摘  要： 針對小區(qū)車位管理混亂，管理水平低下等問題,，設(shè)計了一種太陽能供電的無線傳感網(wǎng)車位管理系統(tǒng),。系統(tǒng)主要由終端節(jié)點、路由節(jié)點,、中心協(xié)調(diào)器,、控制終端以及車牌識別系統(tǒng)構(gòu)成,，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的終端節(jié)點、路由節(jié)點均由太陽能光伏電池板供電,。車牌識別系統(tǒng)識別進出車輛牌號并送入控制終端查找確認該車輛對應(yīng)的車位鎖（終端節(jié)點）,，并由中心協(xié)調(diào)器通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)控制該車位鎖的升降，實現(xiàn)了小區(qū)車位網(wǎng)絡(luò)化,、智能化管理,，提高了管理效率和水平，拓展了無線傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍,。
關(guān)鍵詞： 車位鎖,；太陽能；無線傳感網(wǎng)絡(luò),；CC2530

　隨著我國大中城市經(jīng)濟的飛速發(fā)展,，現(xiàn)代化進程的不斷加快，城市私人汽車數(shù)量飛速增長,，給整個城市停車問題帶來了具大的壓力,。考慮到停車位的所有權(quán),、私用和公用問題,，很多小區(qū)的停車位只供小區(qū)居民停放車輛所用，且小區(qū)的車位存在管理混亂,、亂占車位等現(xiàn)象,。
　一些停車場采用壓力傳感器來檢測車位狀況，但壓力傳感器能采集的參數(shù)有限,，精度不高,，而且需要在整個停車場地表鋪設(shè)傳感器。參考文獻[1]提出一種基于RFID和攝像控制的解決方案,。該方法被眾多停車場所使用,，但由于讀寫器需要布線、價格較貴,、成本偏高,，其可執(zhí)行度不高。參考文獻[2]把閉路監(jiān)控加以改造,，將計算機圖像處理技術(shù),、模式識別和通信等多項技術(shù)相結(jié)合，打造計算機視頻監(jiān)測系統(tǒng),，監(jiān)測和控制停車位,。不過，這種技術(shù)對圖像處理技術(shù)要求很高。參考文獻[3]在每個車位上方均設(shè)立超聲波檢測與視頻一體化的監(jiān)測,。用視頻采集技術(shù),，可將車輛和車位匹配，但需要布線,，且成本較高。
　考慮到小區(qū)車位專屬性,，參考文獻[4],、[5]、[6]提出了基于車位鎖的解決方案,。車位鎖控制簡單,，成本較低，既能適用于收費場合,，也可在免費或臨時停車場推廣使用,。但沒能構(gòu)成智能化、信息化管理,。參考文獻[7]提出一種基于GSM無線網(wǎng)絡(luò)的車位管理系統(tǒng),，但每個車位均需SIM卡，屬收費網(wǎng)絡(luò),。
近年來,，隨著無線信息傳輸技術(shù)的發(fā)展，ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)以其低功耗,、低成本,、低速率、近距離,、短時延及高安全等特點,，在交通、農(nóng)業(yè),、環(huán)境檢測等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,。基于小區(qū)車位管理的特殊性及目前車位管理的現(xiàn)狀,，本文將ZigBee傳感網(wǎng)絡(luò)與車位管理相結(jié)合,，構(gòu)建了無線車位管理系統(tǒng)，使得車位管理更具智能化,、信息化,，提高了管理效率和質(zhì)量。
1 車位管理系統(tǒng)構(gòu)成
　車位管理系統(tǒng)主要由分布式車位鎖節(jié)點（終端節(jié)點）,、路由節(jié)點,、中心協(xié)調(diào)器、控制終端以及車牌識別系統(tǒng)5個部分組成。車位管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,。

