一种基于ZigBee的智能停车管理及导航系统的制作方法

本发明涉及智能停车系统领域，具体是一种基于zigbee的智能停车管理及导航系统。

背景技术：

当下有一种全新的城市发展模式——智慧城市，这种模式是在大数据、物联网、云计算等全新的技术迅速发展下产生的。在新技术飞速的发展的背景下，让这种发展模式有了三个突出的特征：（1）非常广泛的连接（2）广泛的感知能力（3）透彻的计算和分析能力。

随着社会的发展，私家车越来越多，人们出行选择使用私家车是为了更加方便。但是很多时候为了寻找一个停车位人们大费周章，浪费很多时间。导致停车难的原因有很多，主要分为以下几个方面：（1）先进技术的应用较少，现在大部分停车场依然采用人工管理的方式，进出口效率较低，先进一些的采用可接触式读写器如ic卡。（2）缺乏统一的管理，目前的停车场都是私人管理的，并没有统一的管理，势必会造成资源的利用效率不高。（3）静态管理，现实中车位的变化是相当快的，而目前缺乏一种对车位的实时监控。（4）定价不够科学，各个停车场没有集中管理，收费无法统一。

要对车库内的车位进行实时的监测，可以选择在每个车位的下方安置检测节点，通过节点之间的相互通信最终把所有节点采集的数据进行汇总。节点与节点之间的通信可以分为有线通信和无线通信。有线通信有比较传统的can总线，485通信等等。但是在众多节点的情况下，如果利用有线的方式通信，会导致布线的繁琐，十分不方便。利用无线通信解决问题已经成为一种新的趋势。无线通信中有三种比较常见的通信方式，如wifi通信、蓝牙通信、zigbee通信。wifi通信具有较快的通信速率，通信距离100米之内，但是wifi通信价格较高，且通信的节点有限。蓝牙通信的通信速率一般，通信距离在几十米之内，另外蓝牙通信价格也比较高昂，网络中节点的数目只有7个，不适合组建大规模的无线传感器网络。zigbee是一种低功耗的通信方式，具有节点众多的优势。但是通信速率不高，适合应用在智能家居等节点众多的无线传感器网络中。

zigbee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低成本的双向无线通信技术。它主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间的数据传输。zigbee的基础是ieee802.15.4。但是ieee802.15.4仅处理低级的mac层和物理层协议，zigbee联盟对网络层协议和应用层协议进行了标准化。zigbee模块类似于移动网络的基站，通信距离从几十米到几百米，并支持无线扩展。zigbee理论上可以是一个由65536个无线模块组成的无线网络平台，在整个网络覆盖范围内，每一个zigbee模块之间可以相互通信。ti公司的zigbee芯片具有很高的知名度，在2007年，ti公司宣布推出zstack协议栈，目前已被全球众多zigbee开发商所采用。zigbee网络支持三种拓扑结构：星型、树形和网状型结构。在星型拓扑结构中，所有的终端设备只和协调器之间进行通信。树形网络由一个协调器和多个星型结构连接而成，设备除了能与自己的父节点或子节点相互通信外，其他只能通过网络中的树形路由完成通信。网状型网络是在树型网络的基础上实现的。与树状网络不同的是，它允许网络中所有具有路由功能的节点相互通信。

技术实现要素：
本发明的目的是提供一种基于zigbee的智能停车管理及导航系统，以解决现有技术停车场大多是人工管理，即使少数采用ic卡的方式可以刷卡停车并付费依然有很大弊端的问题，实现使用户迅速找到可供停车的车位，加强对停车场的管理，提高车位的利用率的目的。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种基于zigbee的智能停车管理及导航系统，其特征在于：包括占位模块、车位信息采集模块、上位机、互联网服务器模块、app应用，其中：

所述占位模块一一对应安置在停车场的车位上，可智能控制打开时形成障碍物阻挡车辆停放在车位上，以及收起时允许车辆停放在车位上；

所述车位信息采集模块基于zigbee协议构建并一一对应嵌入占位模块中，车位信息采集模块具有中心控制、车位状态监测和zigbee通讯功能，所述占位模块由对应的车位信息采集模块智能控制，车位信息采集模块实时监测车位状态信息，且各个车位信息采集模块组成zigbee通讯网络，并最终由其中一个车位信息采集模块作为zigbee通讯网络的协调器通过串口通信与上位机通信连接；

