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基于ZigBee的停車場車位指引系統(tǒng)設(shè)計
摘 要 根據(jù)大型停車場對車位管理以及待停車輛指引的要求，針對現(xiàn)有指引系統(tǒng)布線復(fù)雜的問題，采用工業(yè)級ARM7微處理器并運用超聲波技術(shù)進(jìn)行車位狀態(tài)檢測，同時為適應(yīng)不同季節(jié)、不同地域的使用要求，對超聲波車位探測器進(jìn)行了溫度補償。此外采用ZigBee技術(shù)組建了無線網(wǎng)狀網(wǎng)，完成了中控計算機與車位探測器之間的無線通信，解決了布線繁雜的問題，經(jīng)實際驗證本系統(tǒng)能夠可靠、快速地組建停車場車位指引系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞 超聲波測距；溫度補償；ZigBee
中圖分類號：TP212 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2013）18-0018-01
現(xiàn)階段國內(nèi)大部分停車場只是對車輛的出入時間進(jìn)行管理，以實現(xiàn)自動計費為主要目的，對停車場空余車位的指引基本采用人工方式；較先進(jìn)的室內(nèi)停車場安裝了車位檢測系統(tǒng)，此類系統(tǒng)中各個車位探測器與中控計算機之間通過有線RS485方式連接，施工周期較長，布線復(fù)雜、系統(tǒng)不易擴容。
針對現(xiàn)有停車場車位檢測系統(tǒng)的缺點，采用ARM7內(nèi)核的LPC2129為MCU，使用溫度補償減小測距誤差，組建ZigBee Mesh網(wǎng)完成了中控計算機與超聲波車位探測器之間的無線通信，使得系統(tǒng)擁有更加靈活的可擴展性。
1 系統(tǒng)工作原理
本系統(tǒng)由中控計算機、懸掛于車位正上方的超聲波車位探測器、上位機管理軟件等部分組成。
超聲波車位探測器利用超聲波發(fā)射探頭向車輛頂部或地面垂直發(fā)射超聲波進(jìn)行測距，有車和無車時探測器測得的距離是不同的，由此可判斷出車位狀態(tài)；在車位靠近道路方向的頂部安裝車位指示燈，可根據(jù)本車位狀態(tài)改變顏色。車位指示燈為三種狀態(tài)：綠色表示空閑，紅色表示有車，橙色表示預(yù)定或管制。
中控計算機通過RS232連接的ZigBee協(xié)調(diào)器模塊上電后啟動無線網(wǎng)狀網(wǎng)，超聲波車位探測器所包含的ZigBee路由器模塊可感知協(xié)調(diào)器的存在并建立連接。中控計算機通過協(xié)調(diào)器向超聲波車位探測器發(fā)送查詢命令，測得車位狀態(tài)后超聲波車位探測器中的路由器模塊將信息傳送到協(xié)調(diào)器。中控計算機通過上位機軟件處理，將引導(dǎo)信號及時傳給設(shè)置在停車場的各主要路口的信息顯示屏，動態(tài)顯示相應(yīng)停車區(qū)域內(nèi)的空余車位個數(shù)；車主根據(jù)停車場信息顯示屏顯示的空閑車位情況行車至大致停車區(qū)域，根據(jù)車位上的綠燈進(jìn)行停車。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
本系統(tǒng)MCU選用飛利浦公司生產(chǎn)的工業(yè)級微處理器LPC2129，具有較小的封裝以及極低的功耗，適合多種環(huán)境下的應(yīng)用。超聲波車位探測器由XBee無線通信模塊、溫度補償電路、超聲波發(fā)送和接收電路等組成。
超聲波發(fā)射部分中使用了NE555芯片完成占空比為50%的40KHz超聲波的輸出。當(dāng)NE555芯片的復(fù)位引腳為高電平時，發(fā)送超聲波。超聲波接收部分使用集成電路CX20106A進(jìn)行檢波，CX20106A的信號輸出引腳接收到回波信號時產(chǎn)生一個下降沿變?yōu)榈碗娖健?/p>
測溫采用DALLAS公司生產(chǎn)的DS18B20單總線數(shù)字溫度傳感器，通過編程實現(xiàn)溫度信號的9～12位的數(shù)字轉(zhuǎn)換，測量范圍為-55℃～+125℃。DQ為數(shù)據(jù)I/O引腳，DS18B20通過4.7 kΩ上拉電阻的DQ線外接LPC2129。
