一種低成本城市停車誘導系統(tǒng)中區(qū)域性Zigbee網(wǎng)絡的設計

　　為降低城市級停車誘導系統(tǒng)的建設、運營成本，提出一種無需建立管理控制中心的系統(tǒng)架構(gòu)，采用LPC11C14和CC2530作為核心芯片設計了系統(tǒng)中的重要組成部分——區(qū)域性Zigbee網(wǎng)絡。通過所開發(fā)出的測試系統(tǒng)的實驗，表明該Zigbee網(wǎng)絡可準確接收用戶手機發(fā)出的停車請求，并能根據(jù)停車場內(nèi)車位狀態(tài)向用戶反饋最佳車位信息，從用戶發(fā)送請求到收到反饋信息的時間不超過10 s.

　　停車誘導系統(tǒng)是一種以多級信息發(fā)布為載體，可實時地提供停車場的位置、車位數(shù)、車位狀態(tài)等信息，指引駕駛員有效停車的信息系統(tǒng)。根據(jù)覆蓋范圍的大小，停車誘導系統(tǒng)一般又可分為城市級和停車場級兩種。為節(jié)約城市級停車誘導系統(tǒng)的建設及運營成本，本文提出一種無需建立管理控制中心的系統(tǒng)架構(gòu)。在此基礎上，本文重點研究所提架構(gòu)中的重要組成部分——區(qū)域性Zigbee網(wǎng)絡的硬件及軟件設計。

　1研究現(xiàn)狀

　　停車誘導系統(tǒng)是一種用于緩解城市中停車難現(xiàn)象的智能交通系統(tǒng)。國外最早出現(xiàn)于1971年的德國亞琛市，近40年的發(fā)展效果顯著。我國的建設興起于2001年，近10多年的發(fā)展也取得了不錯的效果。經(jīng)分析后發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外的各種系統(tǒng)雖各有特點，但它們的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理基本相似，均大致由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、中央管理和數(shù)據(jù)發(fā)布4個部分組成。因此，均需建設和維護一個城市級的管理控制中心，運營部門也需要長期繳納數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)發(fā)布兩部分與管理控制中心間的通信費用，導致系統(tǒng)的建設和后期運營的成本較高。

　2系統(tǒng)總體架構(gòu)

　　通過在城市的每一個室內(nèi)停車場、每一個室外停車場和每一塊路邊停車區(qū)域分別部署一個“區(qū)域性”的ZigBee網(wǎng)絡，并與停車用戶的智能手機相配合，即可完成在整個城市中實現(xiàn)停車誘導的功能。在上述架構(gòu)中，無需建設一個城市級的管理控制中心，從而可大大節(jié)約系統(tǒng)的建設與后期運營成本。所設計的系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，其大致工作流程為：

　　圖1 一種低成本城市級停車誘導系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖

　　1)每個ZigBee網(wǎng)絡的所有終端結(jié)點定期采集所連接的傳感器傳來的車位狀態(tài)信息。

　　2)若采集到的車位狀態(tài)與上次狀態(tài)不同，則將當前車位狀態(tài)發(fā)送給相鄰的路由器結(jié)點，并等待協(xié)調(diào)器結(jié)點的反饋。若超過一定時間未收到反饋則重發(fā)，直至收到反饋。

　　3)各路由器結(jié)點把所收到的終端結(jié)點的數(shù)據(jù)都轉(zhuǎn)發(fā)給協(xié)調(diào)器結(jié)點。

　　4)協(xié)調(diào)器結(jié)點收到車位狀態(tài)變化的消息后，給終端結(jié)點發(fā)送反饋，并更新數(shù)據(jù)庫。

　　5)當汽車行駛至某地時，用戶觸發(fā)智能手機提出尋找車位的請求，事先安裝好的智能手機軟件根據(jù)車輛當前位置運行停車場尋優(yōu)算法確定最優(yōu)的停車場(或路邊停車區(qū)域)。

　　6)智能手機軟件與最優(yōu)停車場(或路邊停車區(qū)域)的協(xié)調(diào)器結(jié)點通信，協(xié)調(diào)器結(jié)點查詢當前的車位狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。若無空閑車位，將所有車位已滿的信息反饋給智能手機軟件;否則，系統(tǒng)運行停車位尋優(yōu)算法確定最優(yōu)的停車位。

　　7)確定最優(yōu)停車位后，智能手機軟件先將車輛引導至目的停車場(或路邊停車區(qū)域)。再繼續(xù)將車輛引導至目的停車位。

　　3區(qū)域性Zigbee網(wǎng)絡的硬件設計

　　區(qū)域性Zigbee網(wǎng)絡由協(xié)調(diào)器、路由器、終端三類結(jié)點構(gòu)成。終端結(jié)點負責定時采集車位狀態(tài)并將車位狀態(tài)變化的信息發(fā)送出去;路由器結(jié)點負責轉(zhuǎn)發(fā)車位狀態(tài)變化信息;協(xié)調(diào)器結(jié)點的任務包括：接收車位狀態(tài)變化信息并更新數(shù)據(jù)庫，接收用戶通過智能手機發(fā)出的停車請求，查詢數(shù)據(jù)庫中的車位狀態(tài)，運行停車位尋優(yōu)算法，向用戶反饋最佳車位信息等。

　　在協(xié)調(diào)器結(jié)點中，需要以下主要器件：1)一塊嵌入式控制器芯片，用于管理嵌入式數(shù)據(jù)庫;2)一塊Zigbee通信芯片，用于與路由器結(jié)點通信;3)一塊GPRS模塊，用于與用戶智能手機進行通信。

　　嵌入式控制器選用恩智浦公司的LPC11C14芯片。該芯片采用Cortex-M0內(nèi)核處理器，工作頻率最高可達50 MHz.在存儲器方面，配置了32kB FLASH和8KB SRAM;在接口方面，配置有一個串口、一個2通道10位ADC、兩個SPI接口、一個I2C接口、一個SWD接口等。

　　Zigbee通信芯片選用n公司的CC2530.該芯片適用于2.4 GHz IEEE 802.15.4和Zigbee等應用。芯片內(nèi)部包括射頻收發(fā)器、可編程閃存、增強型8051MCU、8KB RAM等。由于從休眠模式轉(zhuǎn)換到工作模式的耗時非常短，所以該芯片特別適合低功耗應用。

　　由于LPC11C14芯片內(nèi)部不含EEPROM，為實現(xiàn)車位狀態(tài)數(shù)據(jù)在嵌入式數(shù)據(jù)庫中的存儲，通過I2C接口外接AT24C02芯片。LPC11C14與CC2530間的通信設計為利用串口進行通信。因為LPC11C14只有一個串口資源，為實現(xiàn)LPC11C14與GPRS模塊的串行通信，采用SPI轉(zhuǎn)串口芯片MAX3100進行轉(zhuǎn)換。

　　GPRS模塊采用通用模塊SIM_300S.LPC11C14板的電源芯片采用MIC5209，CC2530板的電源芯片采用HT7533.協(xié)調(diào)器結(jié)點的總體硬件框圖如圖2所示。

　　圖2 協(xié)調(diào)器結(jié)點硬件結(jié)構(gòu)圖

　　終端結(jié)點和路由器結(jié)點的硬件框圖與協(xié)調(diào)器結(jié)點中CC2530的框圖非常類似。區(qū)別主要是終端結(jié)點中連接有車位檢測傳感器，此外終端結(jié)點和路由器結(jié)點采用鋰電池供電。