基于物联网与地磁传感技术的智能停车系统

来源：《现代科学仪器》期刊2016-09-12点击：466

【核心介绍】研究以ARM Cortex-M3为内核的STM32F103VET6作为系统的微控制器，选用CC2430主控芯片的ZigBee组网实现室内路径的导航，采用nRF24L01网络负责无线网络通信的实现，将数据实时传到上位机，解决现实中停车难和城市停车场实时信息难以获得的问题。经过实际测试，该系统实时性好、稳定性高、检测精度高、诱导误差小等优点。　

基于物联网与地磁传感技术的智能停车系统

李俊楠邓巧茵万智萍

（中山大学新华学院广东广州 510520）

摘要研究以ARM Cortex-M3为内核的STM32F103VET6作为系统的微控制器，选用CC2430主控芯片的ZigBee组网实现室内路径的导航，采用nRF24L01网络负责无线网络通信的实现，将数据实时传到上位机，解决现实中停车难和城市停车场实时信息难以获得的问题。经过实际测试，该系统实时性好、稳定性高、检测精度高、诱导误差小等优点。

关键词 物联网；无线网络；嵌入式；智能诱导

中图分类号 TP271 文献标志码：A

Intelligent Parking System based on internet of things and Geomagnetic Sensor Technology

Li Junnan,Deng Qiaoyin,Wan Zhiping

(Xinhua College of Sun Yat-sen University,Guangdong Guangzhou 510520,China )

Abstract In order to solve current parking situation and the urban parking information is difficult to acquire, this study used ARM Cortex-M3 core STM32F103VET6 as the system microcontroller and choosed CC2430 chip to achieve indoor navigation, as for the wireless network communication using nRF24L01 chip upload the data to PC. After the actual test, the system has good real-time performance, high stability, high precision, and the advantages of small induced error.

Key words Things; wireless network; embedded; intelligent induction

随着中国城市的国际化的发展，汽车保有量急剧增加，目前国内大部分的场内停车场还处于原始的人工管理阶段，停车诱导系统应用极其有限。为了提高停车场的信息化、智能化管理水平，给车主提供一种更加安全、舒适、方便、快捷和开放的环境^[1]，因此，设计一种基于物联网的智能停车场系统，实现停车场运行的高效化、节能化、环保化。

1 系统总体架构

智能停车场系统由停车场车辆信息采集、数据信息传输、停车场车辆信息发布与车辆诱导五大部分组成。图1为系统的总体结构图。车辆信息采集模块主要实时检测车辆的进出状态，获得停车场里车辆的车位信息；分布在停车场内外的ZigBee节点结合地磁传感器定位出空余车位的所在位置^[2]，采用nRF24L01无线网络技术作为本系统的网络层通信，将数据发送到终端服务器，并通过交通诱导显示屏向来往车辆展示。其中无线网络传输和ZigBee停车场车辆空余路径定位是本系统设计的关键。

图1 系统总体架构图

2 系统硬件设计

2.1 数据采集模块

本电路的设计主要由地磁传感器HMC5883负责停车场车辆进出的实时检测，获得停车场内车位的数量和空余数量信息。图2为车位检测电路图。HMC5883内部集成放大器、偏差校准、12位数模转换器电路，带有数字接口、高分辨率的高集成模块，常应用于磁场检测领域。通过标准IIC总线协议和串口通讯接口将采集到的数据发送到从机微控制器^[3]，结合ZigBee组网定位车位位置，再通过无线网络nRF24L01将数据发送到服务器端进行数据的处理和显示。

图2 地磁传感器HMC5883硬件电路图

2.2 无线网络模块

系统以基于2.4GHz无线收发器nRF24L01实现近距离无线通信，能够实时感知和采集传感器的信号，以无线电波作为载体实现对传感器之间的数据通信。nRF24L01是一款8051为内核基础的增强型、工作在2.4～2.5GHz频段的单片无线收发器芯片无线收发器^[4]，内部集成无线收发、ADC、USART、看门狗和定时器。各传感器经过内部A/D转换后以数字信号通过I/O口引脚和nRF24L01实现通讯，nRF24L01将采集到的数据打包并发送到接收端^[5]。无线收发电路如图3所示，电路的前端是射频接收模块，可以通过软件编程设置其工作方式（接收、空闲、关机），当模块工作在接收模式时， ANT1、ANT2端口作为信号的收发引脚，nRF24L01的SCK为同步时钟，MOSI主输出从输入，MISO主输入从输出通过SPI接口连接到主控器芯片进行数据通信，软件设置地址码可以实现多从机对主机的数据通信^[6]。

图3 无线传输电路图

2.3 车位定位技术

本电路采用本基于IEE 802.15.4为代表的ZigBee物联网技术，通过CC2430芯片常用的接收信号强度指示RSSI技术^[7]，依据接收信号的强度和已知参考节点位置计算车位空余所在位置。ZigBee组网由协调器、参考节点、待测节点和控制终端组成。CC2430芯片作为核心CPU，具有高速﹑低功耗8051内核﹑128K可编程内存﹑8KB的SRAM﹑128KB/s的高速无线通信接口的无线射频模块^[8]。其原理图如图4。ZigBee组网时先由协调器建立无线网络，等待串口节点接入网络中。车位所在节点通过收集各个参考节点的RSSI平均值后计算出所在位置信息。

图4 ZigBee最小系统电路图

2.4 系统微控制器

系统的主控制器采用基于ARM Cortex-M3为内核的STM32F103VET6 作为核心CPU，由于STM32系列芯片具有性能高、低功耗、指令丰富等优点。片内集成了512KB的FLASH以及64KB的SRAM，多种常用接口，外部扩展接口充足^[9]。因此完全足于完成本系统的设计要求。系统的总体框架如图5所示。

图5 系统总体框架

3 系统实验测试

终端通过网络模块是将采集到的数据接收并显示，上位机采用Qt开发，通过Socket编程，实现了车辆位置的实时监测。本监控软件功能强大，拓展性好。监控人员可通过本监控软件对车辆进行集中监控管理，具有高效率，实时性好，调度集中，节省资源等优点。本次通过室内模拟停车场，实验测试证明，该系统能够准确判断出空余车位的剩余量以及所在位置，上位机的诱导轨迹显示误差小。系统测试结果如图6所示。