苏建志，王锋，李嘉煌

(泉州师范学院 物理与信息工程学院，福建 泉州 362000)

随着经济的发展以及城市汽车保有量的不断提升，城市泊车位置供需矛盾突出.停车场管理过程中问题不断显现，停车难题进一步加剧.城市现有的停车场需要人工辅助管理，自动化程度不高,智慧化程度水平不够，停车场之间无法互通互联而实现资源共享.一方面车主难以找到合适的停车位停车，另外一方面停车场难以高效地给车主提供车位信息.停车场管理效率低下.当前，各种技术广泛应用于停车场中[1-2]，有基于NB-IoT技术和J2EE技术的停车检测系统[3-5]，有基于Android平台和C#软件等技术的停车场控制系统[6-10]，有基于机器视觉和PLD的停车场引导系统[11-12]，有基于物联网的停车场道闸控制系统[13-15].这些控制系统具有一定局限性，首先系统设计较为复杂、开发周期较长、成本较高，另外无法对停车场的停车数据进行有效的分析和二次开发利用，客户端交互性能差，无法满足移动互联网的用户需求；因此有必要开发一款基于5G网络云平台的智慧停车控制与管理系统.

5G网络即第五代移动通信网络，数据传输速率比4G快100倍，最高可达10 Gbit/s，使远程医疗、远程无人值守智慧停车场等各种远程装备普及成为可能.通过对车牌抓拍识别系统的有效利用和智能车牌识别系统设计，基于5G网络的无人值守智慧停车场能够快速识别车牌，高速交互停车场控制信息，实现车场道闸控制系统的网络化和高速化，能够远程控制无人值守停车场；并在大数据支持下，实现对城市智慧交通、智慧无人值守停车场等方面的升级改造.

本研究通过基于5G网络的高清摄像头车牌抓拍识别系统、基于微信小程序的停车场管理系统、基于5G网络的道闸控制系统以及显示系统、基于阿里云服务器软件系统组成一套完整的基于5G网络的智慧无人值守停车场控制系统.该系统包括用户远程预约车位、远程无人值守出入闸控制系统，基于5G网络的摄像头车牌抓拍识别系统，二维码识别支付系统等.

1 基于5G网络的智慧无人值守停车场控制系统框架设计

基于5G网络的智慧无人值守停车场控制系统不仅能够通过5G网络来收集无人值守停车场的运行状态和运行环境，而且能够通过基于阿里云停车管理系统远程管理无人值守停车场，通过5G网络传送各种控制命令给高清网络摄像头进行车辆信息抓拍识别，根据抓拍识别的车牌号，发送控制命令给基于5G网络的道闸控制系统，有效控制车辆进入无人值守停车场.另外，各个停车场之间能够互联互通，停车位资源共享，停车场协调控制，提升城市智慧交通和解决停车难题.基于5G网络的智慧无人值守停车场控制系统框架图如图1所示.

图1 基于5G网络的智慧无人值守停车场系统框架图Fig.1 Diagram of smart unattended parking system based on 5G network

1.1 基于阿里云的智慧无人值守停车管理系统框架设计

基于阿里云的智慧无人值守停车场管理系统主要由无人值守计费管理系统、车辆车牌信息登记系统、应急通道管理系统、信息显示控制系统等组成.

当车辆进入停车场时，首先通过入口高清摄像头抓拍车辆信息，然后传送到车辆车牌信息识别系统，经过识别系统识别把车牌信息传送到阿里云停车管理系统进行车牌登记，导入阿里云车牌信息数据库.阿里云服务器把车牌等信息发给基于微信小程序的客户端管理系统，同时通过网络将开闸命令传送给道闸控制系统，道闸控制系统驱动电机抬杆开闸.当抬杆到位后停止开闸，此时杆竖立起来，电机停止工作.当车辆驶入停车场过程中，地感线圈感应到车辆驶入，发送防砸指令给道闸控制系统，道闸控制系统停止电机转动.当车辆完全驶入停车场，地感线圈发送降杆命令给道闸控制系统，道闸控制驱动电机降杆，无人值守停车场实现车辆自动识别，道闸控系统自动开关闸.

当车辆驶离停车场时，首先通过出口高清摄像头抓拍车辆信息，然后传送到车辆车牌信息识别系统，

图2 智慧无人值守停车管理系统框架图Fig.2 Diagram of smart unattended parking management system

经过识别把车牌信息传送到阿里云停车管理系统，基于阿里云的无人值守收费系统按照收费标准进行统计.当驾驶者通过二维码扫描付款时候，通过网络把停车时长以及付款金额发送到驾驶者手机上.当收到车主付款完毕后，发送已付款信息到微信小程序客户端管理系统，同时发送开闸命令给道闸控制系统，道闸控制系统驱动电机抬杆开闸.当抬杆到位后停止开闸，杆竖立起来，电机停止工作.当车辆驶离停车场过程中，地感线圈感应到车辆驶离，发送防砸指令给道闸控制系统.当车辆完全驶离停车场，地感线圈发送降杆命令给道闸控制系统，道闸控制驱动电机降杆，无人值守停车场实现车辆自动缴费，道闸控系统自动开关闸.基于阿里云的智慧无人值守停车管理系统框架如图2所示.

