目前，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)和人民生活水平的提高，汽車(chē)產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，城市的汽車(chē)擁有量急劇增加，然而城市停車(chē)場(chǎng)的問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)重，用戶(hù)停車(chē)難的問(wèn)題普遍存在。停車(chē)場(chǎng)變得越來(lái)越大，但停車(chē)位的查找也變得越來(lái)越難，一些用戶(hù)由于不知道自己在場(chǎng)內(nèi)的定位情況而浪費(fèi)大量的停車(chē)時(shí)間，甚至?xí)斐蓤?chǎng)內(nèi)交通擁堵。大型停車(chē)場(chǎng)需要人工來(lái)引導(dǎo)車(chē)輛停放，增加了停車(chē)場(chǎng)的人工成本。同時(shí)存在停車(chē)場(chǎng)內(nèi)的車(chē)位利用率低下等現(xiàn)象。這些問(wèn)題都使得停車(chē)場(chǎng)管理繁瑣，無(wú)法優(yōu)化車(chē)位資源配置。

        物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)近年來(lái)在高速地發(fā)展^[1]，而物聯(lián)網(wǎng)的無(wú)線(xiàn)技術(shù)也得到了越來(lái)越多的運(yùn)用，本設(shè)計(jì)使用的ZigBee是一種新興的介于無(wú)線(xiàn)標(biāo)記技術(shù)和藍(lán)牙技術(shù)之間的技術(shù)方案，具有低速率、低功耗、低成本等無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點(diǎn)^[2]。ZigBee無(wú)線(xiàn)技術(shù)正逐漸成為無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的首選，在網(wǎng)絡(luò)范圍中，其組網(wǎng)方式靈活，傳感器之間所需能量很少，無(wú)線(xiàn)通信效率相當(dāng)高^[3]，現(xiàn)已大量應(yīng)用于嵌入式技術(shù)、工業(yè)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)控制等領(lǐng)域。

1 系統(tǒng)概述

        本文提出了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的停車(chē)場(chǎng)定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括上位機(jī)軟件、ZigBee組網(wǎng)模塊與定位終端，其具體功能與要求為：定位終端通過(guò)ZigBee無(wú)線(xiàn)通信數(shù)據(jù)處理進(jìn)行定位，上位機(jī)對(duì)定位終端的位置信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并對(duì)停車(chē)場(chǎng)內(nèi)的用戶(hù)進(jìn)行定位顯示及管理。ZigBee組網(wǎng)模塊在系統(tǒng)中起著組網(wǎng)的作用，使終端能在場(chǎng)內(nèi)定位^[4]。車(chē)輛駛?cè)胪＼?chē)場(chǎng)時(shí)，工作人員根據(jù)用戶(hù)車(chē)輛的大小和場(chǎng)內(nèi)停車(chē)位情況分配相關(guān)停車(chē)位并分發(fā)定位終端，用戶(hù)能借此在場(chǎng)內(nèi)定位、在終端顯示模塊顯示自己的位置信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效率停車(chē)；而上位機(jī)則對(duì)該用戶(hù)進(jìn)行定時(shí)計(jì)費(fèi)，上位機(jī)界面能顯示該用戶(hù)在場(chǎng)內(nèi)的所在位置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)停車(chē)場(chǎng)更有效的管理。這種方法能提高用戶(hù)的停車(chē)效率，減少工作人員的工作量，成本低，并能重復(fù)利用。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        整個(gè)系統(tǒng)由PC、協(xié)調(diào)器、ZigBee參考節(jié)點(diǎn)、定位終端等組成。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。其中參考節(jié)點(diǎn)分布于停車(chē)場(chǎng)4個(gè)角落，主要任務(wù)是提供一個(gè)相應(yīng)終端位置坐標(biāo)信息的參考數(shù)據(jù)包；終端通過(guò)ZigBee無(wú)線(xiàn)通信收集參考節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)信息和信號(hào)強(qiáng)度值，然后處理數(shù)據(jù)得到終端位置信息，同時(shí)傳送數(shù)據(jù)給協(xié)調(diào)器；協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)通過(guò)RS-232串口與PC相連；上位機(jī)軟件采用Visual Studio 2010進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)終端部分進(jìn)行計(jì)時(shí)計(jì)費(fèi)，同時(shí)顯示停車(chē)場(chǎng)內(nèi)終端的所在位置等。

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

        本系統(tǒng)協(xié)調(diào)器和參考節(jié)點(diǎn)采用的是以TI公司的CC2430芯片為核心的模塊，終端節(jié)點(diǎn)采用的是以CC2431芯片為核心的模塊。CC2430/CC2431芯片的片上系統(tǒng)(SoC)是高集成度的解決方案，高性能處理能力使其足以滿(mǎn)足ZigBee為基礎(chǔ)的波段應(yīng)用。它由2.4 GHz的射頻收發(fā)器和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型8051MCU^[5]集合而成，在應(yīng)用時(shí)只需很少的外圍電路和輔助器件，具有成本低、功耗低、抗噪聲和抗高頻干擾等特點(diǎn)。CC2431與CC2430在ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)中的功能是不一樣的，CC2431模塊具有內(nèi)置的硬件定位引擎，具有定位功能，本系統(tǒng)中CC2430模塊用作參考節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器，而CC2431模塊作為終端節(jié)點(diǎn)使用。基本應(yīng)用電路如圖2所示。