所述上位机用于停车场车位管理，上位机通过以太网与互联网服务器模块通信连接，车位信息采集模块获得的车位实时状态信息传送至上位机，并由上位机将车位实时状态信息存储在互联网服务器模块；

所述互联网服务器模块接收城市中多个停车场的上位机传送的车位实时状态信息并进行存储；

所述app应用由用户手持智能设备下载安装，用户通过该app应用访问互联网服务器模块，由互联网服务器模块通过app应用向用户提供停车服务、车导航信息服务，用户通过app应用访问互联网服务器模块以获取停车场的车位实时状态信息并选择车位，确定车位后互联网服务器模块通过app应用向用户发送导航信息，当用户根据导航信息到达车位时通过app应用向互联网服务器模块发送占位模块控制信息，或者用户在到达车位前提前向互联网服务器模块发送占位模块控制信息，互联网服务器模块接收占位模块控制信息后再将占位模块控制信息发送至上位机，上位机接收占位模块控制信息后将其转换为相应的控制指令并发送至对应车位的车位信息采集模块，由车位信息采集模块在接收控制指令后控制对应的占位模块收起以允许用户车辆停放。

所述的一种基于zigbee的智能停车管理及导航系统，其特征在于：所述的占位模块由步进电机驱动的旋转块，以及与旋转块联动的挡板构成，车位信息采集模块嵌入挡板中，步进电机驱动旋转块转动，使旋转块带动挡板转动至在车位上竖起，此时占位模块打开形成障碍物阻挡车辆停放在车位上，或者使旋转块带动挡板转动至平躺在车位上，此时占位模块收起允许车辆停放在车位上。

所述的一种基于zigbee的智能停车管理及导航系统，其特征在于：所述的车位信息采集模块由支持zigbee协议的微处理器、zigbee模块、超声波传感器电路构成，其中zigbee模块、超声波传感器电路分别接入微处理器，且微处理器分别与各个占位模块中的步进电机控制连接，超声波传感器电路通过判断接收到的超声波传感器返回声波的时间来判断占位模块中挡板的状态，若挡板竖立时车位上一定没有车辆停放，车位处于空余状态，当挡板平躺时车位一定有车辆停放或者被预定，车位处于占用状态，由超声波传感器电路将获取的车位实时状态信息传送至微处理器，并最终由作为zigbee通讯网络协调器的车位信息采集模块中的微处理器通过串口通信与上位机通信连接。

所述的一种基于zigbee的智能停车管理及导航系统，其特征在于：所有的车位信息采集模块的硬件完全相同，下载不同的软件程序可使车位信息采集模块的功能分为终端节点、路由器节点、协调器节点，协调器节点是整个zigbee通讯网络的创建者，路由器节点用来作为消息的路由，终端节点仅仅用来采集车位信息，合理的放置路由器节点、终端节点、协调器节点的位置，使各个车位信息采集模块组成一个树形zigbee通讯网络；协调器作为zigbee通讯网络中的根节点，终端节点作为整个zigbee通讯网络中的叶子节点，路由器是连接根节点与叶子节点之间的分支节点；该zigbee通讯网络中，所有的节点都通过zigbee协议和该节点的父节点通信，最终把每个车位的车位实时状态信息传送到zigbee通讯网络中的根节点即协调器，再由协调器传送至上位机。

所述的一种基于zigbee的智能停车管理及导航系统，其特征在于：所述的上位机中具有由vc++程序语言开发的管理程序，该管理程序一方面用来将车位信息采集模块采集的停车场的车位实时状态信息转存入互联网服务器模块中，另一方面可提供给该停车场的管理者，使管理者监控该停车场的实时车位状态信息以及保留该停车场的停车记录；上位机管理程序通过串口通信读取zigbee通讯网络中协调器节点传输的整个停车场各个车位的车位实时状态信息，并通过以太网将车位实时状态信息存储到互联网服务器模块中。

