张衡 王莉 王志祥 谢慧雯

摘要：借助万物互联（IoT）时代物与物、人与物之间能进行信息交互的特性，充分发挥物联网技术在智能交通领域的应用，文章设计了一款基于NB-IoT的共享停车位控制系统。它能整合所获得的停车位数据信息，依据车位的使用情况实时智能提供该停车位的使用情况给用户，使相关信息传达给有需求的车主。并且用户能通过微信小程序客户端（ParkingTrading288）直接控制停车锁的开启和关闭，十分方便。本设计的实现有助于停车位的共享，提高了停车位的有效利用率，让车主能随时了解到车位信息，出行再也不用为停车而烦恼。通过停车锁确保了停车位的安全，同时也更方便地掌握车位信息。

关键词：单片机stm32;NB-IoT;服务器云系统;ParkingTrading288

中图分类号：TP311    文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）13-0067-03

1 引言

汽车为人们的出行带来了很多便利，但同时增长过于迅速的汽车保有量导致交通拥挤不已、停车困难重重，“停车难、找车难、收费难”已成为亟待解决的难题。根据调查，车位紧张的主要原因在于车位在时间和空间上的分配情况以及车位信息的不透明所导致[1]。在现有基础上，充分提高停车位资源的利用率是当前解决停车位难题的首要措施。

针对上述出现的各种关于停车的问题，本研究能够在现有的基础上缓解停车难题，充分利用有限的停车位，避免停车位资源的浪费。同时能将所有停车位资源的相关信息进行整合，实时智能规划、合理安排出每个车位的使用时刻表，并将这些数据信息提供给有需要的车主，让所有闲置的停车位得到充分使用。该系统以NB-IoT技术作为纽带，再用以STM32为主控的车位锁来管理车位，并与物联网开放平台相连接。在物联网开放平台中建立车位云系统来统筹管理共享车位锁并传输数据给小程序来让用户使用，以实现共享车位管理的功能。

2 国内外现状描述

2.1 国内研究现状

停车位一般来说都有对应的出入口，而内部车位整齐划一，比较适合管理，对于本文方案的实施有着促进作用。通常普通的停车位都是由门口的闸口与摄像头组成一个简易的识别和放行的装置，并且利用更多装置来达到相关功能的实现。以下就是关于国内一些停车场管理系统的调查。

苏康友、王佳颖和罗炜锋支持ZigBee的停车场的车位管理方案， ZigBee每个节点构建网络来组成系统，形成节点以便通信，在使用网关与电脑进行监控，确定车位的容量和空车位;再发送信号给车辆，引导车辆前往空位[2]。

徐舟和宋志强等人提出了一种由物联网平台、数据库、管理系统、车辆标签和车辆远距离读写设备组成的智慧停车系统。该系统的局限性在于车辆在进出停车场时需要安装电子标签才能被正确识别，而且该系统并没有检测到停车场内的每个车位，所以系统只能根据出入口的车流量了解剩余车位，因此不能实现车主寻车的功能[3]。

2.2 国外研究现状

国外的停车系统和国内的基本上大同小异，但是因为国外的停车位管理思想提出得更加早一些，所以在科技方面相较于国内可能更先进，尤其是在共享停车位这一方面。下面就是一些关于国外的停车系统的调查。

Srikanth SV等提出一种基于无线传感器网络的停车管理智能系统，该系统主要是散布大量的传感器和传感节点，而且配备大量的计算和通信单元，以此来满足导航至目的地和显示入口信息的系统，同时提供给用户客户端。该系统不仅提供了管理车位的功能，还满足了车位的预定、导航等功能[4]。

Geng Y等人构思了一种新“智能城市停车”的方案。系统会自动配置一个最优值基于接近目的地的停车位组合和停车费的关系。他们解决方案是设计一个算法来找到两个问题之间的平衡点，并且保证没有资源冲突，也没有停车所需时间距离成本分配大过金钱成本，总的来说更有效地利用停车位[5]。

3 系统设计说明

3.1 智能车位锁子系统设计

依据智能停车锁子系统的功能需求，先进行总体的硬件部分设计，再以此对硬件所需具备的功能进行细化，拆分成模块化的形式，最后选购每个模块合适的硬件来协同达成整体的效果。以STM32F103C8T6作为智能停车锁的微型控制器，从SIMCom公司中选择了SIM7020C型号的NB-IoT通信模块以实现通信功能，并选择红外传感器HW-201作为感应器来确定车辆状态。

通过构思整个智能停车锁子系统的软件部分来进行设计，也可以将整个软件部分分成各个相互连接的模块，通过对需求的分析，整个软件部分可以由主要的四个子功能组成，即NB-IoT通信、车辆状态检测、停车锁开关控制和RTC 时钟。最后将这些子功能进行开发调试和互相连通，将其整合到智能车位锁子系统中来。

3.1.1 智能车位锁子系统硬件设计

由停车锁的控制核心NB-IoT通信模块、开关控制和车辆检测控制器组成的智能停车锁，主要调控每种功能和需求，以STM32作为主要控制器。车辆检测模块的主要功能是使用红外传感器HW-102来检测停车位状态信息，当停车场停放车辆时，传感器发出低电平，而当停车场空闲时，传感器发出高电平。继电器开关模块的主要功能是实现解锁或锁定。

NB-IoT模块的主要功能是达成停车锁与云服务器之间的通信，此设计使用SIMcon公司的SIM7020C通信模块，该模块具有独特的性能：安全性和灵活性。智能车位锁的基本模块构造如图1所示。

3.1.2 智能车位锁子系统软件设计

智能停车锁子系统软件的主要功能包括停车锁开关控制，车辆状态监控和与云服务器的通信。通过分析系统需求，该软件部分分为四个主要模块：车位状态检测模块、智能停车锁开关控制模块、NB-IoT通信模块、RTC时钟模块。模块之间通信主要通过功能参数来实现。