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.2.1 協(xié)調(diào)器程序設(shè)計(jì)

        整個(gè)系統(tǒng)的ZigBee網(wǎng)絡(luò)是由協(xié)調(diào)器組織建立的，采用的是CC2430模塊，在整個(gè)系統(tǒng)中具有組網(wǎng)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)茸饔谩３跏蓟ǜ饔布跏蓟⑾到y(tǒng)時(shí)鐘初始化、協(xié)議棧的初始化等。協(xié)調(diào)器組建網(wǎng)絡(luò)成功后，等待上位機(jī)的命令，同時(shí)等待終端節(jié)點(diǎn)的加入。協(xié)調(diào)器與PC之間采用RS-232串口進(jìn)行連接，其作為PC與ZigBee網(wǎng)絡(luò)之間通信的媒介，一方面接收上位機(jī)傳來(lái)的指令或數(shù)據(jù)，發(fā)送至各節(jié)點(diǎn)；另一方面接收各節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，進(jìn)而傳至上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。程序流程圖如圖3所示。

2.2.2 參考節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)

        參考節(jié)點(diǎn)采用CC2430模塊，在系統(tǒng)中具有重要的作用，是布置在停車(chē)場(chǎng)4個(gè)角落的靜態(tài)節(jié)點(diǎn)，坐標(biāo)值提前設(shè)定好。系統(tǒng)中至少有3個(gè)參考節(jié)點(diǎn)，本系統(tǒng)中采用4個(gè)參考節(jié)點(diǎn)。參考節(jié)點(diǎn)在初始化加入網(wǎng)絡(luò)后，寫(xiě)入配置信息，檢測(cè)終端的請(qǐng)求信號(hào)。其主要任務(wù)是將檢測(cè)到的RSSI值等數(shù)據(jù)發(fā)送至終端^[6]。程序流程圖如圖4所示。

2.2.3 終端程序設(shè)計(jì)

        終端是系統(tǒng)的關(guān)鍵部分之一，采用的是CC2431模塊，其程序流程圖如圖5所示。在初始化后，加入?yún)f(xié)調(diào)器建立的網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)檢測(cè)上位機(jī)的位置查詢(xún)命令來(lái)發(fā)送/接收RSSI信號(hào)，同時(shí)根據(jù)信號(hào)傳播系數(shù)和信號(hào)強(qiáng)度等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的定位計(jì)算顯示。終端在停車(chē)場(chǎng)內(nèi)時(shí)主要有兩個(gè)任務(wù)：(1)監(jiān)控上位機(jī)通過(guò)協(xié)調(diào)器傳送的命令信號(hào)，并做相應(yīng)的處理；(2)通過(guò)顯示模塊顯示終端在停車(chē)場(chǎng)位置信息，并將自身的ID和定位等數(shù)據(jù)包發(fā)送至協(xié)調(diào)器，再傳送至上位機(jī)。

2.3 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

        上位機(jī)軟件主要實(shí)現(xiàn)信息配置和定位數(shù)據(jù)處理的功能，可以對(duì)停車(chē)場(chǎng)的地圖、參考節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)等信息進(jìn)行配置更新，對(duì)終端傳送過(guò)來(lái)的定位數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，進(jìn)而在上位機(jī)界面上顯示車(chē)輛終端部分的位置情況。上位機(jī)與協(xié)調(diào)器之間采用串口通信，波特率為38 400 b/s，8個(gè)數(shù)據(jù)位^[7]。上位機(jī)與下位機(jī)的通信協(xié)議格式如表1、表2所示。

        Visual Studio是Windows平臺(tái)目前最流行的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)環(huán)境，上位機(jī)軟件是基于Visual Studio 2010、使用C#語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序^[8]。系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，分別對(duì)停車(chē)場(chǎng)的地圖、參考節(jié)點(diǎn)進(jìn)行配置，如圖6所示。當(dāng)用戶(hù)持終端進(jìn)入場(chǎng)內(nèi)時(shí)，工作人員對(duì)該終端進(jìn)行配置，隨后對(duì)終端進(jìn)行實(shí)時(shí)的定位監(jiān)測(cè)，能直接查詢(xún)相關(guān)車(chē)輛并對(duì)其進(jìn)行計(jì)時(shí)、計(jì)費(fèi)等管理，定位實(shí)驗(yàn)如圖7所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)設(shè)備能實(shí)時(shí)定位，精度可靠穩(wěn)定，能正常工作。

        本文提出了一個(gè)基于無(wú)線(xiàn)技術(shù)的停車(chē)場(chǎng)定位系統(tǒng)，分別從協(xié)調(diào)器、參考節(jié)點(diǎn)、終端和上位機(jī)軟件等方面介紹了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。上位機(jī)進(jìn)行信息配置操作，終端部分進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯示。本系統(tǒng)解決了停車(chē)場(chǎng)停車(chē)難、管理繁瑣等問(wèn)題，能有效提高停車(chē)效率，減少工作人員的工作量，降低成本，提高停車(chē)場(chǎng)的管理質(zhì)量。

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