所述的一种基于zigbee的智能停车管理及导航系统，其特征在于：互联网服务器模块包括云服务器和数据库，云服务器为停车场上位机管理程序和app应用访问提供一个唯一的ip地址，数据库存储所有的车位实时状态信息数据、手机注册用户的信息、用户预约车位的信息；互联网服务器模块作为一个桥梁实现用户与停车场进行数据交互，在互联网服务器模块的数据库中，把整个城市所有停车场的车位实时状态信息存储在车位表里，并将所有的手机注册用户的信息存储在用户表中、将用户和用户预约某个停车场的某个车位的信息存储在预约表中，同时互联网服务器模块设置访问权限，使手机用户可以获取互联网服务器模块上的所有车位实时状态信息以及更改网络数据库中预约表中的数据，停车场的上位机管理程序可以获取到数据库中该停车场的预约信息以及实时更改数据库中该停车场的车位信息。

所述的一种基于zigbee的智能停车管理及导航系统，其特征在于：所述的app应用支持在线地图、导航功能和离线电子地图，可以获取用户的实时定位以及整个城市的停车场的定位；用户需要查看任何一个停车场的车位信息，便可以访问服务器端的数据库来获得车位信息，用户观察到距离自己较近的停车场有可用的停车位时，可以在线预约车位，预约成功该车位将为此用户预留，同时从预约成功起，app应用记录停车时长并通过在线支付方式收取费用；

所述离线电子地图是用户下载app应用时，选择下载的离线停车场停车位平面地图，用户便可根据在线地图和导航信息的粗略定位找到可供停车的停车场，再根据预约的车位在该停车场中离线地图的位置规划出一条最短路径指导用户找到自己预约的车位，离线地图可帮助用户导航停车和导航寻车；

app应用中还可供用户输入占位模块控制信息，用以控制停车位上占位模块的动作，同时app应用读取用户的定位在停车场的一定范围时判断输入占位模块控制信息有效，以防用户误触；停车结束后，用户可以在线支付本次停车的费用，如不支付，将无法进行下次停车。

所述的一种基于zigbee的智能停车管理及导航系统，其特征在于：所述的离线电子地图包括停车场的名称、停车场的经纬度、停车场每个车位的位置信息、停车场每个车位编号的信息、停车场中道路信息和停车场设施信息。

所述的一种基于zigbee的智能停车管理及导航系统，其特征在于：app应用提供的导航信息不仅包括图片信息还包括语音信息。

所述的一种基于zigbee的智能停车管理及导航系统，其特征在于：所述的app应用分为android版和ios版。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

（1）可以通过手机查询到附近的停车场的具体位置以及是否具有空置车位。支持手机端预约停车以保证一定可以停车，支持手机在线支付。

（2）以往的路径导航都只能借助gps，定位精度不高，在大型停车场往往很难找到自己的车位。本发明借助gps，同时又根据app下载的离线地图，已达到精确的定位使用户快速找到预约的车位。

（3）加强了对整个城市所有停车场的统一规范管理，提高车位的利用效率。实现车库的自动化管理，降低人工管理的成本，记录停车者的身份信息，提高车库的安全性。

附图说明

图1为本发明系统结构原理图。

图2为本发明占位模块结构图。

图3为本发明在停车场内部数据交互的框图。

图4为整个城市停车场的上位机程序与中心网络服务器以及手机app相互通信的框图。

图5为本发明手机端查看停车场详细车位信息的界面示意图。

图6为本发明app应用导航示例图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于zigbee的智能停车管理及导航系统，包括占位模块、车位信息采集模块、上位机、互联网服务器模块、app应用，其中：

占位模块一一对应安置在停车场的车位上，可智能控制打开时形成障碍物阻挡车辆停放在车位上，以及收起时允许车辆停放在车位上；

车位信息采集模块基于zigbee协议构建并一一对应嵌入占位模块中，车位信息采集模块具有中心控制、车位状态监测和zigbee通讯功能，所述占位模块由对应的车位信息采集模块智能控制，车位信息采集模块实时监测车位状态信息，且各个车位信息采集模块组成zigbee通讯网络，并最终由其中一个车位信息采集模块作为zigbee通讯网络的协调器通过串口通信与上位机通信连接；

