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基于ZigBee的无线传感器网在大型停车场中的应用
2013-01-06    来源:


O引言

随着经济的发展和车价的下调,中国各大中城市私家车总量急剧攀升.20096月,南京市注册登记的机动车突破百万辆.与之俱来的是城市交通和停车的压力.现在,商场、超市、车站、机场、地铁出医院、大型小区,都配套拥有约300个甚至上千个停车位的大型停车场.人工收费和管理已经无法满足快速、高效、安全管理的需求.组建基于ZigBee的无线传感器网络,将帮助物业管理部门对大型停车场

进行有效的管理.

1 ZigBee技术特点

无线传感器网络(Wimless NetworkWSN),由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成,是通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统…,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息,并发送给观察者.

一般而言,随着通信距离的增大,设备的复杂度、功耗以及系统成本都在增加.如何解决无线信道的多变性和易丢失性,以及节点的能源限制是关键.接收灵敏度一定时,无线发射功率P和接收半径尺之间的关系[21P正比于R2R5.长距离数据传输时,能耗情况会十分严重,对能量有限的系统来说,会造成节点过早死亡.ZigBee(曾被称作HomeRFlateFireFly无线技术),基于IEEE802154规范,有通信效率、低复杂度、低功耗、低速率、低成本、高安全性以及全数字化等诸多优点,与WiFi(EE80211)Blueto(EE80215)等同使用24GHz频段(此为免执照频段)的技术相比(如表1所示),用户能拥有较长的电池寿命和较多的器件阵列.如使用网状网络拓扑结构(Mesh)bJ,理论上可组建有216个节点的大型网络.

大型停车场这种需要较大范围的通信覆盖,网络中的设备非常多,但仅仅用于监测或控制,传输的数据量很小的场景,选用设备成本低,无须频繁地更换电池或者反复地充电的基于ZigBee技术的传器网络是最为适当的.

2停车场的管理系统设计

该系统可分为4个模块.入口管理、泊位管理、出口与收费管理、管理中心.

中央监控计算机对来自停车场的所有数据集中处理,并返回相对应的操作指令.在协调和管理整个监控系统的同时,也可通过系统集成,融入小区、大楼的智能自动化管理系统.在需要时,可向上级管理部门提供数据报表或具体的车辆定位查询.停车场本身可标记为ABC等多个区,每个区可设置一个ZigBee路由.每个车位可设置一个基于ec2430模块的精简功能无线传感器终端.每个路由管理该区的数十个终端.整个Mesh网络由一个协调器来协调[4],并与中央监控系统交换信息.停车场的各个节点的拓扑结构如图1


 

停车场的客户可分月租和临时两种.月租客户随车携带停车卡.临时客户在发卡处领取停车卡,出口处交还.停车卡中选用r兀公司生产的基于ZigBee技术的带定位引擎的射频芯片CC2431

21入口管理

入口部分主要由ZigBee路由器、发卡机(或管理员)、车位显示屏、摄像头、电动栏杆、挡车器组成.其控制原理如图2

月租客户的车行驶至离入12I in处时,ZigBee路由就能接收到停车卡的射频信号.路由得到射频卡的芯片的64位全球唯一的MAC地址后,由协调器为该终端分配一个16位网络地址.停车卡终端以此地址与ZigBee网络中其它设备进行通信b].中央控制计算机得到停卡的使用情况.如该卡已被某车位匹配使用中,则管理员或发卡机提示要求另取临时付费卡使用.车辆进入入El车道缓慢行使时,可观察车位显示屏中空闲车位的分布情况.同时,摄像头将车牌拍下并传输给中央控制计算机.计算机运行识别系统软件,识别出车牌,同时将此车所使用或将使用的停车卡的MAC地址及停车时间存人系统.月租客户核对无误时,电动栏杆自动起栏放行车辆.如为临时客户,将在取卡后放行.待车辆通过后,再放下栏杆.

22泊位管理

车辆进入停车场后,可自主选择车位泊车.泊位管理由泊位分布显示屏、泊位指示器、各种智能路标、车位无线传感器、zigBee路由器等组成.

车辆进入某块区域时,基于接收信号强度(RSSI)的定位技术,车辆里的停车卡中的cc243以与周边的车位传感器中的cc2430芯片一起定位并回报中央控制计算机其位置.目前采用不同的算法,精度可控制在053tn的误差范围内哺J.但停车场车位与车位间距离较近,如精确匹配停车卡和位,需要提供更多信息.目前超声波定位技术、射频识别技术成本都相对较高.本系统中,采用廉价的红外线反射性传感器与cc2430相结合的方法Ⅲ.


车辆停车后,红外线反射性传感器感应到车辆,cc2430芯片将车位已泊车的信息通过ZigBee网络传给中央控制计算机.中央计算机系统比对停车卡cc2431芯片定位的数据后,将车位编号、停车卡编号、车牌、停车起始时间等作为一条记录保存下来,同时发出指令,修改入口处等地的车位显示屏.车辆离开车位时,cc2430芯片将车位空闲的信息报告中央控制计算机;同时,核对原停车卡是否连人该区域,如果没有,立刻启动防盗警戒系统,阻止车辆离开.

各车位的无线传感器因为处理的信息较简单,可采用精简的功能终端设备旧J.红外线传感器可连接倒车警告电路.同时,设定各区域的某一个终端增加温度或者有害气体传感器预防火警或监控其它的安全问题挎J

23出口管理和收费

出口管理主要由ZigBee路由器、收费管理窗13、信息显示屏、摄像头、电动栏杆、挡车器组制原理如图3

月租车辆在出El车道时,ZigBee路由检测到新的终端即停车卡,摄像头拍得车牌信息,系统识与原纪录中保存的车牌对比无误,通知道闸,启动电动栏杆,车辆离开停车场.

临时车辆进入出El车道时,ZigBee路由检测到停车卡,返回中央控制系统该车辆停车终止时间.中央控制系统根据停车时间,费率等计算出停车费,将信息通过网络传给收费管理窗VI和信息显示屏,收费员回收停车卡,并完成收费后,启动电动栏杆,放行车辆.

24管理中心系统

管理中心的功能是管理和监控停车场的出口、入口、停车位的运行使用和安全情况.系统包括:管理月租卡和临时卡的使用;管理月租卡客户的有关信息;设置收费费率,并生成各种财务报表;实时管理车位信息,更新各处显示屏,临时停车位已满时,在显示屏上显示无空车位,暂停临时客户车辆的泊车;月租客户期限将满时提醒续费;对停车情况进行汇总分析,最大可能的提高停车场的利用率;通过分布各处的传感器,保证消防安全;管理排风机等设备,及时换气;通过摄像头等方式,最大可能的保障停车场的安全防盗工作,在必要时,可向警方随时提供精确到车位的车牌查询.

3 结束语

本文提出了一个基于ZigBee技术的大型停车场智能管理系统的构建方法.具有规模大,造价合理,实用性强的优点.根据车辆的停车情况,可对某些模块稍做变化,既可使用于车辆车牌较固定的小区,更能胜任超市,机场等车辆来源复杂的停车场环境,适应性极强.但对车牌识别系统的识别率和准确度有一定的要求u0|

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