统中数据采用分级传输，级数可以根据停车场车位数量2-1所示。上位机终端通讯节点区域通讯节点区域通讯节点车位监测节点车位监测节点车位监测节点车位监测节点图2-1车位监测系统原理框图车位监测系统工作流程大致如下：停车卡以短距离无线通信的方式将自身编码向外传送，车位监测节点接收到停车卡传送的数据，同时结合车位监测节点的传感器判断车传出；区域通讯节点对接收到数据简单判断，若是车位监测节点传来的数据，立即将数据转发；终端通讯节点将接收到的各区域通讯节点发来的数据，立即通过串口传输至上车位引导主要由泊车引导、取车定位、出场引导三部分组成，它们都是建立在车位泊车引导：根据设计方案，系统的泊车引导主要采用在泊车引导终端实时发布剩余车位系统中的引导终端主要集成在区域通讯节点中，上位机完成数据的统计和分析，将停车场内剩余车位的信息通过区域级总线网络向各区域通讯节点传送，区域通讯节点根据引取车定位：取车定位主要是通过停车卡的编码查询车位编号来实现，车主在取车查询终端输入停车卡编码查询对应车位编号，取车查询终端根据查询结果将车辆停靠位置和取图2-2所示。脊调终端终端查词钨缩查询终端图2-2查询终端与上位机组成的局域网拓扑图出场引导：出场引导主要依靠引导终端指示出口方位等信息，车主根据引导终端的提示2软件部分根据系统设计，查询终端的相关功能通过软件的方式实现，因此软件部分主要是上位机(1)上位机管理软件首先，介绍上位机管理软件的工作流程：终端节点向上位机传送数据，上位机对数据进行分析处理，将数据还原为“车位号一停车卡编码”的形式存储在数据库中以备查询，同时在上位机软件界面中定义的相应车位控件进行显示。管理软件提供剩余车位数量统计、并提供区域车位查询，停车场管理者通过系统软件可以得知停车场内车位剩余车位上位机管理软件还提供计时计费，车主入场获得停车卡时，管理软件记录该停车卡出库时间，然后将数据储存到数据库中，车主出场时交回停车卡，管理软件记录记录该停车高性能关系型数据管理系统，具有运行速度快、查询效率高、系统响应迅速的特点。参(2)查询终端软件用户取车查询时，输入停车卡号后，查询终端界面上显示停车场车位分布图，根据匹配结果将相应的车位突出显示，同时显示出该查询终端所在位置，车主根据分布图上的显查询终端界面软件与上位机管理软件一样都采用C#语言来编写，完成数据库查询、查询该系统中，硬件主要功能是确保信息可靠采集、处理、传输，它是该自助式泊车系统实现的基础和保证，因此，本文主要工作都是围绕着该自助式智能泊车系统中的硬件部分2.3关键技术分析为避免造成相邻车位监测几点之间的干扰，系统中的短距离无线通信的距离应尽量在2~2.4m之间。调制，具有125个工作频道但是由于它无可比拟的优势，最先被应用在电梯控制、纺织机械、农林机械等领域，后支持时间出发通信功能，其工作模式如图2-3所示。牛由图2-3可知，bxCAN主要有3个工作模式：睡眠模式、正常模式、初始化模式。睡位置1,发出bxCAN进入式顾名思义就是确保报文正常收发的工作状态，若从初始化模式进入正常模式，可以通过软件清0寄存器2.3.3数据传输组织方式本文提出的自助式泊车系统旨在提出一种能够适用于各类停车场的智能泊车系统，绍，最重要是它能够胜任远距离传输(通信速率在5kbit/s以下时，其最远的通信距离可以达到10km),但是一个CAN总线网络最多只能容纳110个节点，因此，为确保数据可靠传输，系统中数据传输采用分级传输的方式，其组织方式如图2-1所示。2、停车卡编号和车位号的最多停车卡以及车位数量为256x256个，完全可以满足大型停车场的需求。场的车位数量较多，运算处理负荷较大，因此，系统的车位监测节点完成车位监测和数据采集，最后只通过总线上传停车卡编号和车位号，其他处理结果不上传，这样可以尽可能减少总线上的数据量，降低数据冲突的概率以及总线运行负荷，确保数据准确可靠第三章硬件电路设计3.1主控芯片简介图3-1所示。如图所示，STM32芯片使用了8MHz和32.768kHz两个外部晶振作为系统时钟源，其3.2停车位卡停车位卡作为帮助车主完成使用停车场所需服务的中间介质，主要用于存储根据停3.3车位监测节点车位监测节点是车位监测系统中数据获取的前端，也是整个泊车系统可靠运行的保证。负责检测车位是否被使用并在车主泊车过程中接收停车卡编码，并将停车卡编码及根据系统车位监测节点的功能设计，节点主要由NRF24L01无波传感器，通过超声波测距的方式判断车位使用与否。节点总体框图如图3-6所示。通民图3-6车位监测节点设计方案框图卡发出的编码，节点将接收到停车卡编号储存起来，如果连续三次数据相同，并且超声接口向总线上送出。如果两个条件不能同时满足则视为干扰，不做任何处理；当车辆离开车位时，节点根据超声波传感器的检测结果和数据接收情况判断车辆离开，则关闭泊口。