摘  要： 針對(duì)小區(qū)車位管理混亂,，管理水平低下等問題，設(shè)計(jì)了一種太陽能供電的無線傳感網(wǎng)車位管理系統(tǒng),。系統(tǒng)主要由終端節(jié)點(diǎn),、路由節(jié)點(diǎn)、中心協(xié)調(diào)器,、控制終端以及車牌識(shí)別系統(tǒng)構(gòu)成,，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的終端節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)均由太陽能光伏電池板供電,。車牌識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別進(jìn)出車輛牌號(hào)并送入控制終端查找確認(rèn)該車輛對(duì)應(yīng)的車位鎖（終端節(jié)點(diǎn)）,，并由中心協(xié)調(diào)器通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)控制該車位鎖的升降,，實(shí)現(xiàn)了小區(qū)車位網(wǎng)絡(luò)化、智能化管理,，提高了管理效率和水平,，拓展了無線傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍。
關(guān)鍵詞： 車位鎖,；太陽能,；無線傳感網(wǎng)絡(luò)；CC2530

　隨著我國(guó)大中城市經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,，現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷加快,，城市私人汽車數(shù)量飛速增長(zhǎng)，給整個(gè)城市停車問題帶來了具大的壓力,?？紤]到停車位的所有權(quán)、私用和公用問題,，很多小區(qū)的停車位只供小區(qū)居民停放車輛所用,，且小區(qū)的車位存在管理混亂、亂占車位等現(xiàn)象,。
　一些停車場(chǎng)采用壓力傳感器來檢測(cè)車位狀況，但壓力傳感器能采集的參數(shù)有限,，精度不高,，而且需要在整個(gè)停車場(chǎng)地表鋪設(shè)傳感器。參考文獻(xiàn)[1]提出一種基于RFID和攝像控制的解決方案,。該方法被眾多停車場(chǎng)所使用,，但由于讀寫器需要布線、價(jià)格較貴,、成本偏高,，其可執(zhí)行度不高。參考文獻(xiàn)[2]把閉路監(jiān)控加以改造,，將計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù),、模式識(shí)別和通信等多項(xiàng)技術(shù)相結(jié)合，打造計(jì)算機(jī)視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng),，監(jiān)測(cè)和控制停車位,。不過，這種技術(shù)對(duì)圖像處理技術(shù)要求很高,。參考文獻(xiàn)[3]在每個(gè)車位上方均設(shè)立超聲波檢測(cè)與視頻一體化的監(jiān)測(cè),。用視頻采集技術(shù)，可將車輛和車位匹配,，但需要布線,，且成本較高,。
　考慮到小區(qū)車位專屬性，參考文獻(xiàn)[4],、[5],、[6]提出了基于車位鎖的解決方案。車位鎖控制簡(jiǎn)單,，成本較低,，既能適用于收費(fèi)場(chǎng)合，也可在免費(fèi)或臨時(shí)停車場(chǎng)推廣使用,。但沒能構(gòu)成智能化,、信息化管理。參考文獻(xiàn)[7]提出一種基于GSM無線網(wǎng)絡(luò)的車位管理系統(tǒng),，但每個(gè)車位均需SIM卡,，屬收費(fèi)網(wǎng)絡(luò)。
近年來,，隨著無線信息傳輸技術(shù)的發(fā)展,，ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)以其低功耗、低成本,、低速率,、近距離、短時(shí)延及高安全等特點(diǎn),，在交通,、農(nóng)業(yè)、環(huán)境檢測(cè)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,?；谛^(qū)車位管理的特殊性及目前車位管理的現(xiàn)狀，本文將ZigBee傳感網(wǎng)絡(luò)與車位管理相結(jié)合,，構(gòu)建了無線車位管理系統(tǒng),，使得車位管理更具智能化、信息化,，提高了管理效率和質(zhì)量,。
1 車位管理系統(tǒng)構(gòu)成
　車位管理系統(tǒng)主要由分布式車位鎖節(jié)點(diǎn)（終端節(jié)點(diǎn)）、路由節(jié)點(diǎn),、中心協(xié)調(diào)器,、控制終端以及車牌識(shí)別系統(tǒng)5個(gè)部分組成。車位管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,。