上位机用于停车场车位管理，上位机通过以太网与互联网服务器模块通信连接，车位信息采集模块获得的车位实时状态信息传送至上位机，并由上位机将车位实时状态信息存储在互联网服务器模块；

互联网服务器模块接收城市中多个停车场的上位机传送的车位实时状态信息并进行存储；

app应用由用户手持智能设备下载安装，用户通过该app应用访问互联网服务器模块，由互联网服务器模块通过app应用向用户提供停车服务、车导航信息服务，用户通过app应用访问互联网服务器模块以获取停车场的车位实时状态信息并选择车位，确定车位后互联网服务器模块通过app应用向用户发送导航信息，当用户根据导航信息到达车位时通过app应用向互联网服务器模块发送占位模块控制信息，或者用户在到达车位前提前向互联网服务器模块发送占位模块控制信息，互联网服务器模块接收占位模块控制信息后再将占位模块控制信息发送至上位机，上位机接收占位模块控制信息后将其转换为相应的控制指令并发送至对应车位的车位信息采集模块，由车位信息采集模块在接收控制指令后控制对应的占位模块收起以允许用户车辆停放。

如图2所示，占位模块由步进电机4驱动的旋转块1，以及与旋转块1联动的挡板2构成，车位信息采集模块3嵌入挡板2中，步进电机4驱动旋转块1转动，使旋转块1带动挡板2转动至在车位上竖起，此时占位模块打开形成障碍物阻挡车辆停放在车位上，或者使旋转块带动挡板转动至平躺在车位上，此时占位模块收起允许车辆停放在车位上。

车位信息采集模块由支持zigbee协议的微处理器、zigbee模块、超声波传感器电路构成，其中zigbee模块、超声波传感器电路分别接入微处理器，且微处理器分别与各个占位模块中的步进电机控制连接，超声波传感器电路通过判断接收到的超声波传感器返回声波的时间来判断占位模块中挡板的状态，若挡板竖立时车位上一定没有车辆停放，车位处于空余状态，当挡板平躺时车位一定有车辆停放或者被预定，车位处于占用状态，由超声波传感器电路将获取的车位实时状态信息传送至微处理器，并最终由作为zigbee通讯网络协调器的车位信息采集模块中的微处理器通过串口通信与上位机通信连接。

车位信息采集模块的硬件完全相同，下载不同的软件程序可使车位信息采集模块的功能分为终端节点、路由器节点、协调器节点，协调器节点是整个zigbee通讯网络的创建者，路由器节点用来作为消息的路由，终端节点仅仅用来采集车位信息，合理的放置路由器节点、终端节点、协调器节点的位置，使各个车位信息采集模块组成一个树形zigbee通讯网络；协调器作为zigbee通讯网络中的根节点，终端节点作为整个zigbee通讯网络中的叶子节点，路由器是连接根节点与叶子节点之间的分支节点；该zigbee通讯网络中，所有的节点都通过zigbee协议和该节点的父节点通信，最终把每个车位的车位实时状态信息传送到zigbee通讯网络中的根节点即协调器，再由协调器传送至上位机。

上位机中具有由vc++程序语言开发的管理程序，该管理程序一方面用来将车位信息采集模块采集的停车场的车位实时状态信息转存入互联网服务器模块中，另一方面可提供给该停车场的管理者，使管理者监控该停车场的实时车位状态信息以及保留该停车场的停车记录；上位机管理程序通过串口通信读取zigbee通讯网络中协调器节点传输的整个停车场各个车位的车位实时状态信息，并通过以太网将车位实时状态信息存储到互联网服务器模块中。

