基于Zigbee的停车场空位检测系统毕业论文.doc

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XX大学

毕业论文（设计）

题目基于Zigbee的停车场空位检测系统

院系自动控制系

专业测控技术与仪器

学生姓名XX

学号

指导教师

职称

二Ｏ一一年五月三十日

40

目录

摘要 1

第一章引言 1

1.1课题来源及背景 1

1.1.1课题来源 1

1.1.2停车场管理系统的现状与发展趋势 2

1.1.3研究的目的及意义 2

1.2课题的主要研究内容 3

第二章无线传感网络与Zigbee技术 3

2.1无线传感网技术介绍 3

2.1.1无线传感器网络概述 3

2.1.2无线传感器网络的特点 4

2.1.3短程无线通信技术比较 4

2.2 ZigBee技术介绍及设计应用 6

2.2.1Zigbee网络节点的设计 6

2.2.2Zigbee网络数据传输系统的概述 9

2.3停车场空位检测系统的网络节点设计 10

2.3.1停车位无线传感器网络拓扑结构研究 10

2.3.2停车位传感器的硬件设计技术 11

第三章基于Zigbee的停车场空位检测系统的设计 12

3.1停车场管理系统构成 12

3.1.1入口管理系统设备及流程 14

3.1.2泊车引导系统 16

3.1.3出口通道系统 19

3.2停车场空位检测系统的实现 21

3.2.1车位检测电路方案论证 21

3.2.2停车位检测器的设计 21

3.2.3超声波检测车位状态的原理及实现 23

3.3本章小结 27

结束语 28

参考文献 28

致谢 29

ABSTRACT 30

附录 31

基于Zigbee的停车场空位检测系统

基于ZigBee的停车场空位检测系统

姚洁

南京信息工程大学滨江学院测控技术与仪器专业，南京210044

摘要：

随着社会经济发展，各城市汽车拥有量持续增长，停车难的问题日益突出。

本论文基于ZigBee技术和超声波检测技术，提出了一种新的智能化的停车场空位检测系统的设计与实现方案。

论文首先介绍了无线传感网技术并进行比较，分析了基于ZigBee组建无线传感器网络的优势，然后论述了所设计的停车场空位检测系统的各功能模块的组成和功能，以及系统实现的关键技术和节点的软硬件设计。

本系统采用CC2430芯片和超声波模块设计停车位传感器节点，通过各停车位传感器节点、路由器组建ZigBee网络，并由其协调器通过RS-232串口连接主控计算机，实现数据采集。

关键词:

ZigBee;空位检测系统;超声波传感器。

第一章引言

1.1课题来源及背景

1.1.1课题来源

近几十年来，我国的经济快速腾飞，日益突出一种新的问题——“停车难”，尤其是商业城、娱乐区等人口密集地带的车辆停放成为急需解决的问题，可是目前的停车管理手段相对落后，因此实现停车场快速有效的智能管理成为解决问题必然选择。

在人口密集的地区泊车者因为寻找停车场或停车位而形成的路面交通量被称为无效交通流，如果能避免这部分交通流的发生，则能有效地改善城市的交通状况。

可是现在大部分城市的停车设施建设却相对滞后，满足不了城市交通发展的要求，凸显了汽车发展和与之配套的基础设施的矛盾，停车问题在我国各大城市已经成为亟待解决的难题。

停车难的现状是由很多因素决定的，包括:

①停车泊位严重短缺，导致车位供需失衡;②车位供需能力分布不均;③室内公共停车场泊位利用率低;④车位配建出现很多侵占挪用的现象;⑤部分停车场的划定及停车位的设计不合理;⑥缺乏停车场建设与发展的产业政策;⑦使用者守法停车的意识淡薄;⑧缺乏合理的停车位经营管理模式等。

这些问题又会引发行驶不便、交通堵塞、损毁绿化、威胁大众安全等问题，从而影响生活质量，提高生产成本，阻碍社会经济的正常发展。

因此，随着汽车持有的普遍，对城市道路建设提出很高要求，也给城市停车业带来巨大的挑战，而建设现代化的停车场，增加城市有效停车位可以有助于城市交通的畅通，可以帮助现代城市的可持续发展。