　車位鎖節(jié)點和路由節(jié)點以自組織的方式組成以中心協(xié)調(diào)器為中心的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò),，控制終端通過中心協(xié)調(diào)器控制所有與之相連的路由節(jié)點及車位鎖節(jié)點。車牌號智能識別系統(tǒng)安裝在小區(qū)入口,，通過攝像頭拍攝進出車輛牌號,，并將車牌信息送入系統(tǒng)控制終端，并與數(shù)據(jù)庫比對,，確認是本小區(qū)的車輛后,，控制終端通過中心協(xié)調(diào)器發(fā)送指令給該車輛對應(yīng)的車位鎖節(jié)點，控制該車位鎖的升降,，實現(xiàn)車輛自動停車,，該命令通過任一路由到達該節(jié)點。
　每個路由節(jié)點除了基本的路由功能及控制車位鎖外,，還要完成利用太陽能光伏電池板對蓄電池充電功能,。由于各個車輛的進出頻率較低，同一時刻兩輛及以上車輛同時進出的概率很低,，且車位鎖節(jié)點在沒有動作時,，均處于低功耗模式，因此,，所有通過同一個路由節(jié)點加入到網(wǎng)絡(luò)的車位鎖節(jié)點及該路由節(jié)點本身均由同一蓄電池供電,。
2 車位鎖節(jié)點設(shè)計
　車位鎖節(jié)點要根據(jù)控制終端的指令實現(xiàn)對車位鎖的升降動作，以便實現(xiàn)車輛的停車及駛出,。在功能上,，車位鎖節(jié)點可以劃分為微控制器功能模塊、無線通信功能模塊,、電機驅(qū)動及保護模塊,。本設(shè)計采用CC2530作為主控芯片實現(xiàn)車位鎖節(jié)點，其硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示,。

　微控制器采用CC2530F256集成芯片,。CC2530F256是用于2.4 GHz IEEE 802.15.4 ZigBee和RF4CE應(yīng)用的一個真正的片上系統(tǒng)解決方案。它能夠以非常低的成本建立強大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點,。它具有領(lǐng)先的RF收發(fā)器的優(yōu)良性能,，業(yè)界標準的增強型8051 CPU，系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash,，8 KB的RAM和256 KB的Flash,，具有不同的運行模式，使得它尤其適應(yīng)超低功耗要求的系統(tǒng),。運行模式之間的轉(zhuǎn)換時間短進一步確保了低能源消耗,。CC2530F256結(jié)合了德州儀器的業(yè)界領(lǐng)先的黃金單元ZigBee協(xié)議棧（Z-StackTM）,，提供了一個強大和完整的ZigBee解決方案。微控制器模塊與無線通信模塊電路如圖3所示,。

　為了提高無線傳感模塊信息傳輸距離,，在CC2530無線輸出端增加了RFX2401功率放大模塊。RFX2401是一個完全集成的單芯片射頻前端集成電路,，為滿足ZigBee通信需要,，它包含了所有的RF功能。RFX2401的架構(gòu)整合了功率放大器,、低噪聲放大器,、傳輸和接收開關(guān)電路、阻抗匹配網(wǎng)絡(luò),、諧波過濾器和CMOS控制邏輯，專為2.4 GHz ISM頻段使用,，并支持802.15.4和ZigBee2007標準,，其性能優(yōu)越、靈敏度高,、效率高,、噪音低、尺寸小且成本低,。
　電機驅(qū)動模塊主要用來驅(qū)動直流電機完成車位鎖機械裝置的升降,。為提高電機運行效率，減小不必要的功率損耗,，提高蓄電池供電時間,，對電機采用PWM控制?？刂菩酒捎肧T公司的集成驅(qū)動芯片L298,。它的最高工作電壓可達46 V，輸出瞬間峰值電流可達3 A,，持續(xù)工作電流為2 A,，直流電流總和可達4 A。
3 路由節(jié)點設(shè)計
　路由節(jié)點基本功能是負責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)信息,，尋找最適合的路由路徑,，當(dāng)有節(jié)點加入時，可為節(jié)點分配地址,。路由器獲得的地址是不變的,，可作為點對點數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡刂肥褂谩＜词怪行膮f(xié)調(diào)器掉電,，路由器仍然在保持網(wǎng)絡(luò),，路由與路由之間仍然能夠通信,，且當(dāng)有新的節(jié)點加入時，仍然能夠通過現(xiàn)有的路由獲得地址,，加入網(wǎng)絡(luò),。
　此外，路由節(jié)點本身不但可以完成車位鎖功能,，還要完成對蓄電池充電的任務(wù),。路由節(jié)點結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。太陽能光伏電池板經(jīng)充電電路對蓄電池充電,，同時,，蓄電池給路由節(jié)點及通過該路由節(jié)點分配地址并連接到網(wǎng)絡(luò)的車位鎖節(jié)點供電。為降低充電電路中電力電子器件的開關(guān)損耗,，提高效率,，充電電路采用結(jié)構(gòu)簡單、效率高的BUCK軟開關(guān)電路[8],。由于太陽能光伏電池板容量有限,，且太陽光線在一天中不同時段強弱不同，因此,，對蓄電池主要采用涓流充電的方法,。