　車位鎖節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)以自組織的方式組成以中心協(xié)調(diào)器為中心的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò),，控制終端通過中心協(xié)調(diào)器控制所有與之相連的路由節(jié)點(diǎn)及車位鎖節(jié)點(diǎn)。車牌號(hào)智能識(shí)別系統(tǒng)安裝在小區(qū)入口,，通過攝像頭拍攝進(jìn)出車輛牌號(hào),，并將車牌信息送入系統(tǒng)控制終端,，并與數(shù)據(jù)庫比對(duì)，確認(rèn)是本小區(qū)的車輛后,，控制終端通過中心協(xié)調(diào)器發(fā)送指令給該車輛對(duì)應(yīng)的車位鎖節(jié)點(diǎn),，控制該車位鎖的升降，實(shí)現(xiàn)車輛自動(dòng)停車,，該命令通過任一路由到達(dá)該節(jié)點(diǎn),。
　每個(gè)路由節(jié)點(diǎn)除了基本的路由功能及控制車位鎖外，還要完成利用太陽能光伏電池板對(duì)蓄電池充電功能,。由于各個(gè)車輛的進(jìn)出頻率較低,，同一時(shí)刻兩輛及以上車輛同時(shí)進(jìn)出的概率很低，且車位鎖節(jié)點(diǎn)在沒有動(dòng)作時(shí),，均處于低功耗模式,，因此，所有通過同一個(gè)路由節(jié)點(diǎn)加入到網(wǎng)絡(luò)的車位鎖節(jié)點(diǎn)及該路由節(jié)點(diǎn)本身均由同一蓄電池供電,。
2 車位鎖節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
　車位鎖節(jié)點(diǎn)要根據(jù)控制終端的指令實(shí)現(xiàn)對(duì)車位鎖的升降動(dòng)作,，以便實(shí)現(xiàn)車輛的停車及駛出。在功能上,，車位鎖節(jié)點(diǎn)可以劃分為微控制器功能模塊,、無線通信功能模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)及保護(hù)模塊,。本設(shè)計(jì)采用CC2530作為主控芯片實(shí)現(xiàn)車位鎖節(jié)點(diǎn),，其硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　微控制器采用CC2530F256集成芯片,。CC2530F256是用于2.4 GHz IEEE 802.15.4 ZigBee和RF4CE應(yīng)用的一個(gè)真正的片上系統(tǒng)解決方案。它能夠以非常低的成本建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),。它具有領(lǐng)先的RF收發(fā)器的優(yōu)良性能,，業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型8051 CPU，系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash,，8 KB的RAM和256 KB的Flash,，具有不同的運(yùn)行模式，使得它尤其適應(yīng)超低功耗要求的系統(tǒng),。運(yùn)行模式之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間短進(jìn)一步確保了低能源消耗,。CC2530F256結(jié)合了德州儀器的業(yè)界領(lǐng)先的黃金單元ZigBee協(xié)議棧（Z-StackTM），提供了一個(gè)強(qiáng)大和完整的ZigBee解決方案,。微控制器模塊與無線通信模塊電路如圖3所示,。

　為了提高無線傳感模塊信息傳輸距離，在CC2530無線輸出端增加了RFX2401功率放大模塊,。RFX2401是一個(gè)完全集成的單芯片射頻前端集成電路,，為滿足ZigBee通信需要,，它包含了所有的RF功能。RFX2401的架構(gòu)整合了功率放大器,、低噪聲放大器,、傳輸和接收開關(guān)電路、阻抗匹配網(wǎng)絡(luò),、諧波過濾器和CMOS控制邏輯,，專為2.4 GHz ISM頻段使用，并支持802.15.4和ZigBee2007標(biāo)準(zhǔn),，其性能優(yōu)越,、靈敏度高、效率高,、噪音低,、尺寸小且成本低。
　電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊主要用來驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)完成車位鎖機(jī)械裝置的升降,。為提高電機(jī)運(yùn)行效率,，減小不必要的功率損耗，提高蓄電池供電時(shí)間,，對(duì)電機(jī)采用PWM控制,。控制芯片采用ST公司的集成驅(qū)動(dòng)芯片L298,。它的最高工作電壓可達(dá)46 V,，輸出瞬間峰值電流可達(dá)3 A，持續(xù)工作電流為2 A,，直流電流總和可達(dá)4 A,。
3 路由節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
　路由節(jié)點(diǎn)基本功能是負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)信息，尋找最適合的路由路徑,，當(dāng)有節(jié)點(diǎn)加入時(shí),，可為節(jié)點(diǎn)分配地址。路由器獲得的地址是不變的,，可作為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡刂肥褂?。即使中心協(xié)調(diào)器掉電，路由器仍然在保持網(wǎng)絡(luò),，路由與路由之間仍然能夠通信,，且當(dāng)有新的節(jié)點(diǎn)加入時(shí)，仍然能夠通過現(xiàn)有的路由獲得地址,，加入網(wǎng)絡(luò),。
　此外，路由節(jié)點(diǎn)本身不但可以完成車位鎖功能,，還要完成對(duì)蓄電池充電的任務(wù),。路由節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示,。太陽能光伏電池板經(jīng)充電電路對(duì)蓄電池充電，同時(shí),，蓄電池給路由節(jié)點(diǎn)及通過該路由節(jié)點(diǎn)分配地址并連接到網(wǎng)絡(luò)的車位鎖節(jié)點(diǎn)供電,。為降低充電電路中電力電子器件的開關(guān)損耗，提高效率,，充電電路采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,、效率高的BUCK軟開關(guān)電路[8]。由于太陽能光伏電池板容量有限,，且太陽光線在一天中不同時(shí)段強(qiáng)弱不同,，因此，對(duì)蓄電池主要采用涓流充電的方法,。

