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摘 要：随着人们对停车场的使用率越来越高，停车管理系统智能化需求也越来越高。通过实现智能化和网络化管理能够预定和査看多个停车场的车位情况，最终实现想停就停的方案，是停车场管理系统的最终目标。本设计是基于WSN的无人智能停车管理系统，上位机通过C#进行上位机管理系统的编写，对下位机ZigBee传来的数据进行實时监测，通过ZigBee无线的方式，接收终端节点上的车辆信息数据。ZigBee模块主要以STM32单片机为主控制芯片搭载ZigBee模块作为ZigBee节点，系统由协调器节点和终端节点两部分组成，终端节点上搭载红外传感器对车辆进行停放与否的监测，实现了停车场的智能管理和精准使用。
关键词：停车管理系统;无人智能;WSN;上位机
中图分类号：TP311.52 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2021.03.046
本文著录格式：王建亮，潘喆，魏也.基于WSN的无人智能停车管理系统设计[J].软件，2021，42（03）：158-161
Design of Unmanned Intelligent Parking Management System Based on WSN
WANG Jianliang1，2， PAN Zhe2， WEI Ye3
（1.Tianjin College， University of Science and Technology Beijing， Tianjin 301830; 2.Zhonghuan School of Information， Tianjin University of Technology， Tianjin 300380;3.Civil Aviation University of China， Tianjin 300300）
【Abstract】：As people use more and more parking lots， the demand for intelligent parking management systems is also increasing. It is the ultimate goal of the parking lot management system to be able to reserve and view the parking spaces of multiple parking lots through the realization of intelligent and networked management， and finally realize the stop-and-stop solution if you want. This design is an unmanned intelligent parking management system based on WSN. The upper computer uses C# to compile the upper computer management system， monitors the data from the lower computer ZigBee in real time， and receives vehicle information on the terminal node through ZigBee wireless. data. The ZigBee module mainly uses STM32 single-chip microcomputer as the main control chip. The ZigBee module is used as the ZigBee node. The system consists of two parts： a coordinator node and a terminal node. The terminal node is equipped with infrared sensors to monitor whether the vehicle is parked or not， which realizes the intelligence of the parking lot. Management and precise use.
【Key words】：parking management system;unmanned intelligence;WSN;upper computer
0 引言
近年来，随着人们生活水平的提高，汽车数量的增长速度更是惊人。由于我国城市对停车问题的认识滞后于车辆增长速度，所以导致了停车发展设施规划滞后，停车管理水平低、有关法律体系尚不健全等状况的出现。无论是居住区、商业区、还是在城市道路两侧，停车位缺乏的现象比比皆是，乱停乱放现象非常严重。