1.1.2停车场管理系统的现状与发展趋势

目前，各国已经开始运用先进的技术，例如：

信息技术、数据通讯传输技术以及计算机技术来建立相应的停车诱导系统（ParkingGuidanceSystem）和停车场智能管理系统。

交通管理部门通过停车服务热线、停车诱导显示屏、停车服务网和交通广播网等载体发布停车信息，使泊车者能可靠、高效地找到合适的车位，同时也可以对不熟悉该地区的驾驶员提供服务，从而有效减少乱停乱放、占用非停车用地的现象，同时停车需求在时间和空间上分布的不均匀的矛盾也得到缓解，避免由于寻找停车场而产生的无效交通流以及由此带来的公共安全危害，使人们拥有一个安全有序的出行环境。

与此同时，国内很多停车场的管理还是依靠最简单的手工作业方式，而这种传统的数据管理仍采用人工簿册式的管理方式，查阅不方便，无法有效管理，工作效率低，检索和使用困难，而且信息的分析处理也是以定性分析为主，无法合理有效地规划停车场的位置、车位数、合理性。

在目前国内停车场管理中发现以下问题:

泊车排队等候的时间长;人工现金收费的漏洞较大，收费的透明度低，不利于管理;不合理的车位规划导致车辆进出难度提高；经常出现车位抢占的问题等等。

停车场管理发展的必然趋势包括：

在道路路口实时发布车位有关信息，在停车场内实现停车诱导，实现真正的智能管理。

因此停车场管理系统的方向就是提高系统的智能化程度，增加对车位的监控，实现泊车的层层诱导，更加人性化满足车主的需求。

1.1.3研究的目的及意义

停车位供需严重不平衡和停车场设备老旧、管理系统的滞后，使停车资源更加紧缺，但也带来“停车经济”的无限商机。

目前，在一些发达国家和地区，停车系统己实现了产业化。

如在美国，停车业每年带来的经济效益约为260亿美元，可以提供100万个就业机会，可见研究智能停车场具有巨大的经济效益。

一个好的停车场管理系统只需要少量的人力，即可提供真正的泊车诱导，使停车变得方便快捷，无需等候;使停车场和停车位得到最大的利用;进一步提高车辆停放的安全性和可靠性，为公众提供更安心的服务。

而停车场有效管理的关键就在于能否成功的对停车位进行监控，有效管理停车位。

而停车诱导的有效运行，能提高城市交通的舒畅率，活跃城市的生命力，有助于城市和社会的可持续发展。

因此，研究具有停车位空位检测系统的智能停车场具有十分重要的意义。

车位检测系统是大型室内专业停车场实现车位自动化定点管理的基础。

本系统主要使用了ZigBee技术，ZigBee传感网的低功耗，低速率，低成本，低复杂度，高安全性和自组织网络的优势使停车场管理实现了真正的无线管理，省去了昂贵的布线成本，降低的成本，并且管理的可靠性得到很到提高，因此基于这种技术的停车场管理系统已成为了目前研究的一个发展方向。

1.2课题的主要研究内容

本次课题为停车场空位检测提供了依据，有助于停车场的管理和发展。

本文分析了当前停车场智能管理系统的发展现状和停车位监控的主要实现方式，并介绍无线传感器中的ZigBee标准的协议，并基于ZigBee协议，采用CC2430芯片和超声波测距模块，设计一个停车位空位检测系统，并且增加显示停车场所有车位的空闲与否的显示屏，实现停车场内停车诱导，增加停车位与所停车辆的匹配。

内容包括基于ZigBee网络技术的停车场空位检测系统结构框图和检测器的安装位置图，车位检测的硬件电路，以及整个系统和各个部分的介绍，ZigBee无线网络节点，ZigBee无线数据传输的相关内容。

