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1、学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者： 皖域J日期：冽侔朔乙7日学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采
2、用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者： 睨坪 日期：雕年月咖摘要摘要随着汽车工业的飞速发展和国民收入的不断提高，我国城市居民中使用车辆的人越来越多，然而城区内停车设施的建设，却远远滞后于城市机动车拥有量的增长速度，这种矛盾最终产生了“停车难”的问题。为了解决这个问题，政府部门充分利用有限的停车资源，在市区繁华路段设置了大量露天停车场。但是，如何规范露天停车场的停车秩序，如何提高停车位有效利用率，如何减少驾驶员寻找空闲停车位所耗费的时间，这
3、些问题的解决是建立在对停车位状态信息准确感知和及时发布基础上的。针对这种情况，本文设计了一种基于ZigBee和GPRS无线通信技术的智能露天停车场信息感知发布系统。该系统采用芯片CC2530及地磁传感器设计了停车场端的信息采集节点，实时采集停车场内停车位的使用状况，各节点之间组建ZigBee无线局域网进行本地数据汇聚，通过GPRS无线通信技术将停车场信息发送至远端服务器，实现多个停车场信息的统一发布和管理。同时，系统利用百度地图API开发接口，将停车场以及停车位位置信息以地图标注的形式显示在WEB服务器前台页面中，方便用户或管理员直观查看停车位状态信息。通过测试，本系统实现了露天停车场状态信息
4、的及时准确发布，可以应用于实际的智慧城市建设。关键字：露天停车场；信息感知发布系统；地磁传感器；无线传感网；智慧城市建设AbstractAbstractWith the rapid development of the automotive industry and the increasing of theincome of Chinas urban residents，more and more people using the vehicle，but theconstruction of parking facilities within the city is far behind t
5、he urban growth rate ofvehicle ownership，this kinds of contradictions eventually produce a”parkingdifficult”issueTo solve this problem，fully utilizing the limited parking resources，thegovernment departments have set a large open-air Car parking in the urban downtownsectionHowever,how to regulate the
6、 order of uncovered parking，and how toimprove the effective utilization of parking space，how to reduce the driverStime-consuming in find a free parking space，solving these problems is based on theaccurate perception and timely released to the parkingS status informationAn intelligent Outdoor Parking
