一種低成本城市停車誘導系統中區域性Zigbee網絡的設計

　　為降低城市級停車誘導系統的建設、運營成本，提出一種無需建立管理控制中心的系統架構，采用LPC11C14和CC2530作為核心芯片設計了系統中的重要組成部分——區域性Zigbee網絡。通過所開發出的測試系統的實驗，表明該Zigbee網絡可準確接收用戶手機發出的停車請求，并能根據停車場內車位狀態向用戶反饋最佳車位信息，從用戶發送請求到收到反饋信息的時間不超過10 s.

　　停車誘導系統是一種以多級信息發布為載體，可實時地提供停車場的位置、車位數、車位狀態等信息，指引駕駛員有效停車的信息系統。根據覆蓋范圍的大小，停車誘導系統一般又可分為城市級和停車場級兩種。為節約城市級停車誘導系統的建設及運營成本，本文提出一種無需建立管理控制中心的系統架構。在此基礎上，本文重點研究所提架構中的重要組成部分——區域性Zigbee網絡的硬件及軟件設計。

　1研究現狀

　　停車誘導系統是一種用于緩解城市中停車難現象的智能交通系統。國外最早出現于1971年的德國亞琛市，近40年的發展效果顯著。我國的建設興起于2001年，近10多年的發展也取得了不錯的效果。經分析后發現，國內外的各種系統雖各有特點，但它們的系統結構和工作原理基本相似，均大致由數據采集、數據傳輸、中央管理和數據發布4個部分組成。因此，均需建設和維護一個城市級的管理控制中心，運營部門也需要長期繳納數據采集和數據發布兩部分與管理控制中心間的通信費用，導致系統的建設和后期運營的成本較高。

　2系統總體架構

　　通過在城市的每一個室內停車場、每一個室外停車場和每一塊路邊停車區域分別部署一個“區域性”的ZigBee網絡，并與停車用戶的智能手機相配合，即可完成在整個城市中實現停車誘導的功能。在上述架構中，無需建設一個城市級的管理控制中心，從而可大大節約系統的建設與后期運營成本。所設計的系統架構如圖1所示，其大致工作流程為：

　　圖1 一種低成本城市級停車誘導系統的總體結構圖

　　1)每個ZigBee網絡的所有終端結點定期采集所連接的傳感器傳來的車位狀態信息。

　　2)若采集到的車位狀態與上次狀態不同，則將當前車位狀態發送給相鄰的路由器結點，并等待協調器結點的反饋。若超過一定時間未收到反饋則重發，直至收到反饋。

　　3)各路由器結點把所收到的終端結點的數據都轉發給協調器結點。

　　4)協調器結點收到車位狀態變化的消息后，給終端結點發送反饋，并更新數據庫。

　　5)當汽車行駛至某地時，用戶觸發智能手機提出尋找車位的請求，事先安裝好的智能手機軟件根據車輛當前位置運行停車場尋優算法確定最優的停車場(或路邊停車區域)。

　　6)智能手機軟件與最優停車場(或路邊停車區域)的協調器結點通信，協調器結點查詢當前的車位狀態數據庫。若無空閑車位，將所有車位已滿的信息反饋給智能手機軟件;否則，系統運行停車位尋優算法確定最優的停車位。

　　7)確定最優停車位后，智能手機軟件先將車輛引導至目的停車場(或路邊停車區域)。再繼續將車輛引導至目的停車位。

　　3區域性Zigbee網絡的硬件設計

　　區域性Zigbee網絡由協調器、路由器、終端三類結點構成。終端結點負責定時采集車位狀態并將車位狀態變化的信息發送出去;路由器結點負責轉發車位狀態變化信息;協調器結點的任務包括：接收車位狀態變化信息并更新數據庫，接收用戶通過智能手機發出的停車請求，查詢數據庫中的車位狀態，運行停車位尋優算法，向用戶反饋最佳車位信息等。

　　在協調器結點中，需要以下主要器件：1)一塊嵌入式控制器芯片，用于管理嵌入式數據庫;2)一塊Zigbee通信芯片，用于與路由器結點通信;3)一塊GPRS模塊，用于與用戶智能手機進行通信。

　　嵌入式控制器選用恩智浦公司的LPC11C14芯片。該芯片采用Cortex-M0內核處理器，工作頻率最高可達50 MHz.在存儲器方面，配置了32kB FLASH和8KB SRAM;在接口方面，配置有一個串口、一個2通道10位ADC、兩個SPI接口、一個I2C接口、一個SWD接口等。

　　Zigbee通信芯片選用n公司的CC2530.該芯片適用于2.4 GHz IEEE 802.15.4和Zigbee等應用。芯片內部包括射頻收發器、可編程閃存、增強型8051MCU、8KB RAM等。由于從休眠模式轉換到工作模式的耗時非常短，所以該芯片特別適合低功耗應用。

　　由于LPC11C14芯片內部不含EEPROM，為實現車位狀態數據在嵌入式數據庫中的存儲，通過I2C接口外接AT24C02芯片。LPC11C14與CC2530間的通信設計為利用串口進行通信。因為LPC11C14只有一個串口資源，為實現LPC11C14與GPRS模塊的串行通信，采用SPI轉串口芯片MAX3100進行轉換。

　　GPRS模塊采用通用模塊SIM_300S.LPC11C14板的電源芯片采用MIC5209，CC2530板的電源芯片采用HT7533.協調器結點的總體硬件框圖如圖2所示。

　　圖2 協調器結點硬件結構圖

　　終端結點和路由器結點的硬件框圖與協調器結點中CC2530的框圖非常類似。區別主要是終端結點中連接有車位檢測傳感器，此外終端結點和路由器結點采用鋰電池供電。