4 中心協(xié)調(diào)器
　中心協(xié)調(diào)器用來創(chuàng)建一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)有節(jié)點加入時,，自動分配地址給子節(jié)點,，中心協(xié)調(diào)器為不能掉電設(shè)備，沒有低功耗狀態(tài),。每個ZigBee網(wǎng)絡(luò)需要且僅需要一個中心協(xié)調(diào)器,，不同網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)ID號是不一樣的，如果在同一空間存在兩個中心協(xié)調(diào)器,，且它們初始的網(wǎng)絡(luò)ID一樣,，則后上電的中心協(xié)調(diào)器的網(wǎng)絡(luò)ID會自動加一，以免引起網(wǎng)絡(luò)ID沖突,。中心協(xié)調(diào)器結(jié)構(gòu)框圖如圖5虛線框內(nèi)所示,。

5 系統(tǒng)實現(xiàn)
5.1系統(tǒng)組網(wǎng)
　根據(jù)圖1組建了一個車位管理的ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)，如圖6所示,。

    一個網(wǎng)絡(luò)中只有一個中心協(xié)調(diào)器,，它可以給路由節(jié)點分配地址，地址已經(jīng)分配完的協(xié)調(diào)器不能與其他不是由協(xié)調(diào)器分配地址的路由器和終端節(jié)點直接通信,，但可通過其他路由節(jié)點通信,。路由節(jié)點由協(xié)調(diào)器或其他已存在的路由節(jié)點分配地址，它也可以為終端節(jié)點分配地址,。終端節(jié)點理論上可以經(jīng)任意路由與中心協(xié)調(diào)器通信,，至少可通過為該終端節(jié)點分配地址的路由節(jié)點進行通信,，但不能經(jīng)由已經(jīng)提供完終端節(jié)點地址的其他路由節(jié)點進行通信。
5.2 數(shù)據(jù)傳輸
　數(shù)據(jù)傳輸分透明數(shù)據(jù)傳輸和點對點數(shù)據(jù)傳輸,。在透明數(shù)據(jù)傳輸模式下,，中心協(xié)調(diào)器從接收到的數(shù)據(jù)自動發(fā)送到所有節(jié)點，數(shù)據(jù)內(nèi)容保持不變,；所有節(jié)點接收到的數(shù)據(jù)自動發(fā)送到中心協(xié)調(diào)器,，相當(dāng)于任一節(jié)點與中心協(xié)調(diào)器之間用電纜直接連接。點對點數(shù)據(jù)傳輸適合于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任意兩個節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸,，接收方知道數(shù)據(jù)來源地址,，發(fā)送方知道目標地址。
　針對小區(qū)車位監(jiān)控,、管理混亂及效率低下等問題,，設(shè)計了一種太陽能供電的ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)車位管理系統(tǒng)，給出了無線傳感網(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點的設(shè)計方案,，實現(xiàn)了高效率智能化停車,，進一步提高了車輛停車的安全性和可靠性。
參考文獻
[1] 高潔.基于非接觸式IC卡的大型停車場管理系統(tǒng)的研究[D].青島：山東科技大學(xué),，2006.
[2] 李伽.基于圖像處理的停車場收費管理系統(tǒng)[D].武漢：華中師范大學(xué)，2006.
[3] 孫亮,，黨力明.大型室內(nèi)停車場車位的超聲波檢測[J].儀表技術(shù)與傳感器,，1996（10）：39-42.
[4] 包演生，姚維等.基于PSoC的車位鎖管理系統(tǒng)設(shè)計[J].電子產(chǎn)品世界,，2010（9）：22-24.
[5] 王英姿.汽車智能車位鎖設(shè)計[J].科學(xué)技術(shù)與工程,，2007，7（12）：2020-2022.
[6] 凌云,，柴政.智能車位鎖的設(shè)計與實現(xiàn)[J].人工智能及識別技術(shù),，2009，30（5）：691-692.
[7] 魏偉.基于GSM無線網(wǎng)絡(luò)的車位管理系統(tǒng)設(shè)計[D].杭州：浙江大學(xué),，2010.
[8] 賈貴璽,，張春雁，肖有文,，等.新型軟開關(guān)BUCK軟開關(guān)電路的設(shè)計與仿真[J].電工技術(shù)學(xué)報,，2012，27（2）：33-37.