7、 Information Perception and Release Systembased on ZigBee and GPRS wireless communication technology Was designed in thispaperThis system adopts CC2530 and geomagnetic sensors to construct a ZigBeeWLAN and real-time collects the use of parking spaces in parking lotsThrough theGPRS wireless communica
8、tion technology the parking lot information was sent to theremote server to implement multiple parking unified distribution and management ofinformationThe Baidu M印were applied to get parking location information in thefront page of the remote server,to be Intuitively viewed by user or administrator
9、rosoue珈testing，the design implemented the timely and accurate release of outdoorparking information and call be applied in intelligent urban systemKey words：Outdoor Parking；Information Perception and Release System；Geomagnetic sensors；Wireless sensor network；Intelligent urban system目录目录摘要IAbstract。工
10、工l引言111课题研究背景112国内外发展及现状313课题的主要工作42停车场信息感知发布管理系统方案设计与技术分析521 ZIGBEE和GPRS技术介绍5211 IEEE 802154ZigBee无线网络通信技术5212 GPRS无线通信技术722系统总体设计方案823系统技术方案分析1l231停车场本地局域网设计11232停车场数据远程传输设计1224本章小结133系统硬件设计1431 ZigBee节点硬件设计14311 CC2530模块硬件设计14312电源转换电路15313复位电路16314 LED电路设计16315 JTAG调试接口电路17m目录316传感器接口电路1732中继网关的
11、硬件设计18321电源电路设计203。2。2 RS-485接口电路设计20323 GPRS模块电路设计2133本章小结224系统软件设计2441软件开发工具2442 TI Z-Stack协议栈2443 ZigBee节点软件的设计2744中继网关软件设计31441 Zigbee协调器程序设计32442主控制器程序设计3445信息管理服务器的设计3746本章小结395总结和展望40参考文献。42个人简历及论文发表情况“45致谢46Iv1引言1 引言11课题研究背景进入21世纪，随着人类科技水平的不断提高和世界经济的全球一体化，汽车工业在发展中国家国民经济中占有重要地位。在我国，伴随国家在汽车工业领
12、域的经济政策不断开放，汽车工业得到了飞速发展，城市机动车拥有量逐年增长。这种快速增长一方面增加了道路交通的压力，加剧了城市中道路的拥堵，另一方面也带来了“停车难的问题【l】。据据调查资料显示，城市交通中的“停车难”问题已经严重影响了我国大中城市的经济发展，主要表现在两个方面：一方面由于车辆驾驶员无法获知停车位的位置和使用状况，盲目的在道路上寻找停车位，经常出现车辆进入停车场但是找不到停车位的情况【2】；另一方面，由于大量车辆在寻找停车位过程中占用道路车道，增加了道路交通的负担，同时也加剧了城市的空气污染。由此可以看出，停车难问题已经极大地影响了市民的出行状况和城市的生活环境。因此，增加城市可用
