基于物联网技术的新型智能停车场

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　　摘   要：随着人均汽车拥有量的上升，停车已经成为目前城市管理中普遍存在的问题。然而，当前停车场的智能化、信息化水平还远远滞后于市场要求。如何提高车位利用率、如何节省寻找车位的时间成本以及如何最大限度降低人工成本成为目前停车场方案设计中亟待解决的问题。本设计从实际需求出发，设计并实现了一款智能车位预定与管理系统，分为用户、停车场、管理公司三端，同时通过下位机与人机交互系统通信，完成订单的验证以及车位锁的升降操作。
　　关键词：车位预定  智能化  人机交互
　　中图分类号：U491                                  文獻标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）10（c）-0074-03
　　Abstract： With the increase in per capita car holdings， parking has become a common problem in current urban management. On this basis， the current intelligent and informative level of parking lots lags far behind market requirements. How to improve parking space utilization， how to save the time cost of finding a parking space， and how to minimize the labor cost is the top priority of the current parking lot design. This design starts from the actual demand， and designs a system that can realize the parking space reservation. It is divided into three parts： user， parking lot and company. At the same time， human-computer interaction is realized through the lower computer， the order verification and the parking lock lifting operation are completed.
　　Key Words： Parking reservation; Intelligent; Human interaction
　　随着物质水平的提高，汽车已成为人们日常生活中必不可少的交通工具。目前在国内各大中城市中，到处可见交通拥挤状况，停车难成为了一个突出的问题。关于停车场信息如停车场位置、泊位利用情况、周边道路情况等信息的提供比较缺乏，驾驶员在无法得到停车场相关信息的情况下，往往是凭借以往的经验寻找停车泊位或在目的地周围绕行以寻找停车泊位，目的性不强，时间成本耗费较大且可靠性较低。本文设计并实现了一种基于物联网的车位预定与管理系统，同时融合了AR与大数据进行室内微导航以及停车场车位在运筹学角度上的最优分配。
　　1  产品概述
　　本设计提供了一种新型的智能化停车场方案，同时兼容车位预定和随到随停两种停车方式，在丰富了停车场功能结构的同时，也大大提高了停车场车位的有效利用率。
　　用户可通过APP提前预定车位，当车位被预定后，该车位锁升起，以防其他车辆驶入。当用户通过APP内置AR微导航驶入已预定车位时，摄像头拍照后上传系统识别，获得正确的反馈信息后，车位锁降下，用户驶入车位。为避免摄像头脏污等原因，也同时设置了键盘以便采用验证码输入方式进行验证。当用户未预定直接驶入可泊入车位时，该车位被占用后，即时传递信息到后台，更改APP上车位的状态。用户驶离车位时，车位通过压力传感器和红外传感器综合识别车辆是否离开，并发送通知请用户确认，用户确认后，该车位锁升起，同时在停车场出口识别车牌号后升起停车杆，这在一定程度上也大大降低了车辆被盗的几率。
　　2  下位机方案
　　在物联网设计中，下位机主要承担着测量、控制、人机交互等功能，本设计采用STM32作为处理器，STM32具有低功耗，工作频率高等特点，适合应用于窄带物联网（见图1）。
　　2.1 综合传感系统
　　在下位机设计中，红外传感主要应用于检测是否有车即将泊入，当有物体进入红外发射方向时，接收端将收到物体的反射信号，此时通过上升沿信号触发单片机退出休眠模式，进入工作状态。这种机制将大大减少单片机的功耗。为避免行人经过干扰红外，在反射之后，通过系统定时器定时0.5s再检测串口电平，同时读取车位前压力传感器，如果此时红外对管输出端仍为高电平且压力传感器数值大于1t，则启动摄像头拍照并上传至后台进行车牌识别。