4 中心協(xié)調(diào)器
　中心協(xié)調(diào)器用來創(chuàng)建一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò),，當(dāng)有節(jié)點(diǎn)加入時(shí)，自動(dòng)分配地址給子節(jié)點(diǎn),，中心協(xié)調(diào)器為不能掉電設(shè)備,，沒有低功耗狀態(tài)。每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)需要且僅需要一個(gè)中心協(xié)調(diào)器,，不同網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)ID號(hào)是不一樣的,，如果在同一空間存在兩個(gè)中心協(xié)調(diào)器，且它們初始的網(wǎng)絡(luò)ID一樣,，則后上電的中心協(xié)調(diào)器的網(wǎng)絡(luò)ID會(huì)自動(dòng)加一,，以免引起網(wǎng)絡(luò)ID沖突。中心協(xié)調(diào)器結(jié)構(gòu)框圖如圖5虛線框內(nèi)所示,。

5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
5.1系統(tǒng)組網(wǎng)
　根據(jù)圖1組建了一個(gè)車位管理的ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò),，如圖6所示。

    一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中只有一個(gè)中心協(xié)調(diào)器,，它可以給路由節(jié)點(diǎn)分配地址,，地址已經(jīng)分配完的協(xié)調(diào)器不能與其他不是由協(xié)調(diào)器分配地址的路由器和終端節(jié)點(diǎn)直接通信，但可通過其他路由節(jié)點(diǎn)通信,。路由節(jié)點(diǎn)由協(xié)調(diào)器或其他已存在的路由節(jié)點(diǎn)分配地址，它也可以為終端節(jié)點(diǎn)分配地址,。終端節(jié)點(diǎn)理論上可以經(jīng)任意路由與中心協(xié)調(diào)器通信,，至少可通過為該終端節(jié)點(diǎn)分配地址的路由節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，但不能經(jīng)由已經(jīng)提供完終端節(jié)點(diǎn)地址的其他路由節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信,。
5.2 數(shù)據(jù)傳輸
　數(shù)據(jù)傳輸分透明數(shù)據(jù)傳輸和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸,。在透明數(shù)據(jù)傳輸模式下，中心協(xié)調(diào)器從接收到的數(shù)據(jù)自動(dòng)發(fā)送到所有節(jié)點(diǎn),，數(shù)據(jù)內(nèi)容保持不變,；所有節(jié)點(diǎn)接收到的數(shù)據(jù)自動(dòng)發(fā)送到中心協(xié)調(diào)器,，相當(dāng)于任一節(jié)點(diǎn)與中心協(xié)調(diào)器之間用電纜直接連接。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸適合于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸,，接收方知道數(shù)據(jù)來源地址,，發(fā)送方知道目標(biāo)地址。
　針對(duì)小區(qū)車位監(jiān)控,、管理混亂及效率低下等問題,，設(shè)計(jì)了一種太陽能供電的ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)車位管理系統(tǒng)，給出了無線傳感網(wǎng)絡(luò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方案,，實(shí)現(xiàn)了高效率智能化停車,，進(jìn)一步提高了車輛停車的安全性和可靠性。
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