13、停车位对于缓解停车难问题具有非常重大的意义。为此，在人流量较大的市区商业中心和停车需要较大的住宅区，设置露天停车场是目前最为有效的措施之一【3J。这种露天停车场的停车区域一般设在道路内侧的停车带或广场附近停车区域，投入成本低，而且与道路距离近，节省车辆停车时间。目前，在我国大部分的城市区域内，停车场主要有室内停车场和露天停车场两种。室内停车场主要设置在商场、写字楼等大型建筑的地下室，具有道路引导牌、自动道闸等智能化管理系统，是市民出行主要停放车辆的场所。但是，室内停车场有效停车位有限，已经不能满足逐年增长的停车需求。而露天停车场一般设置在火车站、大型购物中心、医院、酒店和大型生活区等城市繁华中
14、心区附近，它具有停车位设置多样化、车辆停放灵活、停车场出入口不限等特点，有效的缓解了停车难的问题。随着政府部门对露天停车场区域设置的规范，露天公用的停车场逐渐由原来的无偿使用过渡到了有偿使用，这在很大程度上促进了城市露天停车场统一化管理L4J。但是，露天停车场在经营管理过程中也出现了很多问题。由于露天停车场缺少指示标记，车辆驾驶员无法准确找到停车场位置，只能无目的的随意寻找。同时，收费管理的问题也困扰着露天停车场1引言的管理经营者。如何让驾驶员方便快捷的获取露天停车场位置和停车位使用情况，如何制定收费标准，如何防止停车未收费、重复收费、误收等现象，如何保障停车过程中的安全等问题需要我们亟待解决
15、。因此，解决这些问题需要对露天停车场内车位占用情况进行采集，信息汇总之后，驾驶员可以根据自己的位置找到距离最近，空闲车位比较多的停车场。在停车场管理方面，一方面实时监测停车位的使用状况，停车场管理员可以及时的对机动车进行停车引导和收费，另一方面对停车位使用信息进行数据统计和分析，制定合理的收费标准。目前，针对停车场的经营和管理，很多自动化厂商开发了成熟的智能化管理系统，但是这些管理系统对停车场自身的配置要求较高。这类停车场要求在固定的位置作为车辆停车的出入口，并且在出入口旁边设置收费服务窗口和道闸机51。当车辆行驶到停车场入口的时候，安放在停车场出入口下面的车辆感应器将会被触发，控制道闸机的起
16、落。在对该车辆的车型进行判定之后，发放停车专业磁卡，该磁卡存放有车辆信息、进入停车场时间等信息。当车辆离开停车场的时候，收回停车卡并读取停车卡的信息，通过计算机系统计算出停车费用。在现代化的大型停车场内部，一些诱导显示屏被设置在车道上方，指示驾驶员快速找到空闲停车位【6】。设计的实现一般是通过在停车位上安装红外线传感器、地磁感应线圈等装置，当感知到车辆停放在车辆上，采集设备将数据采集之后传输到停车场控制中心，数据经过处理之后，停车位的状态在诱导显示屏被更新【61。但是，露天停车场的设置比较随意，有些是道路旁边小面积的不规则场地和停车带，也有一些是大型广场附近专门规划的大面积停车区，因此露天停车
17、场的设备配置一般都不规范。这种不规范使得露天停车场的停车引导和信息管理变得极为复杂，大部分路边停车带和大型露天停车场等公用停车区域没有智能化的停车信息发布和指引，对其的管理目前主要依靠人工。在这种情况下，一方面停车场停车位信息不能及时发布，驾驶员不知道那个停车场有空闲停车位，导致有些停车位空闲没有充分被利用，降低了停车位的使用效率。另一方面由于人的注意力和精力是有限的，一个管理员所能管理的区域是有限的，在车辆出入繁忙时段，管理员在高强度的工作状态下往往出现漏收停车费的情况。在逐步建设智慧城市的道路上，充分利用露天停车场缓解停车难问题是政府着眼于服务社会、提高城市智能化的惠民工程。停车信息的统一
18、发布和管理，将极大的提高城市停车位综合利用率，从根本上缓解停车位数量与城市停车需21引言求的不协调，实现市民的出现便利71。因此，针对露天停车场运行过程中存在的问题，采用电子和计算机技术，实现露天停车场信息感知发布是极为必要的。12国内外发展及现状截至到目前，关于智能停车场的信息感知和诱导管理系统的研究，国内外的专家已经取得了一定的成果。在国外，由于汽车工业和城市基础设施建设开始的比较早，这个领域的研究已经取得了领先优势，而且很多科研成果已经应用到了实际的城市停车场中。世界上第一个停车诱导信息系统出现在1971年的德国亚琛市，该系统使用可变的信息指示牌显示停车位的位置信息，指引驾驶员避开拥挤的