当模块供电时，在控制端输出持续时间超过10us的高电平，等待接收端高电平输出，当输出高电平时打开定时器计时，当输出低电平时停止计时读取定时器的值，得到测距的时间，根据公式便可计算出距离。CAN总线芯片选用PHILIP公司的TJA1050,该芯片作为标准的高速CAN收发器，提供了CAN总线协议的控制器以及物理接口，用于实现总线的差动发送与接收。显示模块选用OLED显示屏，使用方便，在车位监测节点中用于显示节点处理的相关数据，方便直观的了解节点的运行状态。在CAN总线网络中，最多能容纳110个节点，也就意味着一个CAN总线网络只能采集110个车位监测节点的数据，而对于停车场来讲，这是个数量远远不够用的，因此，为把停车场内所有车位的相关信息全部上传至上位机，文中提出的泊车系统采用两级CAN总线网络，而区域通讯节点是两级CAN总线网络的连接点。因此，区域通讯节点作为两级网络的结点是确保数据可靠传输的重要保障。系统的总线网络分为两级，分别定义为现场级和区域级。现场级是指车位监测节点和区域通讯节点组成的CAN总线网络，而区域级则是区域通讯节点与终端通讯节点组成的CAN总线网络。根据系统功能和设计方案，区域通讯节点在系统中主要完成两个任务：一是负责将现场级总线网络上的数据上传至区域级总线网络，二是负责将上位机传送的数据进行分析处理后显示在泊车引导终端上。作为两级CAN总线网络的连接点，区域通讯节点需要提供两个CAN总线接口，节点设计方案如图3-10所示。CANI通讯CAN2通讯图3-10区域通讯节点设计方案框图如图所示，区域通讯节点提供两路CAN总线通讯接口以及显示模块。显示模块主要是指泊车引导终端，节点电路较为简单。本节主要对两路CAN总线的硬件设计进行描述，显示模块的电路将在引导终端部分介绍。3.5终端通讯节点终端通讯节点是指上位机处的通讯节点，主要用于接收区域级总线网络上的数据并上传至上位机，同时接收上位机传来的数据并转发至区域级总线网络和扩展引导终端总线网络。其中扩展引导终端总线网络是考虑到停车场内引导终端数量需要而在终端通讯线通信接口作为终端通讯节点与上位机之间数据传输的通道。因此，终端通讯节点主要接，完成数据发送。节点设计方案如图3-12所示。图3-12终端通讯节点设计方案框图如图所示，终端通讯节点的CAN通讯与232通讯的转换都是在STM32中完成，由于终端节点汇总整个停车场的数据，数据量较大，因此在节点只进行数据的转发，数据的3.6泊车引导终端泊车引导终端是根据停车场规划和结构而设置的用于向车主实时发布场内剩余车位两类，一类是集成在区域通讯节点中的，通过区域级总线网络获取上位机发出的数据，为使提出的自助式泊车系统能够达到预期的设计目标，除了稳定可靠的硬件电路，区域通讯节点、终端通讯节点、泊车引导终端进行软件程序设计，使节点能够按照设计执行相应的操作。节点程序采用c语言编写，详细介绍如下。4.1停车卡4.1.1停车卡工作流程按照停车卡的功能要求，主要工作任务是在车主使用泊车的过程中以无线通信的方模拟SPI时序驱动NRF24L01芯片，具体工作流程如图4-1所否是发送数据图4-1停车卡的工作流程如图所示，停车卡采用循环工作模式，以30s为周期向外发送停车卡编码。为降低停车卡的功耗，提高停车卡使用时间，停车卡车主泊车完成后停止工作。其主要依靠于泊停车卡收到反馈信息后，判断车位监测节点己经收到停车卡编码，于是停止向外发送数4.1.2停车卡程序设计关键，本文采用模拟SPI时序驱动NRF24L01,因此需要对NRF24L01进行配置，包括寄存{NRF24L01_Init();{}//定义发送数组//按键初始化//LED接口初始化//NRF24L01初始化//24L01在线检测{GET_KEY();tx_buf[0]=NO1;tx_buf[1]{{//按键检查//读取按键值//发送模式4.2车位监测节点板据变化?是是 停车卡回馈车位编号收到的信息；当超声波线通讯，无线通讯在前一节己经讲过，由于在系统设计时，各节点相同功能块均采用相通讯。此处给出节点程序设计的流程图。如图4-3所示。开始开始超声波检消否是是图4-3车位监测节点程序流程图的工作状态。节点无数据显示时，显示屏上显示全为0。LED灯主要用来显示节点工作状4.3区域通讯节点线网络，二是负责将上位机传送的数据进行分析处理后显示在泊车引导终端上。节点的工作流程如图4-4所示。是是图4-4区域通讯节点工作流程图4.3.2区域通讯节点程序设计中断优先级为1,CAN2接收0中断优先级为2。给出区域通讯节点的程序流程图如图4-5所示。开始开始初始化是数据显示是图4-5区域通讯节点程序流程图能，因此区域通讯节点接收到的数据有可能是其他区域通讯节点向上位机传送的数据，因此，区域通讯节点需要对接收到的数据进行判断，只有自身监测范围内的车位监测节通讯节点存储范围内的车位号，通过对比完成。同时区域通讯节点还要接收上位机发送的数据并根据所在位置和区域进行数据筛选并显示，因此程序设计时，注意综合考虑集4.4终端通