系統(tǒng)選用了Digi公司內(nèi)置協(xié)議棧的XBee/XBee-PRO模塊，工作頻率為2.4 GHz。XBee-PRO是XBee的加強型模塊，傳輸距離大幅增加，在空曠環(huán)境下可達(dá)1.5 km，兩種模塊的封裝以及操作模式是一致的。超聲波車位探測器包含XBee路由器模塊。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
超聲波車位探測器測距模塊首先利用脈寬調(diào)制器（PWM）產(chǎn)生控制脈沖，一個周期為41 ms，1 ms高電平，40 ms低電平。高電平時555定時電路發(fā)送40 KHz的超聲波，低電平時停止超聲波發(fā)送，方便超聲波車位探測器接收超聲波回波信號。超聲波開始發(fā)送時定時器1延時1 ms啟動，避免超聲波接收探頭接收到部分超聲波從而出現(xiàn)誤觸發(fā)；啟用定時器0對CX20106A的輸出引腳進(jìn)行下降沿捕獲，在接收到超聲波回波信號時，程序會進(jìn)入捕獲中斷服務(wù)子程序計算所測距離。
DS18B20的每次讀寫之前都要進(jìn)行一次復(fù)位操作，12位轉(zhuǎn)換精度下溫度值為16位符號擴展的二進(jìn)制補碼讀數(shù)形式。LPC2129與DS18B20之間采用單總線通信，程序中跳過了ROM序列號的讀取。
數(shù)據(jù)幀幀頭為Ox7E，此格式為固定格式。目標(biāo)模塊的地址包括目標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)地址和MAC地址；車位位置信息包含車位的區(qū)域信息和車位的具體編號，前者為大寫英文字母的ASCⅡ值，后者為3到4位十進(jìn)制數(shù)的ASCⅡ值。
中控計算機連接有XBee協(xié)調(diào)器模塊，需要查詢各個車位狀態(tài)時，發(fā)送查詢數(shù)據(jù)幀。車位探測器包含的XBee路由器模塊接收到數(shù)據(jù)時，觸發(fā)中斷進(jìn)入中斷服務(wù)子程序，當(dāng)判定接收到的數(shù)據(jù)幀中含有車位狀態(tài)查詢指令時，開始檢測相應(yīng)車位的狀態(tài)，并將車位占用情況發(fā)送至協(xié)調(diào)器。
運用MFC設(shè)計了本車位指引系統(tǒng)的上位機管理軟件，以完成中控計算機與XBee協(xié)調(diào)器的RS232通信，按照停車場樓層及停車區(qū)域的劃分，使用輪詢方式查詢相應(yīng)車位狀態(tài)信息，從而得出相應(yīng)區(qū)域的空閑車位數(shù)，并在上位機管理軟件界面上直觀顯示。
4 結(jié)束語
本車位指引系統(tǒng)硬件上使用了ZigBee無線通信模塊，并采用ARM7微處理器作為MCU，對超聲波測距的結(jié)果通過溫度傳感器進(jìn)行了溫度補償，車位探測的準(zhǔn)確度大幅提高。經(jīng)實際測試，本系統(tǒng)中超聲波車位探測器與中控計算機間的無線通信可靠、快速，車位狀態(tài)檢測精確，從上位機管理軟件的界面中可以簡潔直觀的看到各個樓層及不同停車區(qū)域的車位空余及占用狀態(tài)。本系統(tǒng)采用無線通信方式避免了當(dāng)前市場同類系統(tǒng)布線復(fù)雜的問題，在控制能耗方面表現(xiàn)較佳，能夠滿足國內(nèi)市場大多數(shù)客戶對此類系統(tǒng)的要求，有較強的應(yīng)用價值。
參考文獻(xiàn)
[1]劉凱.ARM嵌入式接口技術(shù)應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009.
[2]顧晗.基于PIC18F2580的CAN總線超聲波測距智能節(jié)點設(shè)計[J].電子元器件應(yīng)用，2009（03）：27-30.
[3]（加）Ekram Hossain，（英）Kin K.Leung編著.無線Mesh網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與協(xié)議[M].易燕等譯.北京：機械工業(yè)出版社，2009.
[4]曾慶鐘，溫志渝，陳伯勝.基于ARM的多點測溫系統(tǒng)設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2007（17）：127-129 .
[5]孫雪峰.基于Mesh網(wǎng)絡(luò)的無線抄表系統(tǒng)[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2009.
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