19、车道和快速的到达指定的停车位。在理论研究方面，其以动态路径引导的研究为基础，而在技术实现过程中，采用了电子控制。系统运行之后，很大程度上减少了车辆驾驶员寻找停车场空闲车位的时间瞵j19j。在美国，联邦公路局曾经在1996年耗资120万美元开发了一个实时动态停车诱导信息系统，该项目是美国首次进行该领域的研究，因此得到了多个政府部门和商业组织的支持。项目完成之后，系统被应用在了美国明苏达州的圣保罗市商业区，并在接下来的12个月进行了测试，系统运行良好。在该系统中，计算机控制中心控制数据采集，并将数据进行处理之后传送到可变电子标志牌。停车场的信息在电子标志牌上实时更新，驾驶员可以根据这些信息选择目标
20、停车场。同时静态诱导标志也可以为驾驶员提示和规划最佳行驶路径，帮助其方便快捷地找到停车泊位Il。在我国，由于对智能交通的研究起步比较晚，虽然许多专家在这个领域已经进行了长时间的深入研究，但是总体来说我国的停车信息诱导系统发展仍然处于初级阶段。经过了十几年的不断发展，在我国的几个一线城市已经建立了智能停车场和停车诱导系统。北京王府井地区停车诱导系统是我国首次投入使用的停车场诱导系统，该系统主要由三部分组成：智能停车场、网路通信系统和数据控制中心【11】。通过增加信息采集设备，系统首先将人工收费的停车场改造为智能化停车场，利用光纤技术和卫星通信技术构成数据通信网络，计算机控制中心实时地对停车场空闲
21、车位信息进行采集处理，通过通信传输网络将数据发送到所有电子显示屏上，同时该系统的数据与北京交通台实现共享，实现停车数据的发布。按照显示屏上显示的停车场位置和剩余空闲停车位信息，王31引言府井附近的驾驶员可以就近、快速的找到停车位，节省停车时间。13课题的主要工作以上的内容对停车场的智能化发展进行了深入的分析，基于以上的总结，本文设计了一种露天停车场信息感知分布管理系统的设计方案，该方案基于ZigBee和GPRS相结合的无线网络传输方式，采用地磁传感器检测停车位的使用状况。该系统首先通过24GHz ZigBee建立的无线传感器网络实现数据本地传输【7】，然后通过GPRS无线分组技术接入计算机网络
22、，将数据发送到服务器，最后通过WEB方式将信息发布出去。该论文主要研究及实现的内容如下：(1)从停车场智能化的发展入手，详述了停车场诱导系统的发展及现状，针对露天停车场信息发布和管理落后的现实，设计并实现了基于ZigBee和GPRS技术的停车场信息感知发布管理系统的解决方案【12】。(2)深入研究了ZigBee和GPRS技术的基础理论，结合露天停车场实际的运行环境和信息感知发布管理系统的要求，论证了采用这两种技术的合理性和优越性。(3)根据系统对信息采集的实时性和数据传输的准确性要求，设计了信息采集部分中的ZigBee节点和中继网关的硬件电路。(4)基于系统测试和后期维护更加方便快捷，设计了Z
23、igBee节点和中继网关的软件部分。(5)为了将停车场信息直观地展现，用户可以方便获取信息，设计了BS架构的WEB信息管理服务器，在用户主界面中嵌入百度地图，将停车位状态信息以标注的形式显示的地图中【13】。42停车场信息感知发布系统方案设计与技术分析2停车场信息感知发布管理系统方案设计与技术分析21 ZIGBEE和GPRS技术介绍211 IEEE 802154ZigBee无线网络通信技术随着无线通信技术在众多领域中得到广泛应用，出现了通信范围要求在几米或者几十米之间的无线通信要求，因此产生了无线个人区域网(wirelesspersonal area network，WEAN)的概念。WEAN
24、网络是由多个无线终端设备组建的专有通信网络，设备之间可以在近距离范围内建立无线连接和传输数据，加入网络协议转换设备，还可以接入局域网或者以太网，实现数据的远程传输。为了规范WEAN在低速率领域的应用，IEEE提出了IEEE 802154无线通信技术标准【141。该标准以实现低能量消耗、低传输速率、低组建成本作为重点目标，致力于为不同无线终端设备之间实现稳定的互通互连提供统一参照标准。该标准定义的低功耗无线个人局域网的特征与无线传感器网络的要求有很多相同之处，一些研究机构和设备生产企业也把它作为无线传感器网路的通信技术标准。IEEE 802154主要包括低速无线个人域网的物理层和媒体接入控制层M
