基于物联网的城市停车位管理系统

摘要：基于唤醒式RFID、无线传感网络、2.5G/3.5G通信，提出了一个基于物联网的停车位管理系统模型，将无线传感节点嵌入在停车位中，形成一个均匀覆盖和没有能量异构的无线传感网络。通过RFID、停车位测控器、停车场主控节点、监控中心之间的无线传感，实现对城市停车位的自动化探测、识别和定位。大大减轻了停车场工作人员的工作量，同时也方便了出行的车主。

引言

2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，正式提出了"物联网"的概念[1]。报告指出：无所不在的"物联网"通信时代即将来临，世界上所有的物体都可以通过互联网主动进行信息交换。射频识别技术（RFID）、无线传感网络技术（WSN）、纳米技术、智能嵌入式技术将得到更加广泛的应用。2006年3月，欧盟召开会议"From RFID to the Internet Of Things"，对物联网作了进一步的描述，并于2009年制定了物联网研究策略的路线图[2]。

可以认为物联网是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

传统的停车位管理各自为政，且无法让车主了解实时信息，车主在寻找停车位的同时既浪费了大量的时间，又浪费了宝贵的汽油资源。通过本文所设计的系统，可以把一座城市的停车位信息整合到一起，并动态实时地在网络上显示每个车位的使用信息，既方便了管理，又方便了车主，同时也节约了大量的人力物力资源。

1　系统模型

基于物联网技术的城市停车位管理系统采用"监控中心—停车场主控节点—停车位测控器"的三层结构，通过2.5G/3G的技术将监控中心的城市停车场控制系统软件和停车场主控节点联系起来，而停车场主控节点又通过自主研发的停车位网络将停车位的数据信息发送到相关的停车位节点。（通过可选的2.5G/3G的通信技术可以为不同的城市选择合适的通信方式。）该系统的结构图如图1所示。

图1　城市停车位监控系统的结构图

图1中的停车位节点1至N通过自主研发的网络协议实现了通信的网络结构，每个停车场主控节点作为该停车场的主控节点，它作为Internet和停车位网络的接口，通过提供可选的2.5G/3G通信技术和停车位自组网络的结合，可以将停车位的数据信息发送到世界上任何一个有Internet网络覆盖的地方。停车场主控节点将停车位信息发送到中心服务器，从而存入数据库中，监控中心通过对服务器的数据库操作可以实现对停车位的控制和监测。

2　核心硬件设计

2.1　车载电子标签和停车位测控节点

ZigBee技术是一组基于IEEE 802.15.4无线标准研发的有关组网、安全和应用软件方面的通信技术[3]，是一种开放性的低成本、低功耗、低数据速率、低复杂度、双向传输、高可靠性的新型短距离无线通信技术，其突出特点是应用简单、功耗低、成本低、可靠性高，在WSN中有着广泛的应用。与蓝牙、WiFi和红外等无线通信技术对比如表1所列[4]。

表1　无线技术比较

TI和Freescale这两家公司在无线模块生产中比较著名，而且生产的产品非常丰富，无论是早期的"MCU+射频芯片"组合，如TI公司的"MSP430+CC2420/CC2520"、Freescale公司的"MC9S08GT60+MC13191/MC13192"，还是目前主流的单芯片解决方案，如TI的CC2430、CC2431，Freescale的MC1321x、MC1322x等，均为用户提供了多种选择的余地。对两家公司同类产品对比分析，它们的性能指标基本相同，温度范围均在-40～85 ℃，灵敏度均为-92 dBm，最大传输速率为250 kbps[78]，但是Freescale公司的产品功耗更小，价格更低。

作者从系统的稳定性、可靠性、芯片体积以及对其熟悉程度等方面因素考虑，最终确定使用Freescale公司的MC13213单芯片解决方案。MC13213芯片的功能框图如图2所示。

图2　MC13213功能框图

车载电子标签及停车位测控节点均采用Freescale公司的MC13213芯片，标签采用2.4G ZigBee无线协议传输数据，平常处于低功耗休眠状态，只有当被唤醒之后才无线发送用户的ID数据，之后立即进入休眠状态，电子标签工作电压范围2