针对于市面上智停车难管理和产品单一的问题，设计了一款基于WSN的无人智能停车管理系统，本系统由上位机和下位机组成，下位机采用物联网技术之一的ZigBee技术进行组网，采用STM32单片机作为主控制芯片搭载ZigBee无线通信模块的CC2530，板载ZigBee无线通信天线，下位机实现对汽车停放的检测，通过红外传感器进行检测并上传数据到终端节点，并可以通过OLED液晶显示屏进行车位信息的显示。上位机通过设计PC端上位机管理界面，实现后台对停车场车位的信息实时监测，并作出管理。
1系统的总体架构
系统基于ZigBee无线传感器网络架构模型组织起来，下位机部分ZigBee自组网，通过ZigBee协议栈实现无线通信功能，上位机是通过C#语言实现的，在VS平台搭建的上位机管理系统。本设计是基于ZigBee的停车管理系统的设计，将STM32+CC2530芯片作为下位机的主控芯片，用物联网技术ZigBee组网来进行数据的上传和下发，通过液晶显示屏对车位信息进行显示和管理，引导泊车，终端节点搭载多个红外传感器模块，从而进行实时监控。设计的目的是搭建合理，快捷的通讯网络系统，给人们带来更便捷的生活。 系统的架构图如图1所示：
2系统硬件设计
2.1主控芯片
STM32F103ZET6属于Cortex-M系列中的Cortex- M3内核。它具有特别强大的性能，使用主流的ARM内核，有丰富的外设，多达11个定时器，256K FLASH，48K SRAM，2个IIC接口，5個串口，3个SPI接口已经还具有CAN总线通信接口，在这个智能停车管理系统中，为了满足功能要求，需要使用到主控制芯片的许多外设来进行开发。为了满足以上要求选取意法半导体公司的STM32F103ZET6作为系统的控制芯片。
2.2 ZigBee模块
ZigBee模块的在硬件设计上的主要控制芯片是CC2530，主控制芯片在无线收发电路的电磁场电磁波的传递方式下的协作下完成ZigBee网络的建立，数据采集获取与转发机制，无线数据的收发处理实在ZigBee协议栈的基础上实现的。所以通过本设计需使用成本与性能和操作性方便的前提下选择方案，所以本设计选择的是微控制器和无线收发集于一体的SOC片上系统芯片的方案。
在ZigBee节点的硬件设计中，CC2530需要实现了对传感器数据的采集，经过I/O信号采集、A/D转换，定时器电路，串口回调机制来实现数据传输功能。通过串口可实现协调器节点和上位机界面的通信。
2.3 红外传感器模块
利用红外传感器的检测障碍物的原理，准确检测停车场车位是否停放的信息。当模块检测到前方障碍物信号时，电路板上绿色指示灯点亮电平同时OUT端口持续输岀低电平信号，该模块检测距离2～30cm，检测距离可以通过电位器进行调节，顺时针调电位器，检测距离增加;逆时针调电位器，检测距离减少。传感器主动红外线反射探测，因此目标的反射率和形状是探测距离的关键。其中黑色探测距离最小，白色最大;小面积物体距离小，大面积距离大。传感器模块输岀端口OUT可直接与单片机IO口连接即可，也可以直接驱动一个继电器;连接方式：VCC-VCO;GND-GND;OUT-IO。比较器采用LM393，工作稳定;可釆用3～5V直流电源对模块进行供电。当电源接通时，红色电源指示灯点亮，具有3mm的螺丝孔，便于固定、安裝;电路板尺寸：3.1CM×15CM，每个模块在发货已经将阈值比较电压通过电位器调节好，非特殊情况，请勿随意调节电位器。
2.4 OLED液晶显示屏模块
采用的是SSD1306是一款单芯片CMOS OLED/PLED驱动器，带有有机/聚合物发光控制器。二极管点阵图形显示系统。它由128个段和64个公用部分组成。通过SPI接口时序传递指令，OLED应用比较广泛比如电子广告牌，手机显示屏，计算器，电梯指示屏等。
3 软件设计
3.1 总体设计
系统的总体设计分为上位机和下位机两部分，下位机软件设计主要是通过使用ZigBee协议栈进行智能车车管理的下位机无线通信部份的协议传输，上位机的软件开发，智能停车管理系统，主要是通过C#软件编程，上位机管理界面的软件开发平台是Visual Studio，编程语言使用的是C#。通过C#的SerialPort窗体控件编写上位机管理界面，使得界面与下位机通过串口进行数据的传输与指令下发操作。
3.2 ZigBee协议栈
本协议栈定义了通信硬件和软件在不同层次如何协调工作。在网络通信领域，在每个协议层的实体通过对信息打包与对等实体通信。在通信的发送方，用户需要传递的数据包按照从高层到低层的顺序依次通过各个协议层，每一层的实体按照最初预定消息格式在数据信息中加入自己的信息，比如每一层的头信息和校验等，最终抵达最低层的物理层，变成数据位流，在物理连接间传递。在通信的接收方数据包依次向上通过协议栈，每一层的实体能够根据预定的格式准确的提取需要在本层处理的数据信息，最终用户应用程序得到最终的数据信息并进行处理。
3.3 通讯协议
对于无线通信，就一定具备它的无线通信通信协议，终端节点搭载红外传感器，终端节点采集到的信号，通过终端节点进行组包，并通过协议栈，组包无线发送到协调器节点，通过协调器节点在将其发送至上位机停车管理系统，这样就可以对停车场的停车位进行智能的管控了。上位机和下位机之间完成了规定的数据通信格式，实现了产品开发者对所设计模块的控制，通过基于串口通讯协议之上的数据格式，对下位机模块实现控制，指令的下发与上传。
3.4 ZigBee网络程序设计
