苏世雄，马新华

（西安航空学院 计算机学院，陕西 西安 710077）

随着我国城市现代化、国际化的快速发展，居民生活水平不断提高，城市机动车保有量急剧增加，公共场所停车[1]问题已成为城市发展亟须解决的重要问题之一。为了解决停车难的问题，政府投入了大量的资源，例如新建停车场、规划更多的道路泊车位等，但是这种简单的投入并不能有效解决停车难问题[2]。随着现代信息技术的发展，将计算机技术、通信技术、物联网技术和停车场管理相结合，建立智能化的停车管理系统是解决用户停车难，提高城市停车位使用率的有效方式之一。因此，智能化停车管理系统[3]是停车场未来发展的方向，它将实现停车设施资源利用率最大化，在一定程度上缓解城市停车难和“城市交通病”的困扰，同时将大大促进智慧城市的建设，进一步提升城市品质和管理服务水平[4-6]。

为了解决停车难和车位信息不共享等问题，本文基于物联网模式，综合运用ZigBee 技术、地磁传感器、移动支付技术等，设计并实现基于物联网的智能停车管理系统。该系统通过在车位上安装地磁传感器实时采集停车位状态，采用ZigBee 组网技术组建无线传感网，将停车位状态信息发送给云服务器，汇聚城市中各停车场车位信息。用户和停车场管理员可以通过终端随时上网查询目标停车场车位的状态信息[7]，选择合适的停车场及停车位，从而实现现有停车位信息共享及最大利用率，并且减少司机开车绕行距离，浪费停车时间，缓解交通压力。

1 系统整体框架

本系统基于物联网模式架构采用分层结构设计，主要由停车场车位信息采集传输层、信息处理层及信息发布层组成，具备车位状态实时监测和远程查询功能，系统整体框架如图1 所示。

图1 系统整体框架图

1.1 车位采集传输层

该层的功能是实时检测每个停车位的状况。根据停车位状态采用地磁传感器检测车位上是否有车辆停靠。采集的数据经过初步处理以后，通过ZigBee 无线传输网络发送到信息处理层的ZigBee 协调器。

1.2 信息处理层

该层的功能是对车位状态信息进行汇聚、分析与处理。ZigBee 协调器通过串口与各停车场PC 机相连，并将汇聚的信息发送给各停车场服务器，之后各服务器将数据通过 CAN 总线发布在与之相连的附近的OLED 显示屏，与此同时，该信息会通过Internet 网络将信息发送给云服务平台，云服务平台对各数据进行汇聚、分析与处理。传统的信息更新采用时间间隔刷新的方式，这种方式会导致信息不及时，为了提高系统的及时性和准确性，系统采用的信息传送方式为事件触发方式，即当车位状态发生变化时才上传信息。

1.3 信息发布层

该层的功能是对汇聚处理之后的信息进行发布。本文提出2 种发布方式：主动发布和被动发布，该内容在后文中介绍，此处不再赘述。

2 硬件模块设计

2.1 车位信息采集设计

本文地磁传感器采用停车场专用DC-1 型地磁传感器，该传感器利用车辆通过时对地球磁场的影响来完成车辆检测，与地埋式线圈、光电管、红外探头、超声波传感器相比，该传感器具有耗电低、可靠性高、使用寿命长优点[8]。与此同时，随着创客空间的发展，特别是Arduino 系列[9]开发板的推广，使得越来越多的创新不再关注开发，而更多地关注创意，因此，终端节点的MCU 采用Arduino，使系统开发更简单、便捷、灵活并且成本较低。由于地磁传感器输出为数字信号，因此，可以直接与Arduino 扩展板XBee 的I/O 口相连，XBee 的数字引脚与地磁传感器的输出管脚相连，当车辆进入车位后，地磁传感器输出引脚由高电平变为低电平，离开之后重新恢复高电平，Arduino 通过电平的高低判断停车位的状态，然后将车位状态信息通过ZigBee 网络发送给服务器。结构如图2 所示。

图2 车位采集模块结构

为了防止外部事件干扰，提高停车位状态检测的准确性，通过延时的方式多次检测停车位状态，从而判定车位状态是否变化，若车位状态有变化，则上报事件，从而更新OLED 显示屏和后台数据库，提高整个系统的实时性和准确性。

2.2 信息发布

信息发布主要负责及时更新各个停车场车位状态信息，例如停车场名称、总车位数、当前剩余车位数等信息。本文提出2 种发布方式，主动发布和被动发布。主动发布方式是指用户不需要登录专门的App 软件或微信小程序软件，而是通过停车场周围附近的电子屏实时显示状态信息，例如传统发布信息的方式，用OLED 屏实时显示当前的车位信息；被动发布方式是指用户需要通过手机终端登录专门的停车管理系统App 或微信小程序软件查询各停车场状态，以此获得相关车位信息，例如开发一款App 软件或微信小程序，通过输入目的地址信息查询其附近停车场的车位状况、收费情况以及显示导航等功能。

3 软件模块设计

系统软件设计包括2 部分：车位状态采集传输层软件设计和车位状态信息查询、收费及导航功能。

3.1 车位状态采集传输层软件设计

本文中ZigBee 网络的创建和传感器数据采集传输功能的开发采用TI 公司的Z-Stack 协议栈[10]，自组网络由与计算机通过串口连接的ZigBee 协调器创建无线传感网络。为了确保采集数据的准确性，本文将采集分为2 次，当2 次采集都为低电平，才确认为车位被占用，以提高检测的准确性。软件检测流程如图3 所示。

图3 车位信息采集软件流程图

3.2 车位状态信息查询App 设计

本文将车位查询人群分为2 种角色，一种为移动用户角色，即需要查找车位的人群；另一种为停车场管理人员，即每个小单元的管理者，以下针对这2 种角色进行不同信息查询设计。

针对移动用户，本文采用基于Android 平台开发一款App，该App 具有用户信息注册、车牌绑定、目的地车位信息查询、导航、移动支付等功能。其中，导航功能引用了百度的API 函数，移动支付功能引用了支付宝和微信的支付接口API 函数，进行实现了系统的快捷化、智能化。

针对停车场管理人员，本文基于C/S 结构开发一款上位机软件，软件界面可以采用不同的颜色表示车位的信息，直观地看到车位的使用情况，并且还可以统计空余车位，通过Internet 网络实时发送给云服务端和附近路边的OLED 屏，以便于后台信息的及时更新和管理，方便道路上的行车车主看见。

4 结语

为了有效解决停车难、停车慢、缴费慢、车位信息不共享等问题，本文设计了一种基于物联网的智能停车管理系统，该系统基于物联网模式，运用相关技术完成了对停车场车位信息的实时采集、发布与管理，不仅提高了停车场管理效率、车位利用率，而且方便用户寻找空车位，帮助车主快速停车，减少停车时间，在一定程度上促进了智慧城市的建设。