基于ZigBee的停车场车位指引系统设计
摘 要 根据大型停车场对车位管理以及待停车辆指引的要求，针对现有指引系统布线复杂的问题，采用工业级ARM7微处理器并运用超声波技术进行车位状态检测，同时为适应不同季节、不同地域的使用要求，对超声波车位探测器进行了温度补偿。此外采用ZigBee技术组建了无线网状网，完成了中控计算机与车位探测器之间的无线通信，解决了布线繁杂的问题，经实际验证本系统能够可靠、快速地组建停车场车位指引系统。
关键词 超声波测距；温度补偿；ZigBee
中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）18-0018-01
现阶段国内大部分停车场只是对车辆的出入时间进行管理，以实现自动计费为主要目的，对停车场空余车位的指引基本采用人工方式；较先进的室内停车场安装了车位检测系统，此类系统中各个车位探测器与中控计算机之间通过有线RS485方式连接，施工周期较长，布线复杂、系统不易扩容。
针对现有停车场车位检测系统的缺点，采用ARM7内核的LPC2129为MCU，使用温度补偿减小测距误差，组建ZigBee Mesh网完成了中控计算机与超声波车位探测器之间的无线通信，使得系统拥有更加灵活的可扩展性。
1 系统工作原理
本系统由中控计算机、悬挂于车位正上方的超声波车位探测器、上位机管理软件等部分组成。
超声波车位探测器利用超声波发射探头向车辆顶部或地面垂直发射超声波进行测距，有车和无车时探测器测得的距离是不同的，由此可判断出车位状态；在车位靠近道路方向的顶部安装车位指示灯，可根据本车位状态改变颜色。车位指示灯为三种状态：绿色表示空闲，红色表示有车，橙色表示预定或管制。
中控计算机通过RS232连接的ZigBee协调器模块上电后启动无线网状网，超声波车位探测器所包含的ZigBee路由器模块可感知协调器的存在并建立连接。中控计算机通过协调器向超声波车位探测器发送查询命令，测得车位状态后超声波车位探测器中的路由器模块将信息传送到协调器。中控计算机通过上位机软件处理，将引导信号及时传给设置在停车场的各主要路口的信息显示屏，动态显示相应停车区域内的空余车位个数；车主根据停车场信息显示屏显示的空闲车位情况行车至大致停车区域，根据车位上的绿灯进行停车。
2 系统硬件设计
本系统MCU选用飞利浦公司生产的工业级微处理器LPC2129，具有较小的封装以及极低的功耗，适合多种环境下的应用。超声波车位探测器由XBee无线通信模块、温度补偿电路、超声波发送和接收电路等组成。
超声波发射部分中使用了NE555芯片完成占空比为50%的40KHz超声波的输出。当NE555芯片的复位引脚为高电平时，发送超声波。超声波接收部分使用集成电路CX20106A进行检波，CX20106A的信号输出引脚接收到回波信号时产生一个下降沿变为低电平。
测温采用DALLAS公司生产的DS18B20单总线数字温度传感器，通过编程实现温度信号的9～12位的数字转换，测量范围为-55℃～+125℃。DQ为数据I/O引脚，DS18B20通过4.7 kΩ上拉电阻的DQ线外接LPC2129。
系统选用了Digi公司内置协议栈的XBee/XBee-PRO模块，工作频率为2.4 GHz。XBee-PRO是XBee的加强型模块，传输距离大幅增加，在空旷环境下可达1.5 km，两种模块的封装以及操作模式是一致的。超声波车位探测器包含XBee路由器模块。
3 系统软件设计
超声波车位探测器测距模块首先利用脉宽调制器（PWM）产生控制脉冲，一个周期为41 ms，1 ms高电平，40 ms低电平。高电平时555定时电路发送40 KHz的'超声波，低电平时停止超声波发送，方便超声波车位探测器接收超声波回波信号。超声波开始发送时定时器1延时1 ms启动，避免超声波接收探头接收到部分超声波从而出现误触发；启用定时器0对CX20106A的输出引脚进行下降沿捕获，在接收到超声波回波信号时，程序会进入捕获中断服务子程序计算所测距离。
DS18B20的每次读写之前都要进行一次复位操作，12位转换精度下温度值为16位符号扩展的二进制补码读数形式。LPC2129与DS18B20之间采用单总线通信，程序中跳过了ROM序列号的读取。
数据帧帧头为Ox7E，此格式为固定格式。目标模块的地址包括目标的网络地址和MAC地址；车位位置信息包含车位的区域信息和车位的具体编号，前者为大写英文字母的ASCⅡ值，后者为3到4位十进制数的ASCⅡ值。
中控计算机连接有XBee协调器模块，需要查询各个车位状态时，发送查询数据帧。车位探测器包含的XBee路由器模块接收到数据时，触发中断进入中断服务子程序，当判定接收到的数据帧中含有车位状态查询指令时，开始检测相应车位的状态，并将车位占用情况发送至协调器。
运用MFC设计了本车位指引系统的上位机管理软件，以完成中控计算机与XBee协调器的RS232通信，按照停车场楼层及停车区域的划分，使用轮询方式查询相应车位状态信息，从而得出相应区域的空闲车位数，并在上位机管理软件界面上直观显示。
4 结束语
本车位指引系统硬件上使用了ZigBee无线通信模块，并采用ARM7微处理器作为MCU，对超声波测距的结果通过温度传感器进行了温度补偿，车位探测的准确度大幅提高。经实际测试，本系统中超声波车位探测器与中控计算机间的无线通信可靠、快速，车位状态检测精确，从上位机管理软件的界面中可以简洁直观的看到各个楼层及不同停车区域的车位空余及占用状态。本系统采用无线通信方式避免了当前市场同类系统布线复杂的问题，在控制能耗方面表现较佳，能够满足国内市场大多数客户对此类系统的要求，有较强的应用价值。
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