ZigBee组网的应用是基于Zstack协议栈进行开发的，通过实时性操作系统OSAL来实现ZigBee的组网，整个协议栈通过寻找节点ID号，创建队列出栈，一系列算法过程来实现整个操作系统的运行。在Zstack中使用组网函数，通过协调器向网络中的节点发出绑定请求，等待各终端节点应答，建立起安全机制，给每个终端节点分配PAN标识符，各终端节点按优先级依此对协调器发起的网络机制进行响应。包括对硬件的初始化，协议栈的初始化，建立连接网络。在网络建立的一开始，首先启动协调器节点，因为协调器节点才可以创建和配置网络。
3.5 红外传感器程序设计
本设计通过CC2530作为单片机的信号数据处理以及其本身特有支持Zigbee无线通讯技术，在ZigBee终端节点上搭载三个红外传感器，模拟三个车位信息，通过传感器是否检测到障碍物判断车位是否有停车，软件设计终端节点采集外红传感器信号，由红外采集模块采集信号输入，然后单片机采集信号，启用定时器定时采集并检测是否有车停放。红外采集传感器软件设计流程如图2所示。
3.6 上位机管理系统界面设计
对于上位机界面的开发我们采用C#语言，是一种面向对象的高级程序语言，语法和C/C++很像，C#用起来很方便，可以应用到很多的场景中去。C#带有简单的窗体编辑工具，在上面可以添加我们所需要的控件，在SerialPort控件完成与下位机网关的数据通信，集成了COM，微软的WIN32组件技术。通过窗体化增加设计界面，然后自动生成代码，整体操作简单方便。
4 结语
对于基于WSN的智能停车管理系统整体测试调试，搭建了样机进行验证。整体搭建的硬件设备有两块ZigBee模块、红外传感器模块，其中协调器模块通过USB连接线连接到PC，在PC上通过上位机GUI界面可以实时监测到整个停车场系统的停放信息，方便了客户车辆的停放和管理员的合理化管控。
关键词：停车管理系统;无人智能;WSN;上位机
中图分类号：TP311.52 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2021.03.046
本文著录格式：王建亮，潘喆，魏也.基于WSN的无人智能停车管理系统设计[J].软件，2021，42（03）：158-161
Design of Unmanned Intelligent Parking Management System Based on WSN
WANG Jianliang1，2， PAN Zhe2， WEI Ye3
（1.Tianjin College， University of Science and Technology Beijing， Tianjin 301830; 2.Zhonghuan School of Information， Tianjin University of Technology， Tianjin 300380;3.Civil Aviation University of China， Tianjin 300300）
【Abstract】：As people use more and more parking lots， the demand for intelligent parking management systems is also increasing. It is the ultimate goal of the parking lot management system to be able to reserve and view the parking spaces of multiple parking lots through the realization of intelligent and networked management， and finally realize the stop-and-stop solution if you want. This design is an unmanned intelligent parking management system based on WSN. The upper computer uses C# to compile the upper computer management system， monitors the data from the lower computer ZigBee in real time， and receives vehicle information on the terminal node through ZigBee wireless. data. The ZigBee module mainly uses STM32 single-chip microcomputer as the main control chip. The ZigBee module is used as the ZigBee node. The system consists of two parts： a coordinator node and a terminal node. The terminal node is equipped with infrared sensors to monitor whether the vehicle is parked or not， which realizes the intelligence of the parking lot. Management and precise use.
