基于无线传感器网络的停车位检测系统.doc

精品文档基于无线传感器网络的停车位检测系统 摘要 为了改善停车状况日益恶化的情况，缓解交通压力，实现停车场车辆的自动检测和智能停车。本课题以停车场为研究背景，根据无线网络车辆检测系统的实现原理，选择超声波传感器作为车辆检测方式，设计出一套基于无线传感器网络的停车位检测系统。本课题分析基于IEEE 802.15.4标准的各种Zigbee技术网络拓扑结构，选择最适合本系统的网络拓扑结构以搭建无线网络。设计多元化友好人机界面。同时对系统的硬件电路和软件进行了详细设计。试验结果表明：系统能够准确地判定当前的车位状态。系统的实现将大大提高停车场内部的停车效率，方便进入停车场的驾驶员根据当前车位使用情况选择最佳停车位，能够为用户提供更加人性化的服务，必将成为智能交通的重要部分。 关键词 Zigbee；超声波传感器；车辆检测 中图分类号TP2 文献标识码 A 文章编号20956363（2016）04002902 随着社会经济的发展，私家车的数量与日俱增，给城市的交通带来了沉重的压力。目前，停车场普遍存在以下问题：管理员不了解停车场内停车位的占用情况，只能靠人工去勘察。驾驶员在场内寻找空余车位时会占用出入主车道资源，造成交通拥堵。因此，设计一套能够实时监测停车场车位占用情况的停车位检测系统具有十分重要的意义。 国内对停车位检测的方法有基于机器视觉的图像识别技术，红外传感技术等。叶卿等对基于机器视觉的停车位检测方法进行了研究；华南理工大学的何建华分析了采用磁阻检测方式进行停车位检测的可行性；郑丽玲等对基于超声波检测方式的车辆检测系统进行了研究；张足生等、彭燕介绍了基于ZigBee协议的无线网络设备以及网络拓扑结构，验证了ZigBee技术是有效的无线传感器网络组网技术。 本系统使用超声波传感器在车位上进行车辆识别，再通过Zigbee网络和数据网络传输信息，其无线传感器节点可实时地检测各个车位的使用情况，让进入停车场的泊车者能够迅速了解停车场内的情况并选择最佳停车位，为用户提供更加人性化的服务。 1系统总体设计方案 系统主要由传感器检测模块、ZigBee模块和上位机软件模块组成。该系统通过超声波传感器获得信息，即终端检测节点检测到停车位车辆的存在，从而判别车位状态，经路由节点的传输，信息汇聚到协调节点，在上位机上显示停车位信息，总体结构如图1所示。 整个停车位检测系统的各组成部分功能如下： 1）传感器检测模块由超声波传感器和相应的信号处理电路构成。主要负责停车位信息的采集，并将采集到的信息发送给路由节点。 2）ZigBee模块由终端检测节点、路由节点以及协调器节点组成。能够将终端节点采集到的信息经路由节点汇聚以后发送给协调器节点，再将总的信息通过串口通信发送给PC机。 3）上位机软件能够对PC机发送来的信息进行判断处理。软件需求分析包括车位状态清晰显示、网络拓扑结构的显示、实时数据保存、地图重置等。 2系统硬件设计 系统硬件主要由PC机、协调器、路由设备、终端设备、超声波传感器等组成。路由节点主要完成数据的接收与发送，主要由电源模块、微处理器模块组成；协调器负责数据的无线接收与发送，并通过串口通信模块与PC相连接；终端节点加以传感器检测模块，实现数据采集的功能。 2.1 US-100超声波传感器 US-100测距的工作原理主要是将模块设定为串口触发模式，在Trig/TX管脚输入0X55（波特率9600），系统发出8个40KH6z的超声波脉冲，然后检测回波信号。系统根据检测到回波信号所用的时间计算出与前方障碍物的距离值，另外模块还要对当前温度值进行测量，然后根据所测温度对测距结果进行校正，校正后的结果通过Echo/RX管脚输出。输出的距离值共2个字节（高8位HData与低8位LData），即距离值为（HData256+LData）mm。 2.2 CC25 30微处理器 基于IEEE 802.15.4标准的Zigbee无线通信技术，由它形成的网络必然涉及到射频电路，CC2530微处理器的出现，极大简化了射频电路的设计，它已经集成无线射频功能。CC2530处于休眠模式时所具有的超低功耗使得一个以4节7号电池并联供电的节点的持续工作时间能够达到半年以上，因此无需经常更换电池，保证了节点使用的长久性。 2.3电源模块以及供电方式 终端检测节点和路由节点采用4节7号电池供电的方式，由于协调节点与PC通过USB通信，因此无需提供外部电源，只需利用PC机上的USB即可实现外部供电。 3系统软件设计 3.1无线传输协议 为了使设计出的节点具有通用性，系统采用了TI公司开发的Z-stack协议栈，这个协议栈最明显的特点是兼容性非常好。另外它还支持无线下载，通过Zigbee网络，可以将程序以无线的方式下载到节点去。这里只需要使用已有的Z-stack协议栈即可。在协调节点上拷入CoordinatorEB-Pro，在路由结点上拷入RouterEBPro，在终端节点上拷入EndDeviceEB Pro。 3.2终端检测节点程序设计 超声波车位检测程序流程图如图2所示。1）对CC2530进行初始化，协调器以广播方式建立网络，终端以向协调器单播的方式加入网络；2）CC2530组网成功之后，US-100开始工作，超声波传感器发出8个40KHZ的超声波脉冲；3）终端检测到有回波返回后，计算出车底盘到超声波探头的距离，并将计算出的距离值发送给终端节点；4）终端模块收到距离值后，对返回的距离值进行判断。设定距离300mm，若测量距离小于等于300mm，则认为该停车位上有车；若测量距离大于300mm，则认为该停车位上无车；5）终端模块调用无线发送函数给协调器发送数据。若检测的停车位上有车，发送字符1，若停车位上无车，发送字符0；6）协调器将接收到的数据发送给上位机软件。 3.3上位机软件设计 在Visual C+6.0编程环境下，结合Access2007数据库，利用C+程序语言编写上位机检测软件。软件可以直观地观察到系统的网络拓扑和车位状态等。这里在各个车位图上放上一个灯并初始化为绿色，灯由绿色变为红色时表示停车位被占用，相反，灯保持绿色则表示停车位空闲。 4试验与结果分析 同时将4个终端检测节点固定在停车位上，并在节点1与节点3上停靠汽车。运行上位机检测软件，测试系统能否正常工作，结果如图3所示。 由上图测试结果可知，节点1和节点3的状态灯变为红色，表示上方有车辆停靠。故系统准确地检测到1、3号停车位上车辆的存在。 5结论 基于IEEE 802.15.4标准的Zigbee技术设计出的停车位检测系统，分别介绍了系统的总体设计方案，对系统涉及到的硬件、软件进行了详细的设计，并通过对终端检测节点的测试验证了