停车锁子系统软件具体工作流程如图2所示。打开系统电源后，首先执行状态自我检查，查看NB-IoT模块是否已成功连接到网络。如果自检发现问题，则将通过串行端口发送一条消息，该消息允许更高级别的计算机检查其故障。如果系统自检成功，它将等待云服务器发送的解锁命令。此时，为减少系统功耗，控制器进入睡眠模式，当串行端口2收到命令时，STM32控制器启动并分析该命令是否为解锁命令。确认解锁指令后，即可停放车辆。然后等待车辆退出，直到STM32进入睡眠模式。RTC计时器中断每3秒唤醒一次以跟踪停车信息。当它检测到车辆已实际离开时，它将向云服务器发送“车辆已离开”消息，进入下一个周期，并等待新的停车任务。

3.2 共享停车位云系统设计

3.2.1 共享停车位云系统服务器选择

服务器的选择应充分考虑云服务器作为处理器和内存的容量，并考虑其灵活性，易于访问和维护，即选择合适的云服务提供商和合适的云服务器，是确保智能停车位云系统高效、稳定运行的基础。

当前，市场上最大、最可靠的网络服务提供商包括华为云、百度云、阿里云等。开发人员可以根据需求选择性能不同的云服务器，并通过Web界面轻松管理它们。与其他云服务提供商相比，TLink物联网平台对新手的友好程度远远大于其他的云服务器，而且还能为小程序的开发提供更加稳定和丰富的支持。所以将TLink物联网平台作为该系统的云服务器是非常合适的。

一般的云服务器都是用来作为通信接口以及担任基本的数据库功能。它没有涵盖许多大型和并行流量应用方案，要求不高。因此，选择TLink物联网平台以自动配置适当的Tlink物联网主网络设置并提供公共网络的IP地址[6]。

3.2.2 共享停车位云系统小程序设计

通过微信开发者工具，此小程序设计包括车位状态功能、当前时间显示功能和用户开关锁功能。

1）小程序主界面介绍：通过小程序搜索 Parking Trading288进入共享停车位云系统小程序的主界面。用户需要允许小程序授权权限，点击登录即可授权，微信平台从云小程序捕获小程序可执行代码，小程序进入主界面，主界面中显示当前车位锁的状态、当前时间和停车位云系统开关锁的操作等。

2）小程序与智能停车位云系统的通信：只有通过将网站的功能与特定的停车数据相结合才能实时监控。微信停车指南应用程序通过TCP通讯连接到云服务器，以交换数据，当前时间，实时停车实时信息页面并实现车辆控制目的。从用户打开微信端车位引导小程序到用户利用小程序完成，期间经过多次数据通信，一次完成的TCP通讯包括：建立连接、数据传输、关闭连接[7]。具体流程如图4所示。

4 系统测试

4.1 红外感应装置测试

检测车位状态的红外感应器HW-201将车位锁正常横置，用测量物体通过车位锁的上方，来测车辆停入时接收到的延时，同理测试车辆离开车位锁的延时[8]。具体操作如图5所示：（a）为无车辆停入，（b）为有车辆停入。

4.2 小程序运行测试

将智能车锁正常连接至网络，且将小程序打开来完成状态的测试，观察在多次开关锁的情况下是否会影响到设备的运作，图6为微信小程序（ParkingTrading288）查看状态信息和控制开关。

5 结论

借助万物互联（IoT）时代物与物、人与物之间能进行信息交互的特性，充分发挥物联网技术在智能交通领域的应用，本论文设计一款基于NB-IoT的共享停车位控制系统。该系统实现有以下创新点：

1）有助于停车位的共享，提高了停车位的有效利用率。车主使用ParkingTrading288可以远程操纵自己的车位。当有车主出门在外，车位空置时，可以将自己车位的状态等信息发布到ParkingTrading288上，供他人使用[9]。

2）智能化实时管理。多数有车的家庭都在小区的停车场购有私家车位。但有时却发现有其他车辆随意乱停，占用了自己的车位，这给许多车主带来烦恼。通过停车锁确保了停车位的安全，同时也让停车收费更加合理透明。

参考文献：

[1] 董玉荣，聂云峰.基于NB-IoT的智慧停车系统研究与设计[J].南昌航空大学学报（自然科学版），2017，31（3）：95-99.

[2] 苏康友，王佳颖，罗炜锋.基于ZigBee的智能停车场管理系统[J].电子技术与软件工程，2018（23）：5.

[3] 徐舟，宋志强，张乐，等.一种车辆监测装置：CN210895812U[P].2020-06-30.

[4] Srikanth S V，Pramod P J，Dileep K P，et al.Design and implementation of a prototype smart PARKing （SPARK） system using wireless sensor networks[C]//2009 International Conference on Advanced Information Networking and Applications Workshops.May26-29，2009，Bradford，UK.IEEE，2009：401-406.

[5] Geng Y F，Cassandras C G.A new “smart parking”system infrastructure and implementation[J].Procedia - Social and Behavioral Sciences，2012，54：1278-1287.

[6] 金峰.基于微信小程序的家用物联网系统开发[D].杭州：浙江大学，2019.

[7] 夏志杰.工业互联网的体系框架与关键技术——解读《工业互联网：体系与技术》[J].中国机械工程，2018，29（10）：1248-1259.

[8] 张汇锋.基于NBIoT的车位管理系统研究与设计[D].济南：山东大学，2019.

[9] 凌春，孙文胜.基于改进蚁群算法的无线传感器网络路由[J].计算机工程与设计，2019，40（3）：627-631，637.

【通联编辑：梁书】