引言
停車場(chǎng)車位實(shí)時(shí)檢測(cè)是實(shí)現(xiàn)停車場(chǎng)智能管理和提高停車位利用率的關(guān)鍵,，也是停車管理現(xiàn)代化的要求,。停車場(chǎng)車位檢測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展，大體經(jīng)歷地感線圈檢測(cè),、閘機(jī)控制和車位實(shí)時(shí)檢測(cè)三個(gè)階段,。車位檢測(cè)與檢測(cè)技術(shù)水平有密切的聯(lián)系，傳感器的快速發(fā)展是檢測(cè)水準(zhǔn)的保證,。前兩種車位檢測(cè)系統(tǒng)的基本架構(gòu)過于龐大,，安裝過于繁瑣；在可靠性,、實(shí)時(shí)性,、準(zhǔn)確性、可擴(kuò)展,、低能耗和工程量小等方面都不能滿足停車場(chǎng)快速發(fā)展的需求,。
WiFi是一種短距離無線技術(shù)，它通過無線電波來連網(wǎng),，廣泛用于室內(nèi)無線局域網(wǎng)組建,。WiFi突出優(yōu)勢(shì)在于：一是無線電波的覆蓋范圍廣，半徑可達(dá)100 m左右,；二是WiFi的傳輸速度非?？欤梢赃_(dá)到54 Mb/s,；三是進(jìn)入門檻低,，只要支持WiFi的終端設(shè)備都可以按照一定的權(quán)限加入到WiFi網(wǎng)絡(luò)中。在車位檢測(cè)系統(tǒng)中,，使用WiFi技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)參數(shù)采集與傳送,、控制信號(hào)的傳輸與控制，避免在停車場(chǎng)布設(shè)繁瑣的數(shù)據(jù)線，對(duì)降低成本和能耗都有一定的意義,，使檢測(cè)系統(tǒng)的擴(kuò)展性更靈活,。
射頻識(shí)別(Radio Frequency Identification，RFID)技術(shù),，是一種利用射頻通信實(shí)現(xiàn)的非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù),。2．4 GHz頻段的RFID對(duì)系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)的設(shè)備要求可以降低，對(duì)頻率偏差的敏感度降低,。在車位檢測(cè)系統(tǒng)中引入RFID技術(shù),，利于標(biāo)準(zhǔn)性設(shè)備的開發(fā)，利用車檢器ID號(hào)的惟一性可以實(shí)現(xiàn)快速定位車位,，利于停車場(chǎng)車位引導(dǎo),。
本文結(jié)合停車場(chǎng)對(duì)車位檢測(cè)系統(tǒng)的要求，設(shè)計(jì)了一種基于WiFi的RFID可擴(kuò)展AMR車位檢測(cè)系統(tǒng),，大大減少了車位檢測(cè)系統(tǒng)的成本和復(fù)雜度,，降低了系統(tǒng)的能耗，提高了系統(tǒng)檢測(cè)精度和可行性,，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性,。
1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1．1 車位檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
車位檢測(cè)系統(tǒng)由服務(wù)器、無線路由器,、車位顯示屏,、RFID讀寫器和AMR(Anisotropic Magneto Resistive)傳感器節(jié)點(diǎn)組成。服務(wù)器負(fù)責(zé)對(duì)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,，將處理結(jié)果發(fā)送到顯示屏,，擔(dān)負(fù)著向讀寫器發(fā)送指令的任務(wù)。無線路由器是整個(gè)車位檢測(cè)系統(tǒng)的重要部分,，它負(fù)責(zé)將整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)部分組建成一個(gè)局域網(wǎng),。車位顯示屏用于車位現(xiàn)狀實(shí)時(shí)顯示。RFID讀寫器接收AMR傳感器節(jié)點(diǎn)上傳的數(shù)據(jù),，通過WiFi傳給服務(wù)器,，也接收服務(wù)器的指令轉(zhuǎn)發(fā)到AMR傳感器節(jié)點(diǎn)。AMR傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)檢測(cè)車位上的磁場(chǎng)情況,，根據(jù)磁場(chǎng)的變化情況判斷是否存在車輛,，把檢測(cè)到的情況通過數(shù)據(jù)來反映，把數(shù)據(jù)打包通過無線方式傳給RFID讀寫器,，節(jié)點(diǎn)和RFID讀寫器通信是雙向的,。
在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),，系統(tǒng)RFID讀寫器為網(wǎng)絡(luò)控制器,，AMR傳感器節(jié)點(diǎn)均為從節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖所示。 RFID讀寫器具有收發(fā)功能,，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的上下行數(shù)據(jù)或者指令的管理與控制,；AMR傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)磁場(chǎng)參數(shù)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)預(yù)處理。
網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖
車位檢測(cè)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)有：
(1)AMR傳感器節(jié)點(diǎn)電路,，包括節(jié)點(diǎn)電源部分,、車位磁場(chǎng)采集部分、數(shù)據(jù)預(yù)處理部分及射頻收發(fā)部分等,；
(2)RFID讀寫器電路,，包括射頻收發(fā)部分、WiFi部分,、數(shù)據(jù)處理部分和控制部分,。