【Key words】：parking management system;unmanned intelligence;WSN;upper computer
0 引言
近年来，随着人们生活水平的提高，汽车数量的增长速度更是惊人。由于我国城市对停车问题的认识滞后于车辆增长速度，所以导致了停车发展设施规划滞后，停车管理水平低、有关法律体系尚不健全等状况的出现。无论是居住区、商业区、还是在城市道路两侧，停车位缺乏的现象比比皆是，乱停乱放现象非常严重。
针对于市面上智停车难管理和产品单一的问题，设计了一款基于WSN的无人智能停车管理系统，本系统由上位机和下位机组成，下位机采用物联网技术之一的ZigBee技术进行组网，采用STM32单片机作为主控制芯片搭载ZigBee无线通信模块的CC2530，板载ZigBee无线通信天线，下位机实现对汽车停放的检测，通过红外传感器进行检测并上传数据到终端节点，并可以通过OLED液晶显示屏进行车位信息的显示。上位机通过设计PC端上位机管理界面，实现后台对停车场车位的信息实时监测，并作出管理。
1系统的总体架构
系统基于ZigBee无线传感器网络架构模型组织起来，下位机部分ZigBee自组网，通过ZigBee协议栈实现无线通信功能，上位机是通过C#语言实现的，在VS平台搭建的上位机管理系统。本设计是基于ZigBee的停车管理系统的设计，将STM32+CC2530芯片作为下位机的主控芯片，用物联网技术ZigBee组网来进行数据的上传和下发，通过液晶显示屏对车位信息进行显示和管理，引导泊车，终端节点搭载多个红外传感器模块，从而进行实时监控。设计的目的是搭建合理，快捷的通讯网络系统，给人们带来更便捷的生活。 系统的架构图如图1所示：
2系统硬件设计
2.1主控芯片
STM32F103ZET6属于Cortex-M系列中的Cortex- M3内核。它具有特别强大的性能，使用主流的ARM内核，有丰富的外设，多达11个定时器，256K FLASH，48K SRAM，2个IIC接口，5個串口，3个SPI接口已经还具有CAN总线通信接口，在这个智能停车管理系统中，为了满足功能要求，需要使用到主控制芯片的许多外设来进行开发。为了满足以上要求选取意法半导体公司的STM32F103ZET6作为系统的控制芯片。
2.2 ZigBee模块
ZigBee模块的在硬件设计上的主要控制芯片是CC2530，主控制芯片在无线收发电路的电磁场电磁波的传递方式下的协作下完成ZigBee网络的建立，数据采集获取与转发机制，无线数据的收发处理实在ZigBee协议栈的基础上实现的。所以通过本设计需使用成本与性能和操作性方便的前提下选择方案，所以本设计选择的是微控制器和无线收发集于一体的SOC片上系统芯片的方案。
在ZigBee节点的硬件设计中，CC2530需要实现了对传感器数据的采集，经过I/O信号采集、A/D转换，定时器电路，串口回调机制来实现数据传输功能。通过串口可实现协调器节点和上位机界面的通信。
2.3 红外传感器模块
利用红外传感器的检测障碍物的原理，准确检测停车场车位是否停放的信息。当模块检测到前方障碍物信号时，电路板上绿色指示灯点亮电平同时OUT端口持续输岀低电平信号，该模块检测距离2～30cm，检测距离可以通过电位器进行调节，顺时针调电位器，检测距离增加;逆时针调电位器，检测距离减少。传感器主动红外线反射探测，因此目标的反射率和形状是探测距离的关键。其中黑色探测距离最小，白色最大;小面积物体距离小，大面积距离大。传感器模块输岀端口OUT可直接与单片机IO口连接即可，也可以直接驱动一个继电器;连接方式：VCC-VCO;GND-GND;OUT-IO。比较器采用LM393，工作稳定;可釆用3～5V直流电源对模块进行供电。当电源接通时，红色电源指示灯点亮，具有3mm的螺丝孔，便于固定、安裝;电路板尺寸：3.1CM×15CM，每个模块在发货已经将阈值比较电压通过电位器调节好，非特殊情况，请勿随意调节电位器。