25、AC两个规范，同时支持消耗功率最少，一般在个人活动空间(10m直径或更小)工作的简单器件。IEEE 802154支持两种网络拓扑结构的组建，一种是多对一的单跳星形网络结构，另一种是当通信线路超过10 m时，多对多的多跳对等网络结构，但是逻辑结构由网络层定义。IEEE 802154中的器件有两种地址编码，既可以使用唯一的64位IEEE地址，也可以使用网络组建中指配的16位短地址，IEEE 802154技术规范的主要特点如下：1、工作在免许可的ISM频段和较低数据传输速率。IEEE 802154定义的工作频段是工业科学医疗ISM(Industrial Scientific Medical Band
26、)频段，包括24 GHz频段和868915 MHz频段。两种物理层定义了相同的物理层数据编码格式，但是具有不同的工作频率、调制技术、扩频码片长度和传输速率。24 GHz ISM频段在全世界范围内都是可以免许可证的，而868 MHz和915 MHz的ISM频段分别只在欧洲和北美有。IEEE 802154总共分配了27个具有三种速率的通信信道，其中24 GHz频段上分配了16个信道，在915 MHz频段、868 MHz频段分别分配了10个信道、1个信道。应用高阶调制技术，24 GHz的物理层实现了更短的52停车场信息感知发布系统方案设计与技术分析通信时延、更大的吞吐量，缩短了终端设备的工作周期，节
27、省了更多的能耗。在868 MHz和915 MHz频段上，由于无线信号传播损耗较小，降低了对信号接收机灵敏度的要求，可以实现较远的有效通信距离。ISM频段具有全球都有、免许可的特点，为研发IEEE 802154器件的许多公司提供了标准化产品标准，获得了与世界接轨的难得机会。免除了的频段使用费用，很大程度上降低产品成本。不同的数据速率能够影响应用的能量消耗和成本效率，IEEE 802154网络可以根据应用环境中设备的可用性、拥挤状况和数据速率进行信道的选择，即保持设备硬件实现的简单性又保证了网络选择上的灵活性。2、支持对简单器件的支持。IEEE 802154的特点使它非常适合应用在需要支持简单器件
28、的项目中。IEEE 802154只定义了少量的物理层和媒体接入控制层基本参数，非常适用于存储空f-Jd,和计算能力有限的简单器件【15】。该标准主要定义了全功能器件和简化功能器件两种器件。全功能器件支持所有的49个基本参数，可以与简化功能器件、全功能器件通信，三种工作方式灵活切换，可以做个人域网协调器、协调器或器件。对简化功能器件来说，最小配置要求支持38个基本参数，只能与全功能器件通话，应用于相对简单的项目中。3、具有多种数据传输方式和低能量消耗。在IEEE 802154中，有三种不同的数据转移流向：从器件端到协调器端；从协调器端到器件端；在对等网络中从一方到另一方。为了突出低能量消耗的特点
29、，把数据传输分为以下三种方式：直接数据传输。该方式适用于以上所有三种数据转移流向，根据使能方式的不同，选择采用无槽载波检测多址与碰撞避免(CSMA-CA)，或者开槽载波检测多址与碰撞避免的数据传输方法。间接数据传输。该方式仅适用于从协调器到器件的数据转移流向，数据帧保存在协调器事务处理列表中，器件首先查询来自协调器的信标帧，如果发现在事务处理列表中有属于它的数据分组，那么器件开始提取数据。数据提取过程可以使用无槽CSMACA或者开槽CSMACA方式。其中在非信标使能方式下也可能发生间接数据传输。有保证时隙(ORS)数据传输。GTS数据传输既可以从器件到协调器，也可以从协调器到器件，适用于器件与
30、其协调器之间数据的双向转移，在GTS数据传输中不需要CSMACA。62停车场信息感知发布系统方案设计与技术分析低能量消耗是IEEE 802154最重要的特点之一。在一些应用中，对无线终端设备的体积要求较高，更换供电电池不仅麻烦，而且实际操作是不可行的。所以，IEEE 802154引入了多种延长器件电池寿命和节省功率的机制，这些机制多数是基于信标使能的方式，主要原理是限制器件或协调器收发信机的运行时间，通常在无数据传输时使它们的工作状态处于休眠状态【l 6。4、优秀的安全机制。安全性是无线通信技术中面临的一个重要问题。保证灵活性和支持简单器件的基础上，IEEE 802154在数据传输中提供了三级
