基于機(jī)智云平臺(tái)+STM32+NB-IoT的停車場(chǎng)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文介紹的智慧停車場(chǎng)系統(tǒng)是由安徽理工大學(xué)殷雨彤設(shè)計(jì)開發(fā)完成。該停車場(chǎng)管理系統(tǒng)是以STM32F103ZE作為系統(tǒng)核心控制器，融合窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（NB-IoT技術(shù)）、紅外傳感技術(shù)以及機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及傳輸、用戶端遠(yuǎn)程控制，車位管理更便捷高效，車位分配更快速和合理。

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引 言

窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）技術(shù)適合在停車管理等場(chǎng)景中應(yīng)用。由傳感模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，STM32芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，窄帶物聯(lián)網(wǎng)模塊將參數(shù)上傳至云端，即可實(shí)現(xiàn)用戶遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)停車場(chǎng)信息并進(jìn)行有效調(diào)度。

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系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

由于智慧停車場(chǎng)管理系統(tǒng)需要對(duì)停車場(chǎng)的車位信息進(jìn)行收集，并上傳至云平臺(tái)以實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)監(jiān)控和車庫(kù)管理系統(tǒng)與汽車調(diào)度，因此主要采用了三層整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，終端層、網(wǎng)絡(luò)層與平臺(tái)層。

終端層傳感設(shè)備負(fù)責(zé)采集車位信息數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)層通信模塊將采集的數(shù)據(jù)上傳至云平臺(tái)，云平臺(tái)在物聯(lián)網(wǎng)體系中具有接收、存儲(chǔ)、處理數(shù)據(jù)等功能。由此，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)車位信息實(shí)時(shí)監(jiān)控，還能夠遠(yuǎn)程管理車位，快速分配空余車位，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

03

物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

NB-IoT是3GPP針對(duì)低功耗設(shè)備在廣域網(wǎng)進(jìn)行蜂窩通信定義的新一代蜂窩物聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)。使用NB-IoT技術(shù)有著很多優(yōu)點(diǎn)：首先其信令帶寬只有200kB,因此能夠比較有效地使用頻譜資源；其次，由于NB-IoT具備廣覆蓋范圍、多接入、低功耗、低成本的優(yōu)勢(shì)，因此采用了端到端的解決方案。面向低速率、大用戶數(shù)目以及長(zhǎng)距離、廣覆蓋范圍等典型的M2M環(huán)境下，如智能城市、智慧穿戴設(shè)備、智慧農(nóng)業(yè)等，具有廣泛應(yīng)用。智慧停車場(chǎng)管理系統(tǒng)對(duì)車位信息采集及分配進(jìn)行主要控制，在傳感技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)參與下，增強(qiáng)停車場(chǎng)管理智能性，提高車位資源利用率，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)端遠(yuǎn)程控制車位分配。在窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持下，智慧停車場(chǎng)管理系統(tǒng)可以根據(jù)采集的實(shí)時(shí)車位數(shù)據(jù)參數(shù)，調(diào)整下達(dá)的分配指令，安全可靠地處理雙向數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)停車場(chǎng)低成本、高效率、強(qiáng)有序的智能化管理。為實(shí)現(xiàn)車位監(jiān)測(cè)相關(guān)功能，停車場(chǎng)系統(tǒng)主要由負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)的開發(fā)板MCU（STM32芯片）、采集車位信息的紅外傳感器模塊以及傳輸數(shù)據(jù)到云端的NB-IoT模塊，如圖2所示。

圖 2 系統(tǒng)硬件組成圖

1）紅外傳感模塊通過采用紅外對(duì)管的避障感應(yīng)器模塊,該模塊擁有VCC、GND、OUT三種接口,對(duì)周圍的環(huán)境光線適應(yīng)能力相當(dāng)強(qiáng)大,其擁有一對(duì)紅外接收器和發(fā)射管，當(dāng)在探測(cè)路徑上出現(xiàn)了障礙物時(shí),經(jīng)過紅外管反饋過來并被接收。經(jīng)過比較器電路處理之后，數(shù)字輸出接口會(huì)輸出高低電平數(shù)字信號(hào)，用于監(jiān)測(cè)車位信息。2）紅外模塊連接將紅外模塊與STM32F103芯片進(jìn)行連接以采集數(shù)據(jù)并處理。其原理是由傳感器給STM32單片機(jī)一個(gè)信號(hào)，單片機(jī)對(duì)引腳狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)并判斷，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收處理的功能，因此單片機(jī)引腳需定義為輸入引腳，該系統(tǒng)選用PB7引腳進(jìn)行設(shè)計(jì)。先將紅外對(duì)管的三個(gè)引腳VCC、GND、OUT分別連接STM32開發(fā)板上的+5V/+3.3V電源、GND、PB7引腳,再進(jìn)行程序編譯下載以實(shí)現(xiàn)功能。

04

系統(tǒng)測(cè)試

為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的有效利用，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了多項(xiàng)模擬測(cè)試，包括云平臺(tái)開發(fā)、管理界面的設(shè)計(jì)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)界面等，電腦端測(cè)試數(shù)據(jù)如圖3所示。從圖3可以看出，云平臺(tái)實(shí)時(shí)顯示車位信息數(shù)據(jù)，停車位監(jiān)測(cè)信息會(huì)轉(zhuǎn)換成高低電平信號(hào)。“0”代表紅外傳感器未檢測(cè)到車輛，即車位空閑，此時(shí)車位可以進(jìn)行合理分配給需要停車的用戶；“1”代表檢測(cè)到車輛，即車位占用，該車位暫時(shí)不進(jìn)行分配。

圖3 電腦端監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)圖
使用機(jī)智云平臺(tái)搭建用戶端手機(jī)軟件，對(duì)實(shí)用性進(jìn)行檢驗(yàn)。用戶通過手機(jī)App界面顯示進(jìn)行查看，即手機(jī)軟件可對(duì)監(jiān)測(cè)終端上傳的車位信息情況進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。手機(jī)端測(cè)試界面如圖4所示，開關(guān)打開即該車位空閑，開關(guān)關(guān)閉即該車位被占用。

圖4 手機(jī)App測(cè)試界面圖

05

總 結(jié)

本設(shè)計(jì)通過提出了一種智能管理系統(tǒng)，紅外模塊采集車位數(shù)據(jù)，經(jīng)過MCU處理后，由窄帶物聯(lián)網(wǎng)模塊將數(shù)據(jù)上傳至機(jī)智云云平臺(tái)，用戶端可快速便捷地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)車位狀態(tài)并實(shí)時(shí)控制下達(dá)指令，對(duì)停車場(chǎng)進(jìn)行高效智能化管理。