基于无线传感网的智能停车场硬件系统设计开题报告

1. 研究目的与意义

1.1背景

随着经济、科学的快速发展及城市化的进程加快，小汽车进入家庭，私人拥有量越来越多。又由于我国对发展家用汽车给予政策上的支持，中国的汽车持有量在不断地增长。随着车辆的增长，现有的停车泊位越来越不能满足停车需求，车辆的任意停放给交通的安全与通畅带来了很大的影响，也给交通控制工作带来了很多的不便。而传统停车场的管理效率和安全性大大滞后于社会的需要，因此一套更先进完善的智能停车场管理系统就显得更为重要。

1.2目的

2. 研究内容和预期目标

2.1研究内容

现有的智能停车场系统主要以感应卡、IC卡或ID卡为载体，当车辆行驶到入口或出口时，将卡片靠近读卡器，系统在获取读卡器上传的持卡人信息后，按照预先写好的程序对车辆进行进出管理。这种方式可以实现停车场管理系统功能，但不能实现不停车收费，入口通行效率仍然较低，并且由于车辆进出时需要停车刷卡，驾驶人员操作起来具有一定难度，一旦没有停好容易引发车辆刮擦事故。也有利用模式识别自动识别车牌，从而获取车辆信息，进而实现停车场管理的停车场系统，该方法不需要停车刷卡，减速即可进入停车场，但车牌识别的准确率会受到光照、天气、车身污染程度等外在因素的影响，误识别率较高。

针对目前智能停车场系统存在的弊端，本课题提出一种基于无线传感网络的智能停车场系统方案。无线传感网络是一种新型的传感器网络，具有非常广泛的发展前景和应用前景，可以给人类的生产与生活的许多领域带来深刻的影响。美国、德国、日本等发达国家，非常重视无线传感网络技术的研究、应用和发展。美国杂志《技术评论》在研讨未来社会十大新兴技术，排名第一的便是无线传感网络技术。《商业周刊》预测的未来四大新技术中，无线传感网络也列入其中。在“中国未来20年技术预见研究”中总共157个技术课题，其中有7项是直接论述传感网络的。

目前最常用的无线传感网络技术有如下几种：无线高保真（WiFi）、超宽带技术（UWB）、蓝牙技术（BlueTeeth）、ZigBee技术。均展现出各自巨大的应用潜力。

WiFi是一种可以将个人电脑、手持设备等终端以无线方式互相连接的技术，事实上它是一个高频无线电信号，目的是改善基于IEEE 802.11标准的无线网路产品之间的互通性。

UWB是一种无载波通信技术，它不采用正弦载波，而是利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。UWB可在非常宽的带宽上传输信号，美国FCC对UWB的规定为：在3.1～10.6GHz频段中占用500MHz以上的带宽。由于UWB可以利用低功耗、低复杂度发射/接收机实现高速数据传输而在近年来得到迅速发展。

蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，其实质内容是为固定设备或移动设备之间的通信环境建立通用的无线电空中接口，将通信技术与计算器技术 进一步结合起来，使各种3C设备在没有电线或电缆相互连接的情况下，能在近距离范围内实现相互通信或操作，是一种低成本、低功率无线传感技术。

ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据国际标准规定，ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。

四种技术，各有所长，也各有所短，对其性能进行的比较如下：

表1

通过对比，可以非常直观的看出这几种技术造就的硬件差异。ZigBee短距离、超低功耗、低数据速率、低成本、可靠性高,有强大的自组网和自愈功能,但速率较低。对于停车场系统较为适用。

ZigBee技术运用在停车场系统有很大的优势,主要表现在以下几个方面:

①功耗低:ZigBee因传输速率相对较低,常用于发送数据量较小的系统中。ZigBee巧妙的采用了休眠模式,这样使得节点非常省电,电池的工作时间可以达到几年。

②低成本:ZigBee的协议甚至不到蓝牙的协议的1/10,这大大降低控制器的成本,现在市面上的ZigBee模块仅为几美分,相对于UWB芯片的至少20元美金,Zigbee成本已经非常小了,且ZigBee协议免专利费用。

③数据传输可靠性:ZigBee设置了三种级别类型的安全保障模式,分别是无安全设定、使用接入控制清单(ACL)的安全设定模式、采用AES128高级加密标准的对称密码安全设定模式。在MAC层采用的是talk-when-ready的碰撞避免机制,采用该方法能提高系统传输的安全可靠性。

④网络容量大:ZigBee的网络结构多重多样,根据网络的结构不同所连接的子节点也不同,一个主节点最多可以管理254个子节点,同时主节点又有上一级网络节点管理,构成一个网状结构。

⑤兼容性:通过网络协调器自动建立网络,采用载波侦听/冲突检测(CSMA-CA)方式进行信道接入,为了可靠的传递,还提供全握手协议。

基于停车场环境下的需求分析和综合考虑,对比了几种无线传感网络技术的优劣势,本课题选用ZigBee无线传感网络技术用于智能停车场管理系统。

2.2预期目标

要实现随时随地传输车辆信息与停车引导信息，首先要搭建覆盖停车场范围的ZigBee无线通信网络来作为系统的“信息高速公路”。整个主干网由若干个主干网基站采用网状ZigBee拓扑结构组成，这些基站能够自组网形成网络，实现车辆和控制中心的信息交互，并具有路由功能。主干网的拓扑结构如图所示

图1

本课题要达到以下几个预期目标，第一，无障碍停车；第二，自动计算停车场内的空闲停车位，并可视化显示；第三，对进入停车场的车辆进行停车引导，避免车辆在场内无序流动，出现交通拥堵状况；第四，自动对进出停车场的车辆进行收费；第五，自动分析停车场不同时期的车流量，指导优化停车场管理与资源配置；第六，对停车场内的车辆进行在位监控。

3. 研究的方法与步骤

3.1研究方法

本课题拟采用结构化开发方法。结构指系统内各组成要素之间的相互联系、相互作用的框架。结构化开发方法强调系统结构的合理性，主要是面向数据流的，因此也被称为面向功能的开发方法。结构化技术包括结构化分析、结构化设计和结构化程序设计三方面内容。

3.2研究步骤

4. 参考文献

[1] 百度百科.zigbee[eb/ol].http:// baike.baidu.com.

[2] 曹建军，史忠科，宋蕾.小区停车场智能管理系统设计[j].计算机工程与应用，2009.5：4-5.

[3] 侯红丽，张霄霞，王福明.zigbee无线传输技术综述[j].山西电子技术，2011.4:84-86.

5. 计划与进度安排

2022.1.5 ---- 2022. 2.28 查阅资料, 撰写开题报告

2022.3.1 ---- 2022.3.15 需求分析,熟悉开发工具

2022.3.15 ---- 2022.3.20 概要设计