31、安全机制。第一级采用无安全性方式，在某种应用中，如果对安全性的要求并不高或者上层提供足够的安全保护，器件通常选择这种方式来实现数据转移。在第二级安全机制中，器件基于接人控制清单(ACL)来阻止非法器件获取数据，而这一级对数据不采取加密措施。在第三级安全机制中，数据转移过程中采用了属于高级加密标准(AES)的对称密码进行加密。AES虽然可以用来保护数据净荷或防止攻击者冒充合法器件，但是不能防止窃听来获取对称密钥，进而影响通信安全。因此，可以采用公钥加密。5、支持自主组网。IEEE 802154可以自动组建网络，通过在媒体接人控制层中加入关联和分离功能，实现自配置的目的。自配置不仅可以自动建立星形
32、网，还允许创建自配置的对等网。在关联过程中实现了各种配置，例如选择信道和设定识别符0D)，分配16位短地址，设置电池寿命延长选项等。212 GPRS无线通信技术GPRS(General Packet Radio Service)是在成熟的GSM移动通信技术基础上发展起来的一种移动分组数据业务，同时也是一种GSM技术向第三代移动通信技术3G技术迈进过程中的过渡技术。它所使用分组交换技术具有以下两个特点：只有存在数据传输时，系统才会被分配频宽，提高带宽利用率；收费标准与传输数据量直接相关，该记费方式对使用者来说更加透明合理。GPRS提供四种不同的数据编码方式，每个编码方式提供了不同的错误保护能力【
33、17】。不同的编码方式提供的数据传输速率也不尽相同，四种编码方式分别为：1CS1(905酗、2CS2(134K)、3CS3(156K)、4CS4(214K)，其中CS1(905K)的安全性最好，但是却拥有最低的数据传输速率，仅为每时隙905K，CS4(214K)则是完全未加任何保护的编码方式，但其数据传输速率最大，每时隙高达214K。GPRS无线通信技术创造性的把电信网络和计算机网络有机的连接为一个72停车场信息感知发布系统方案设计与技术分析整体，使通信技术朝着未来全IP网络平台发展。基站与GPRS业务支持节点设备(SGSN)之间的连接通常通过帧中继连接，SGSN与GPRS网关主持节点设备(G
34、GSN)之间通过P网络连接。GGSN可以由具有网络地址翻译功能的路由器承担内部p地址与外部网络碑地址的相互转换，移动台可以访问GPRS内部的网络，也可以通过外部网络接入点名访问外部的PDNIntemet。相对原来GSM的拨号方式的电路交换数据传送方式，GPRS是分组交换技术，具有上网速度快、永不下线、快速传输三大优点【l 81。1、上网速度快。GPRS用户一开机，就始终附着在GPRS网络上，每次使用时只需一个激活的过程，一般只需要23秒的时间马上就能登录至互联网，而固定拨号方式接入互联网需要拨号、验证用户名密码、登录服务器等过程，至少需要1015秒甚至更长的时间。2、永不下线。GPRS由于使用
35、了“分组的技术，用户上网可以免受断线的痛苦，因为GPRS是永远在线，就是只要用户的GPRS手机处于开机状态，就随时与移动GPRS网络保持联系。3、传输速度快。GPRS采用分组交换的技术，无线网络的传输速率达到了56Kbps114Kbps，但实际速度受到编码的限制和手机终端的限制可能会有所不同。只有同时启用8个信道进行GPRS传送时，用户使用GPRS技术进行数据传输时的速率才能达到114Kbps，而一般情况下为进行话音传送，只会用14个信道进行GPRS应用，因此实际传输速率一般为56Kbps左右，CSD电路交换数据业务速率为96Kbps左右，因此电路交换数据业务与GPRS的关系就像是96Kbps