2.4 OLED液晶显示屏模块
采用的是SSD1306是一款单芯片CMOS OLED/PLED驱动器，带有有机/聚合物发光控制器。二极管点阵图形显示系统。它由128个段和64个公用部分组成。通过SPI接口时序传递指令，OLED应用比较广泛比如电子广告牌，手机显示屏，计算器，电梯指示屏等。
3 软件设计
3.1 总体设计
系统的总体设计分为上位机和下位机两部分，下位机软件设计主要是通过使用ZigBee协议栈进行智能车车管理的下位机无线通信部份的协议传输，上位机的软件开发，智能停车管理系统，主要是通过C#软件编程，上位机管理界面的软件开发平台是Visual Studio，编程语言使用的是C#。通过C#的SerialPort窗体控件编写上位机管理界面，使得界面与下位机通过串口进行数据的传输与指令下发操作。
3.2 ZigBee协议栈
本协议栈定义了通信硬件和软件在不同层次如何协调工作。在网络通信领域，在每个协议层的实体通过对信息打包与对等实体通信。在通信的发送方，用户需要传递的数据包按照从高层到低层的顺序依次通过各个协议层，每一层的实体按照最初预定消息格式在数据信息中加入自己的信息，比如每一层的头信息和校验等，最终抵达最低层的物理层，变成数据位流，在物理连接间传递。在通信的接收方数据包依次向上通过协议栈，每一层的实体能够根据预定的格式准确的提取需要在本层处理的数据信息，最终用户应用程序得到最终的数据信息并进行处理。
3.3 通讯协议
对于无线通信，就一定具备它的无线通信通信协议，终端节点搭载红外传感器，终端节点采集到的信号，通过终端节点进行组包，并通过协议栈，组包无线发送到协调器节点，通过协调器节点在将其发送至上位机停车管理系统，这样就可以对停车场的停车位进行智能的管控了。上位机和下位机之间完成了规定的数据通信格式，实现了产品开发者对所设计模块的控制，通过基于串口通讯协议之上的数据格式，对下位机模块实现控制，指令的下发与上传。
3.4 ZigBee网络程序设计
ZigBee组网的应用是基于Zstack协议栈进行开发的，通过实时性操作系统OSAL来实现ZigBee的组网，整个协议栈通过寻找节点ID号，创建队列出栈，一系列算法过程来实现整个操作系统的运行。在Zstack中使用组网函数，通过协调器向网络中的节点发出绑定请求，等待各终端节点应答，建立起安全机制，给每个终端节点分配PAN标识符，各终端节点按优先级依此对协调器发起的网络机制进行响应。包括对硬件的初始化，协议栈的初始化，建立连接网络。在网络建立的一开始，首先启动协调器节点，因为协调器节点才可以创建和配置网络。
3.5 红外传感器程序设计
本设计通过CC2530作为单片机的信号数据处理以及其本身特有支持Zigbee无线通讯技术，在ZigBee终端节点上搭载三个红外传感器，模拟三个车位信息，通过传感器是否检测到障碍物判断车位是否有停车，软件设计终端节点采集外红传感器信号，由红外采集模块采集信号输入，然后单片机采集信号，启用定时器定时采集并检测是否有车停放。红外采集传感器软件设计流程如图2所示。
3.6 上位机管理系统界面设计
对于上位机界面的开发我们采用C#语言，是一种面向对象的高级程序语言，语法和C/C++很像，C#用起来很方便，可以应用到很多的场景中去。C#带有简单的窗体编辑工具，在上面可以添加我们所需要的控件，在SerialPort控件完成与下位机网关的数据通信，集成了COM，微软的WIN32组件技术。通过窗体化增加设计界面，然后自动生成代码，整体操作简单方便。
4 结语
对于基于WSN的智能停车管理系统整体测试调试，搭建了样机进行验证。整体搭建的硬件设备有两块ZigBee模块、红外传感器模块，其中协调器模块通过USB连接线连接到PC，在PC上通过上位机GUI界面可以实时监测到整个停车场系统的停放信息，方便了客户车辆的停放和管理员的合理化管控。