互联网服务器模块包括云服务器和数据库，云服务器为停车场上位机管理程序和app应用访问提供一个唯一的ip地址，数据库存储所有的车位实时状态信息数据、手机注册用户的信息、用户预约车位的信息；互联网服务器模块作为一个桥梁实现用户与停车场进行数据交互，在互联网服务器模块的数据库中，把整个城市所有停车场的车位实时状态信息存储在车位表里，并将所有的手机注册用户的信息存储在用户表中、将用户和用户预约某个停车场的某个车位的信息存储在预约表中，同时互联网服务器模块设置访问权限，使手机用户可以获取互联网服务器模块上的所有车位实时状态信息以及更改网络数据库中预约表中的数据，停车场的上位机管理程序可以获取到数据库中该停车场的预约信息以及实时更改数据库中该停车场的车位信息。

app应用支持在线地图、导航功能和离线电子地图，可以获取用户的实时定位以及整个城市的停车场的定位；用户需要查看任何一个停车场的车位信息，便可以访问服务器端的数据库来获得车位信息，用户观察到距离自己较近的停车场有可用的停车位时，可以在线预约车位，预约成功该车位将为此用户预留，同时从预约成功起，app应用记录停车时长并通过在线支付方式收取费用；

离线电子地图是用户下载app应用时，选择下载的离线停车场停车位平面地图，用户便可根据在线地图和导航信息的粗略定位找到可供停车的停车场，再根据预约的车位在该停车场中离线地图的位置规划出一条最短路径指导用户找到自己预约的车位，离线地图可帮助用户导航停车和导航寻车；

app应用中还可供用户输入占位模块控制信息，用以控制停车位上占位模块的动作，同时app应用读取用户的定位在停车场的一定范围时判断输入占位模块控制信息有效，以防用户误触；停车结束后，用户可以在线支付本次停车的费用，如不支付，将无法进行下次停车。

离线电子地图包括停车场的名称、停车场的经纬度、停车场每个车位的位置信息、停车场每个车位编号的信息、停车场中道路信息和停车场设施信息。

app应用提供的导航信息不仅包括图片信息还包括语音信息。

app应用分为android版和ios版。

实施例：

如图2所示的占位模块正处于“站立”状态，通过步进电机4带动旋转块1旋转，挡板2和旋转块1联动，通过旋转块1的顺时针旋转90度，可以使挡板2处于“躺下”状态。基于zigbee协议的车位信息采集模块3嵌入到挡板2内部，当“躺下”时，车位信息采集模块33中的超声波传感器通过判断返回超声波的时间来判断有无车子。

在每一个停车位安置一个如图2所示的占位模块。使只有预约了该车位的用户才能在该车位停车。

如图3所示为一个停车场内部数据交互的框图，各个车位信息采集模块之间通过zigbee协议相互通信，协调器与上位机通过串口通信交互。使上位机采集到整个停车场的车位信息也可以使单个车位信息采集模块接收来自上位机的命令。

如图4所示，整个城市的停车场的上位机都通过以太网把自己所在停车场的实时车位信息存储在互联网服务器的数据库中，并根据数据库中信息的变化获取来自用户的命令。手机用户通过3g/4g网络与互联网服务器相互通信，获取车位信息，发送用户的命令。

如图5所示，当用户打开本系统app，对附近某个停车场感兴趣时，便可以查看该停车场的车位信息，包括该停车场一共有多少车位，目前还剩多少车位等信息。用户希望在该停车场停车，便可选定车位进行预约停车。如图所示黑色圆为已被占用的车位，白色圆为可以使用的车位，此处省去车位的编号，但实际中每个车位都有对应的车位编号。

如图6所示，当用户预约车位成功时，根据gps的粗略导航来到停车场的大门时，调出该停车场的离线地图，以图6为示例。如9为一个标准的停车位，上面具有停车位的编号，其他类似9的矩形均为标准的停车位，在此省去其他标准车位的编号。5所示为一个黑色的矩形，表示该车位已经被其他用户预约或者有车子停入。7所示白色矩形表示该车位未被预约使用。8所示空白区域表示是正常车道，车子可以通行。6所示为该停车场的大门，车子从此门进入。10所示白色矩形表示是用户自己预约的停车位，从停车场入口到10所示的折线即为导航的信息，用户根据指示便可停车。停车结束时，通过车位信息采集模块判断该车位上方是否有车子，如果没有，则本次停车结束，占位模块自动“站立”，并根据本次预约开始到停车结束时的时间进价，支持手机在线支付。如果在停车结束时发现依然有车辆在该车位上方，则停车结束失败。