本系统采用ZigBee无线网络连接，各个子系统通过ZigBee网络进行通信，省去了昂贵的布线成本，满足了己有停车场不停业改造的需求，填补了市场空白。

本系统可帮助泊车者方便快捷地找到车位，提高车场车位管理的规范程度，提高车位利用率。

降低管理人员成本，消除车主寻找车位的烦恼，出行愉快，使停车场形象更加完美。

第二章无线传感网络与Zigbee技术

2.1无线传感网技术介绍

2.1.1无线传感器网络概述

无线传感器网络（WSN,WirelessSensorNetwork），是一个自组织的多跳的网络系统，由大量微型传感器节点组成，以无线通信方式协作地感知、采集和处理监控区域内的被感知对象的信息，并发送给观察者。

观察者、传感器和感知对象构成了无线传感器网络的三个要素。

传感器节点可进行数据采集、事件检测、事件标识、位置监测和节点控制,而且是无间断的，连续的。

这种特性和其无线连接的方式使得无线传感器网络能够广泛应用于军事、空间探索、环境监测和预报、城市交通、建筑物状态监控、机械监控、大型车间和仓库管理，以及机场、大型工业园区的安全监测、智能家居等领域[16]。

2.1.2无线传感器网络的特点

1.大规模：

为获取精确信息，在监测区域通常部署大量传感器节点，数量成千上万，甚至更多。

可能分布在很大的地理区域内，如在原始森林采用传感器网络进行森林防火和环境监测;也可能是大量的传感器节点密集部署在较小的氛围内。

大规模性有如下优点:

大量冗余节点使系统具有很强的容错性;分布式处理采集信息允许降低对单个节点的精度要求;更大的信噪比;减少洞穴或者盲区。

2.动态性：

新节点的加入;传感器、感知对象和观察者的移动;节点因电能耗尽或环境造成故障或失效;无线通信链路因环境的改变而带宽变化甚至时通时断等诸多因素都可能导致网络拓扑结构的改变，这要求传感器网络系统具有动态的系统可重构性。

3.自组织：

传感器节点被放置的位置通常不能预先精确设定，不能确定节点间的相互邻居关系，没有基础结构。

因此要求传感器节点能自动进行配置和管理，自组织成多跳无线网络系统。

4.以数据为中心：

传感器网络是一个任务型的网络。

采用编号标识传感器网络中的节点。

传感器节点随机部署，节点编号与传感器之间的对应关系可以是完全动态的，即节点编号与节点位置没有必然联系。

无线传感器网络是一种任务型、与实际应用关系密切的网络，脱离传感器网络谈论传感器节点没有任何意义。

传感器节点的编号与节点的位置没有必然的联系，实际上节点之间的关系也是动态的。

用户使用无线传感器网络的时候，只关心目标数据出现在哪个时空区，而并不关心这些数据是哪个节点传回来的[16]。

2.1.3短程无线通信技术比较

无线传感器节点主要由四部分组成：

1.传感器模块:

传感器、信号调整、A/D转换器。

采集监测区域内的信息和数据转换。

2.处理器模块:

微处理器、存储器。

存储处理本节点采集的数据以及其他节点转发的数据，负责整个传感器节点的操作的控制。

3.无线通信模块:

收发器、MAC。

与其他节点无线通信，收发采集数据和交换控制信息。

4.能量供应模块:

电源、AD-DC。

多为太阳能电池或干电池。

提供节点运行所需的能量。

图2.1无线传感网节点典型组成

一般而言，随着通信距离的增大，设备的复杂度、功耗以及系统成本都在增加。

如何解决无线信道的多变性和易丢失性，以及节点的能源限制是关键。

长距离数据传输时，能耗情况会十分严重，对能量有限的系统来说，会造成节点过早死亡[20]。

目前，使用较广泛的短程无线通信技术有蓝牙（Bluetooth）、无线局域网802.11（Wi-Fi）、红外数据传输（IrDA）、ZigBee、超宽频（UltraWideBand）、短距通信（NFC）、WiMedia、GPS、DECT、无线1394和专用无线系统等。

传感器网络中常用的几种无线通信技术有:

蓝牙、Wi-Fi、UWB、ZigBee等。

1.蓝牙技术

蓝牙技术的实质是为移动或固定设备之间的通信环境建立通用的近距离无线接口。

是一种