1.2 基于5G网络的道闸控制系统系统框架设计

道闸控制系统主要控制道闸电机的正反转来实现车辆进出控制.当阿里云停车管理系统发送开闸控制命令，基于单片机的网络模块W5500收到道闸控制命令后，驱动道闸电机正转，闸门通过电机抬杆.当抬杆到位时，电机停止转动，若车辆驶出车场，地感线圈会感应车辆通过，地感线圈输出高电平给单片机输入口.此时单片机得到通知电机继续保持停止，防止闸机放杆砸到车辆.当车辆完全驶离车场，地感线圈输出低电平给单片机输入口，此时单片机驱动电机反转，及时降落道闸杆，防止车场其他车辆逃离车场.当道闸降落杆到位时，通过W5500网络模块发送道闸到位状态给基于云端停车管理系统.

另外，当停车场的网络故障无法修复而车辆需要紧急驶出停车场时，只要客人通过二维码扫描支付完毕，系统将发送紧急密码到客人的手机端.当客人通过密码键盘输入正确密码时，单片机接收到正确密码后，直接驱动电机开闸抬杆，让车辆顺利离开车场.道闸控制系统的框架图如图3所示.

图3 道闸控制系统框架图Fig.3 Diagram of barrier control system

2 基于5G网络的智慧无人值守停车场硬件设计

2.1 基于5G网络的智慧无人值守停车场硬件总体功能

基于5G网络的数控控制系统主要由五个部分组成:电源管理模块、W5500网络接口模块、电机控制模块、密码键盘模块、LED显示模块.电源管理模块主要对智慧无人值守停车场的摄像头、道闸控制系统、显示器提供电源.从220 V的交流电源经过整流提供12 V直流电，提供给道闸控制系统以及显示系统;然后12 V电源经过LM2596提供稳定的5 V电源，在经过AMS1117电压调节电路输出3.3 V电源，提供给STM单片机系统.W5500网络接口模块负责接收来自基于云端的停车管理系统的命令以及数据.当云端停车管理系统收到来自网络摄像头的图像信号，经过解析和提取车牌，然后发送进出场时间以及车牌号、收费情况、道闸控制命令给基于W5500网络接口模块.当网络接口模块接收到数据以及命令后，通过SPI总线把数据发送给基于STM单片的嵌入式控制道闸系统，从而实现对道闸系统的控制以及LED屏的显示.W5500的网络接口模块如图4所示.

图4 基于W5500的网络接口模块原理图Fig.4 Schematic diagram of network interface based on chipset W5500

电机控制模块主要负责电机的正反转，通过控制电机的正反转来实现道闸控制系统的起落杆.STM单片机接收到来W5500网络接口模块的抬杆或降杆命令时，发送相应的控制电平驱动对应的继电器，通过继电器开控制道闸系统的起落杆.同时STM单片机通过中断来实时监测地感线圈发送过来的控制信号.当有车辆在地感线上，地感线圈检测系统将发出高电平给STM单片机，STM单片机发送防砸信号给道闸控制系统，以保证道闸控制系统不会砸坏车辆.电机控制模块原理图如图5所示.

图5 电机控制模块原理图Fig.5 Schematic diagram of motor control module

基于无人值守的停车场通过网络运行与控制，当无人值守停车场因为不可抗力原因出现无网络时，客人通过扫描二维码付款后，基于云端的停车管理系统如果无法通过网络发送命令给停车场时，同时发送密码到客人的手机上.客人通过密码键盘输入密码，当STM单片机接收到密码后，会和本地的密码库来比对.如果密码输入正确，直接控制道闸控制系统，让车辆驶离停车场.当车辆驶离后，自动降落杆，实现停车场的出入控制.

3 基于5G网络的智慧无人值守停车场软件设计

3.1 基于5G网络的车牌抓拍识别系统软件设计

当车辆驶入停车场入口时，基于5G网络的高清摄像头自动抓拍车辆视频图像信息，对获取的每一帧图像，利用智能高效视频检测技术对车牌进行定位和跟踪，从中自动提取车牌图像.把抓拍到的车辆信息图片发送到百度AI车牌自动识别系统进行车牌识别.同时，将把抓拍的车辆信息图片经过图像预处理，截取和定位车牌图像，然后经过车牌精准定位、字符分割和字符识别，解析车牌信息，得到车牌颜色和车牌号码.最后，将百度AI车牌自动识别系统识别到的车牌号码和本地识别到的车牌号码进行智能比对和判断，得到最终的车牌号码，并将车牌号码通过基于5G网络的摄像头发送到基于云端的停车场管理系统中.车牌抓拍识别系统软件设计流程如图6所示.