　　2.2 语音模块
　　当车牌识别失败，返回结果为失败时，则启动语音模块提示用户使用键盘输入验证码验证或者将车牌重新对准摄像头。语音模块采用ISD1820语音芯片，同时为了增大音量，在其后级增加了一个耦合放大电路。
　　2.3 车位锁
　　为了实现车位锁的精准升降，本设计采用步进电机进行驱动，通过步长计算出所需脉冲数来准确升降。同时考虑到步进电机的失步等原因造成的升降高度误差，在车位锁内部增设了位置传感器，使用PID算法进行升降角度的补偿。除此之外，由于车位锁所需转矩较大，故采用继电器控制24V电压驱动车位锁。 　　3  上位机方案
　　在本系统中，上位机分为两级权限，单个停车场管理员和区域负责人。单个停车场负责人可查看域内停车热点图，由后台通过算法匹配得出各停车场车位最优分配方案，并推荐给正在APP上寻找相应地点附近车位的用户。
　　3.1 数据库设计
　　后台数据库共建有3个数据表，分别为Users（用户信息）表、Parking（车位信息）表、ParkingRecord（预定记录）表。
　　Users（用户信息）表：字段有Name（姓名）、Password（密码）、CellPhoneNumber（电话号码）、CarId（车牌号码）。
　　Parking（车位信息）表：字段有PName（停车场名）、PArea（停车区域）、PAdress（停车场地址）、P01（车位预定状态）、Ptype（停车场类型）、Ppark（是否停车）。
　　ParkingRecord（预定记录）表：字段有Name（用户名）、PAdress（停车地址）、CarId（车牌号）、PName（停车场名）、PArea（停车区域）、PTime（预定时间）、CellPhoneNumber（手机号码）、Ptype（停车场类型）、Code（停车验证码）。
　　3.2 车位故障自动检测
　　车位故障主要分为离线故障和车位锁故障。
　　离线故障为车位控制器连接网络失败，如果未能及时发现或处理，容易造成实际车位状态与APP上不符等失误。本系统通过下位机定期发送信息确认是否失联，如果车位超过3个周期未发送信息，則后台将其错误信息发送至该停车场值班人员。考虑到功耗要求，周期定为1分钟一次。
　　车位锁故障为由于电机损坏等原因造成的车位锁上升不到相应位置或无法下降。车位锁故障报错检修采用双层报错机制。当单片机发出相应驱动指令后，若10s后位置传感器还未被驱动，则进行第一次报错，第一次报错由下位机自行处理，通过继续发出驱动脉冲进行补偿，若5s后，车位锁仍未到达指定位置触发位置传感器，则进行第二次报错。第二次报错直接发送给停车场值班人员，要求其前往检修。
　　4  其他创新
　　4.1 AR微导航
　　很长时期内，以点线面组成的二维地图是我国电子导航地图的主要呈现形式，在Google Earth所代表的三维导航地图方案的持续刺激之下，我国电子导航地图也开始步入三维时代。
　　在车场之外，停车场是个大的目的地，传统导航就完全可以良好应用。着重的创新点是在于靠近车场以及车场内的车位导航。首先，传统导航中，在到达目的地附近时，导航就会提示，已到达目的地附近，导航结束。可是用户很可能并没有找到目的地的具体方位，这时就发挥了AR地图的功能，它可以识别摄像头所示内容中有无目的地的信息，会比gps定位更加精确智能。再者，在初到一个陌生而规模庞大的停车场时，其中的标识总是不能足够智能的起到导航作用。在软件中显示空车位或是用户预定车位，AR导航便可以实时识别场景的变化，即使是一个小标志物的不同也可以识别到，这样识别与导航结合使寻找车位这一过程更加智能便捷。
　　4.2 基于大数据的车位推荐
　　在多停车场管理中，如果单纯依赖于地理位置面向用户提供推荐，易导致单个或部分停车场饱和，而周围其他停车场出现无人预定的现象。同时，由于忽略了道路交通实时状况，造成由于交通堵塞而产生的用户预定而未停入的时间过长，在影响用户体验的，也引发停车场因为大量车位虽然被预定但闲置的收益降低。
　　基于云计算大数据，帮助大数据实现了数据共享，打破了数据孤岛，让以前闲置的道路数据和后台各停车场车位状态数据运作起来，为智慧停车提供数据的支持。在此基础上，经过运筹学的分析，训练出一个综合多项数据向用户推荐车位的非线性模型，在最大程度上优化一定区域内停车场总收入和用户驶入时间。
　　5  结语
　　本系统基于目前城市普遍存在的停车问题，利用物联网技术，实现了用户远程预定车位及停车场车位的有效管理。同时，结合AR微导航技术，弥补以往只有室外导航而造成车位难寻问题，解决了停车的“最后一公里问题”。在系统下位机的设计与实现中，涵盖综合传感系统、语音传感模块、车位锁等部分，进行车辆泊入信息感知、车辆有效信息确认以及车位预定。综上所述，本系统所具有的增加停车场车位利用率、减少驾驶人员寻找车位的空驶率，以及室内导航至车位的精确度等功能，都切实解决了当前停车所存在的问题，优化了以往停车场管理模式所存在的不足之处。在停车问题日益严重的当代，发展前景广阔。
　　参考文献
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