36、的modem和56Kbps的Modem的区别一样【l 91。当利用GPRS手机上WAP网站时，页面打开速度明显加快，几乎没有延时。而笔记本利用GPRS网络连接互联网时，当网络业务量不高时，4050Kbps的速度可轻易达到，夜间速度更快，较之GSM所提供的96Kbps理论速度有了明显的提高。22系统总体设计方案本文设计的停车场信息发布系统采用移动无线通信技术，结合计算机网络技术，在城市区域内，对各个停车场车位使用状况进行实时准确的采集和统一网络发布。车辆驾驶员可以随时通过移动终端设备或者PC电脑，登录管理中心82停车场信息感知发布系统方案设计与技术分析服务器，实时查看目的地附近停车场使用状况，及
37、时作出预测，避免到达停车场之后盲目寻找停车位。使用该停车场管理系统，城市停车场规划部门可以统计城市不同区域内停车场运营状况，通过对大量数据分析，提出更加合理的城市停车场建设实施方案【201。对于停车场管理者来说，通过对不同时间段内停车场的使用状况进行分析，合理制定停车场收费标准，提高停车场管理效率和服务水平。 一停车场内停车位使用状态采集是停车场信息感知发布系统的重要部分，系统网络架构如图21所示。服务器U U一刃iee Zi；e泰k L k k l_|_|_|_k一号停车场 二号停车场 三号停车场llzi邸。节点0一中继圈关图21系统网络总体架构由上面的框图可以看出，系统在停车场内部署大量的
38、ZigBee节点，节点与车位感知传感器连接，定时的采集停车位状态信息。当有车辆停放到被检测的停车位上的时候，车位传感器感知到车位状态的变化输出电信号。ZigBee节点获取停车位的状态变化信息之后，通过ZigBee无线传感器网络发送到停车场内部的中继网关。中继网关作为数据中转站，对数据进行相应处理之后，通过GPRS无线分组技术与云端服务器建立连接【91，按照TCPIP协议将数据传输到云端服务器【211。云端服务器数据传输模块对数据进行解析之后放进数据库，完成停车场车位状态的及时更新。9昼罢抖一国一一舻一 苗铷一2停车场信息感知发布系统方案设计与技术分析停车场信息成功发送到远端服务器之后，如何利用
39、好这些数据是实现信息感知发布系统的关键，针对不同的用户，我们采用不同的权限进行数据共享。在用户端，当驾驶员需要停车服务的时候，可以使用随身携带的手机、平板电脑等移动无线设备连接Intemet网络，在浏览器中输入服务器网址登录信息发布系统管理服务器，查看附近停车场的停车位占用状况和收费标准，选择最合适的停车场。同时还可以利用百度地图的导航功能规划最合理的路径，实现快速停车瞄】。该系统为停车场管理员设计了专门的手机客户端，通过手机客户端登录服务器，停车场管理员可以查看其负责的停车场车位使用状况。如果有车位状态发生变化，手机客户端软件发出提示音提醒管理员有车辆进入停车场，管理员可以及时进行收费管理。
40、该系统的设计主要分为远端的信息管理服务器和底层的数据采集系统。信息管理服务器的设计主要是在远端管理中心搭建一个BS架构的WEB服务器应用系统，该服务器基于TCPIP协议不断的监听服务器端口，将底层采集系统上传的数据进行及时接收，并且统一存储在MySql数据库中。当管理员和用户登录服务器信息发布模块查询停车场相关信息时，服务器应用程序从数据库中读取数据。在用户查看主界面的设计中，本文利用百度地图的网络接口技术，在页面中嵌入百度地图，将停车位位置和状态信息直接标注在百度地图中。管理员手机客户端是基于android平台开发的应用程序，该软件通过GPRS技术与服务器建立TCP连接，下载数据库中停车位信
41、息下载到本地客户端。底层数据采集系统设计主要应用了ZigBee和GPRS无线通信技术，每个停车位的采集点都是一个ZigBee网络中的终端节点，多个采集终端与一个中继网关组成ZigBee星状网络，在停车场内部组成ZigBee无线传感器网络，实现数据在本地停车场内部的汇集。中继网关以微处理器STM32F103VET6主控制器，包括ZigBee协调器模块和GPRS模块两个主要部分。ZigBee协调器模块是ZigBee星状网络的组建者，负责网络的维护、管理节点加入和退出等。主控制器对上传的停车位数据进行分析，添加停车场的相关信息。遵循传输数据的统一编码规则整合之后，中继网关通过GPRS无线分组技术与信