AMR傳感器節(jié)點(diǎn)基本電路如圖所示。電源部分由TI公司的APL5312-33起到LDU功能,，電源輸入電壓為4．2 V,，輸出為3．3 V。
AMR傳感器節(jié)點(diǎn)基本電路
磁場(chǎng)強(qiáng)度檢測(cè)使用MMC2122MG AMR傳感器,，該傳感器具有體積小、壽命長(zhǎng),、靈敏度高,、能耗低和穩(wěn)定性等特點(diǎn)，可廣泛用于電子指南針,、GPS導(dǎo)航,、位置感知、車輛檢測(cè)和磁力測(cè)定,。MMC2122MG是有兩軸的磁阻傳感器,，它在芯片上能完成信號(hào)處理，還集成了I2C總線,，不需要進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換,，可以直接接到微處理器上。
采用具有低功耗,、高性能的MSP430F2618對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,，通過它自帶的SPI口與2．4 GHz射頻芯片CC2500進(jìn)行通信，將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)包上傳給RFID讀寫器,，也接收RFID讀寫器發(fā)來的指令,。
AMR傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)物如圖4所示。
RFID讀寫器射頻收發(fā)部分電路如圖5所示,，CC2500通過SPI與讀寫器控制部分進(jìn)行通信,，CC2591通過提供一個(gè)功率發(fā)送器增加鏈路預(yù)算，以改善輸出功率；CC2591具有低噪聲系數(shù)的低噪聲放大器(LNA)以改善接收機(jī)靈敏度,，還具有功率放大器(PA),、開關(guān)射頻匹配器和巴倫電路，能滿足高性能無線應(yīng)用的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì),。
WiFi模塊采用上海沁科信息技術(shù)有限公司開發(fā)的EMB-380-I1,，該模塊內(nèi)部集成了TCP／IP協(xié)議棧和WiFi通信模式驅(qū)動(dòng)，串口的最大波特率為115 200 b／s,。數(shù)據(jù)處理和控制部分采用ST公司的STM32F100C4,，這款芯片支持SPI口和串口，通過SPI口與CC2500通信,，通過串口與WiFi模塊通信,。
2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
2．1 通信協(xié)議與數(shù)據(jù)幀設(shè)計(jì)
通過本系統(tǒng)的應(yīng)用分析，為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性,，引入WiFi和RFID,。在系統(tǒng)通信協(xié)議中省略了安全機(jī)制，AMR傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)置為RFID標(biāo)簽形式,，對(duì)停車場(chǎng)內(nèi)的AMR傳感器節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一編惟一的ID號(hào),，也對(duì)RFID讀寫器進(jìn)行編號(hào)。AMR傳感器節(jié)點(diǎn)通過與RFID讀寫器進(jìn)行通信并入WiFi網(wǎng)絡(luò),。系統(tǒng)的協(xié)議棧如圖6所示,。
系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀由幀頭和幀類型組成，幀頭結(jié)構(gòu)如圖7所示,。
包長(zhǎng)度(8 b)表示從一個(gè)字節(jié)開始到幀結(jié)束的字節(jié)數(shù),；協(xié)議ID(8 b)用于區(qū)分協(xié)議的功能；幀類型(8 b),，不同的幀類型有不同的幀格式,。
幀類型主要有三種類型，AMR傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)包(32 b)／RFID讀寫器數(shù)據(jù)包(32 b)采用廣播方式,，設(shè)備命令包(32 b)采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式,。
2．2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
檢測(cè)系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)使用模塊化程序設(shè)計(jì)方法，由傳感器節(jié)點(diǎn)和RFID閱讀器組成,。系統(tǒng)軟件流程如圖8所示,。
3 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果與討論
系統(tǒng)在某中型停車場(chǎng)中進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試記錄如表1所示,。測(cè)試結(jié)果表明,，系統(tǒng)正確檢測(cè)出車輛在95％左右。由于傳感器是根據(jù)車輛對(duì)地磁場(chǎng)擾動(dòng)的原理來檢測(cè)車輛的存在,，而車輛的不同構(gòu)造和材質(zhì)對(duì)地磁場(chǎng)的擾動(dòng)情況不一樣,，因此會(huì)引起AMR傳感器的誤檢和漏檢,。基于這樣的情況需要在車輛離開車位后對(duì)傳感器的閾值進(jìn)行重新標(biāo)定,。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和RFID技術(shù)作為近年新興的檢測(cè)和識(shí)別技術(shù),，在物流管理和智能感知中得到快速的發(fā)展。本文所設(shè)計(jì)的基于WiFi的RFID可擴(kuò)展AMR車位檢測(cè)系統(tǒng),，具有運(yùn)行可靠,、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、布線少,、能耗低和可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn),，對(duì)提高停車場(chǎng)智能管理的智能化、無人化方面具有一定的意義,。