田立武,沈晓萍

（嘉兴职业技术学院信息技术分院，浙江嘉兴,314000）

基于超声波与无线传感技术的车位信息检测器的研究

田立武,沈晓萍

（嘉兴职业技术学院信息技术分院，浙江嘉兴,314000）

本项目开展的是利用用超声波技术和无线传感技术进行车位检测器的开发与研究，信息感知部分采用超声波技术，改变常用红外线传感器、涡流传感器等易受外界因素影响或安装复杂问题，数据传输部分改有线为无线通信技术，施工效率高，成本低。此项技术是对当前停车诱导管理系统中数据采集关键技术的提升和补充。

车位信息;超声波;无线传感技术

0 引言

随着家用轿车数量的急剧增加,许多商业中心的停车场数量也在迅速增加,并不断向现代化智能停车场的方向发展。为了高效、便捷地管理停车场内的车位, 现在的管理方式是把探测车位信息的传感器技术和对应信息系统应用到车位管理中。在车位信息采集方面，常用红外线传感器、涡流传感器等,此类传感器存在易受外界因素影响或安装复杂问题，所以现在的研究方向是把超声波技术应用到高性能的车位信息检测器的设计中。由于超声波车位检测器不易受干扰, 安装方便。当泊位有车时, 超声波传输的距离与无车时是不同的, 由此可判断泊位上有无车辆停放。

另一方面是目前城市停车场管理系统的数据传输普遍采用有线的工作方式，探测节点采集到的数据通过RS485总线上传到服务器。当停车场规模较大时，前期的安装、布线工作会非常繁重，成本也会比较高。随着无线传感器网络技术的日趋成熟，车位的探测节点完全可以采用无线的方式上传数据。

因此,本项目开展的是采用超声波技术和无线传感技术进行车位检测器的研制。这项技术是对现在停车诱导管理系统中数据采集关键技术的提升和补充。

1 系统硬件设计

停放车人员根据点阵显示屏的上的当前车位状况信息进入停车场，按动按键，信息射频卡会自动弹出，同时系统内部也进行了第一次的刷卡，根据原有的设计，系统记住了第一次刷卡的时间点。车位的即时信息利用ZigBee模块采集并传输，终端节点模块采集到车位信息后，通过路由器发送给协调器，经过协调器的处理，信息会发送给点阵显示系统，最后点阵显示器会显示准确的停车场的车位信息。在停放车人员离开停车场时，经过再次刷卡，系统会根据两次刷卡的时间差和本身的计费标准计算后进行收费。

此完整的系统由三个主要部分组成：第一部分是数据采集传输部分，是系统关键部分，采用无线传感网络，主要带有超声波传感器的终端节点、 ZigBee 协调器以及路由器组成；第二部分是系统完成计费部分，采用射频技术，主要由 S3C2440 和MFRC522 射频模块两个模块组成；第三部分是车位信息显示部分，采用 AVR芯片，主要由单片机控制和点阵显示屏组成。图1所示是系统整体的设计结构图。

图1 系统整体设计结构图

Zigbee模块功耗低，通讯速率低。模块有较小的发送接收电流，支持多种睡眠模式，一个10AH的电池，在Zigbee水表中可使用8年，Zigbee通讯速度最高可达250Kbps，适合用于设备间的数据通讯，不太适合用于声音、图像的传送。Zigbee网络时延短。Zigbee的响应速度较快,一般从睡眠转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能。相比较，蓝牙需要3～10s、WiFi需要3s。所以，在此设计中，终端节点模块采用中断唤醒睡眠模式。当超声波传感器的处在电平不变状态时，CC2430 芯片即处于休眠模式 ；当超声波传感器发生电平跳变时，51单片机控制新品会发信号唤醒 CC2430让其工作。在功耗方面，这样的设计可以使其降到最低，因此本设计数据传输部分采用 ZigBee 网络。

ZigBee 无线网络是此设计的关键部分。ZigBee 网络通过无线中继器可以非常方便地将网络覆盖范围扩展至数十倍，使其从小空间到大空间、从简单空间环境到复杂空间环境的场合都可以使用。此设计的整个系统都通过ZigBee 无线网络收集利用超声波传感器感知到的实时车位监测信息并进行发送，后由协调器发送到监测中心，最终在在LED点阵显示屏显示车位具体信息，包括车位剩余情况和空车位基本位置信息。按照本身的设计原理，每个ZigBee协调器可容纳的节点数量庞大，理论上可以达到65000多个节点，现在随着建筑容量的越来越大，其停车场也都向大型化趋势的发展，选择ZigBee协调器是解决此问题的最佳方案，以增加路由器的方式对大型停车场的节点进行分区管理，一个协调器可以放在监测中心对多个分区进行监测。