3.2 基于云端停车场管理系统软件设计

基于网络的高清摄像头抓拍车牌，通过TCP/IP协议发送车牌信息到停车场管理系统.停车场管理系统根据IP地址判断属于哪个停车场，再将对应的车牌信息与系统的车牌信息库进行比对.如果车牌号码不在黑名单中，通过TCP/IP发送车牌管理信息给道闸控制系统，道闸控制系统驱动基于串口485的显示屏，显示相关的车牌信息、入场时间以及车辆类型.同时，发送开闸命令给道闸控制系统，驱动电机进行抬杆动作，顺利开闸，方便车辆进入停车场泊车.

当车辆要离开停车场时，出口处的高清摄像头抓拍车牌信息.当客户扫描二维码时，通过云端软件系统计算该车牌的停车时间、停车费用，将车牌信息以及停车时间、停车费用发送到客户手机上.客户点击支付后，基于云端的停车管理收费系统软件收到支付完毕通知，发送开闸命令给道闸控制系统，驱动电机开闸，车辆驶出停车场.车辆驶出停车场软件设计流程图如图7所示.

图6 基于5G网络的车牌抓拍识别系统设计流程图 图7 车辆离开停车场软件控制流程图Fig.6 Flow chart of license plate number car leave from parking place Fig.7 Flow chart of software control when differentiation system based on 5G network

3.3 基于芯片W5500道闸控制系统软件设计

基于W5500道闸控制系统主要通过W5500芯片接收来自云端停车管理系统的数据和命令.当W5500通过TCP/IP协议接收来自云端的数据包后，通过解析数据包分离出数据和命令，再通过SPI总线发送命令基于STM单片机的道闸控制系统，驱动MAX3485芯片发送数据到基于串口485的显示屏，从而实现道闸控制系统的起落杆以及出入车牌号、停车时间、收费情况等的显示和播报.

3.4 密码锁控制系统软件设计

当客户要驶离停车场，若停车场没有网络，停车场无法通过摄像头抓拍车牌号.此时，客户扫描二维码，输入车牌号，基于云端的停车系统软件自动计算停车时间和需要缴费的金额，再通过网络直接发送到客户手机，客人支付完毕后，系统再发送一个密码到客户手机，此时客户通过密码键盘输入密码.验证输入密码后，基于STM的单片机会根据本地的密码来解锁，直接控制道闸控制系统的电机，从而实现道闸控制系统的起落杆控制.

3.5 基于网络的智慧无人值守停车场系统软件

基于网络的智慧无人值守停车场系统软件主要由系统初始化、TCP/IP协议栈、道闸控制系统软件、LED屏显示、密码键盘五大部分组成，整个系统的主程序如下：

void initMain(void){

SYS_init(); //系统时钟初始化

init_Display(); //显示初始化

drawInitUI();

RTC_Config();

init_W5500();

updateSysinitProgress(65);

if(SYS_CONFIG.dhcp){//

init_dhcp_men();

init_dhcp_client();

try_times=0;

while(check_DHCP_state(SOCK_DHCP)!=DHCP_RET_UPDATE){

try_times++;

OLED_ShowNum(80,6,try_times,3,16);

if(try_times==255){

reboot();

}

delay_ms(10);

}

memcpy(SYS_CONFIG.lip,DHCP_GET.lip,4);

memcpy(SYS_CONFIG.sub,DHCP_GET.sub,4);

memcpy(SYS_CONFIG.gw,DHCP_GET.gw,4);

updateSysinitProgress(86);

}

try_times=0;

while(!set_Network()){

try_times++;if(try_times==255){//

reboot();

}

delay_ms(20);

}

drawMain();

}

int main (void){//

initMain();

while(1){

updateWWDGtime();//

do_tcps();//

do_https();

dealData();

dealHandler();//

if(reboot_tag)reboot();

delay_ms(10);

if(R_buf_index!=0){

if(R_buf_index!=R_index_temp)cnt=0;

else cnt++;

R_index_temp=R_buf_index;

if(cnt>2){//

if(R_buf[1]=='I'&&R_buf[6]=='A'){

pwindex=(R_buf[3]-'0')*10+R_buf[4]-'0';

updatePwIndex(pwindex);

for(i=0;i<10;i++){

adminpw[i]=R_buf[8+i];

}

updateAdminPw(adminpw);

}

if(R_buf[1]=='P'&&R_buf[3]=='N'){

openDaoZha();

}

clear_R_buf();

}

}

}

}

4 结论

设计基于5G网络智慧无人值守停车场控制系统，将停车场的高清摄像头、出入道闸控制系统等设备网络化，通过基于云端的智慧无人值守停车场管理系统有效管理停车场的车辆进出，实现停车场的无人化管理.该系统可节省大量人力，提高生产效率，产生良好的经济效益和社会效益.