42、息管理服务器连接，发送数据到服务器的数据库中。该设计方案有5个优点：(1)便于系统部署。露天停车场车位分布现场比较混乱，采用ZigBee网络节点构建的无线分布式系统便于灵活部署采集节点，免除布线工作和设备移动1(12停车场信息感知发布系统方案设计与技术分析的烦扰。(2)适用范围更广。数据远距离传输采用GPRS网络，改变了传统无线传感器网络需要依托有线公共网络进行远程数据传输的限制，不需要在每个停车场配备不问断工作的个人电脑和网络，并节省了大量的能耗。(3)停车场信息获取方式快捷有效。停车场车位信息通过网页形式发布，用户只需要使用手机或者平板电脑等移动终端设备，通过移动无线网络连接服务器即可查看
43、需要的信息。(4)节省成本。露天停车场一般都属于中小型停车场，每个停车场都建立一个数据管理服务器不仅浪费资源，而求且不便于管理。多个停车场的数据接入同一台WEB服务器，建立统一的信息发布和管理平台，节省成本的同时提高了管理效率【23J。(5)提高了停车场的管理效率。对于繁忙路段的马路边停车场，由于进出停车场的车流量比较大，管理员往往容易顾及不到所有车位状态。系统将停车场内的车位状态变化及时的反馈到管理员端，提醒管理员有车辆进出停车场，防止驾驶员停车逃票的行为。23系统技术方案分析231停车场本地局域网设计根据对市区主要商业区的现场考察，露天停车场主要分布在道路内测停车带或者是商场、医院等附近的
44、广场。停车场内的停车位大部分都设置在开阔平坦的路面，尽量远离高出地面的设施，比如路灯、消防设备等，以免影响停车安全。停车场内部数据采集如果采用有线方式连接传感器，系统部署过程中需要对路面进行开槽，将数据传输线掩埋的路面内。这不仅需要大量的人力物力，提高了系统推广应用过程中的成本，而且对路面进行了大量的破坏，降低了停车场的服务年限，不便于后期系统的维护。综合以上考察和分析，对停车场本地局域内停车位，本文采用短距离无线通信网络传输停车位状态信息。目前广泛应用的短距离无线通信技术主要有蓝牙、WIFI、ZigBee三种。蓝牙是一种基于mEE 80215标准的短距离无线通信规范，工作在免许可的24G通信
45、频带上，数据传输速度高大1M bps。蓝牙广泛应用在手机、蓝牙耳机、汽车电子等领域，是国际认可的一种通信技术规范。在使用蓝牙技术无线1 12停车场信息感知发布系统方案设计与技术分析通信过程中，一个主设备可以与一个或者多个从设备实现全双工的无缝连接，传输内容可以是文件、音频、资源等信息。但是蓝牙技术也有很多不足，其有效传输距离短只能达到10米左右，应用成本高、安全机制不健全等不足也严重限制了它的应用领域。考虑到大型露天停车场占地面积在可以达到5000平方米，蓝牙技术不能满足系统要求【24】。WIFI是基于IEEE 80211b标准建立的，最大传输速率可以达到54Mbs，而传输距离可以达到100米
46、左右。主要实现手机、平板电脑等移动终端与计算机网络通信的功能。但是该技术的实现对硬件要求比较高，设备运行过程中功耗比较大。而露天停车场采集节点无法采用市电供电，因此，WIFI技术不适用于该系统。鉴于对以上两种技术的分析，结合ZigBee无线无线传感器网络的特点，本系统中停车场内部数据传输网络采用ZigBee技术。232停车场数据远程传输设计在多数城市中，除了城市部门规划设计的大型公用停车场以外，大部分露天停车场的设计都是没有经过事先的考察，仅仅只是根据附近车辆停车的需求，利用道路附近和和大型建筑物附件的空闲地带设计实现的。这种露天停车场的基础设施不够完善，大部分都没有互联网接入服务端口。如果通过有线方式接入计算机网络实现将数据上传服务器，需要在露天停车场现场部署有线网络服务端口，这不仅增加了系统部署的难度，而且每年要为网络接入服务付费，很大程度上加大了停车场的运行成本。因此，对于停车场信息的远程传输，本文采用GPRS技术来实现。对于露天停车场信息采集系统，应用GPRS技术有以下2个好处：1、覆盖范围广。在GPRS网络传输的过程中，终端设备首先与移动通信运营商的GSM基站连接，然后通过数据分组技术连接计算机网路。因此在移动通信网络覆盖的区域，都可以实现停车场数据的上传11l】。2、硬件设计简单。各大厂商都相继开发了GPRS无线模块，此类模块集成了GSM基带处理芯片、无线射