此设计中的终端节点部分由51 单片机、超声波传感器与CC2430 模块组成。设计方案是用51单片机的P1.0 和 P3.2 I/ O口与超声波传感器的发送和接收端相连，51单片机 P0.7 I/O口作为信息输出端再与CC2430 模块的中断接口相连。图2所示是终端节点部分连线图。

传感器终端节点模块一般放置在停车场车位下面。超声波传感器模块在没有检测到有障碍物出现时，输出端扣向外发送的是连续的高电平；如检测到有障碍物出现时，输出端口发送低电平；当检测到有障碍物想对稳定时，超声波传感器连续输出低电平。在输出端口有电平出现跳变时来触发51单片机，当电平跳变到一个固定值并想对稳定时，51单片机会完成信息发送给CC2430模块。

终端节点模块利用以上方法完成车位信息，然后把采集到的车位信息通过路由器传给协调器。协调器的工作是把接收到的车位状态信息进行进一步的分析与处理，发送给LED点阵显示屏的控制器系统。协调器通过串行口与点LED阵显示屏的控制器系统相连。显示屏以文字和符号的形式实时显示车位的状态信息，为停放车人员提供指示参考。

射频计费模块部分采用的是S3C2440芯片和MFRC522模块组成的刷卡计费器。主控芯片选用用S3C2440处理器芯片，其是一款 32位的高速处理器，可以实现数据的快速处理与传输。其特点是体积小、低功耗、低成本、高性能；大量使用寄存器，指令执行速度更快；寻址方式灵活简单，执行效率高。本系统选用非接触型射频IC卡。射频IC卡避免了接触型IC卡与读卡器之间的直接接触，降低了卡的磨损 ，故本设计采用中大智能公司的停车IC卡和与其配套的MFRC522芯片。因为MFRC522可以使用SPI的通信方式，所以本系统在S3C2440上模拟了SPI通信接口供其与MFRC522进行信息传输，在此通信中，MFRC522 模块作为从机地位。通过MOSI线，信息数据从主机传输到从机；通过MISO线，信息数据从MFRC522发回到主机。

显示部分选用AVR系列单片机控制LED 点阵系统。AVR单片机的优点明显，其处理指令的速度想对其它单片机要快，抗干扰能力较强，作为点阵显示屏的控制器的选择，可以较好的显示效果，所以，此系统使用AVR ATmega16单片机为LED点阵显示屏的控制器。点阵显示比较直观实时地显示停车场的车位状态信息，为停放车人员快速便捷地停车提供服务，提高工作效率。

2 系统软件设计

ZigBee 通信协议采用分层结构。ZigBee设备类型按网络功能分为协调器模块、路由节点模块和终端节点模块三种。ZigBee网络是由协调器建立的，一个节点想建立网络必须基于两个条件：第一，节点模块必须是具有协调器作用的全功能FFD节点；第二，节点模块没有与其他网络连接，一个网络只允许有唯一一个协调器。

ZigBee 网络的核心是协调器。它主要负责网络的建立、节

图2 终端节点连线图

点成员的加入、网络地址分配、网络链接表的更新、信息的收集与转发等。在本系统中，协调器模块通过串行口与单片机模块进行数据通信，所以需要在协议栈中编写 ZigBee串口应用程序。图3为ZigBee 网络运行流程图。

Research of parking space information detector based on ultrasonic and wireless sensor technology

Tian Liwu,Shen Xiaoping
（Jiaxing Vocational and Technical College Zhejiang branch of information technology,Jiaxing,314000）

This project is to research and development of the parking lot by ultrasonic technology and wireless sensor technology, information sensing part by ultrasonic technology,infrared sensor,eddy current sensor is used to change so easily affected by external factors or installation complexity,data transmission of cable for wireless communication technology,high construction efficiency,low cost.The secondary technology is the key technology of data acquisition in the current parking guidance management system.

parking information;ultrasonic;wireless sensor technology