智能車位管理系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u14620智能車位管理系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)案例 1170331.1智能車位管理系統(tǒng)整體方案簡(jiǎn)述 1174281.2總體方案設(shè)計(jì) 1305091.3方案可行性分析 11.1智能車位管理系統(tǒng)整體方案簡(jiǎn)述本畢業(yè)設(shè)計(jì)是基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)了一種便捷、舒適的停車位管理系統(tǒng)。通過利用NB-IoT海量連接多個(gè)終端節(jié)點(diǎn)、超低能耗和節(jié)約能量的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合STM32嵌入式微控制器接收車位狀態(tài)信號(hào)的設(shè)計(jì)，以及后臺(tái)數(shù)據(jù)中心云端服務(wù)器和用戶層界面的顯示及操作，實(shí)現(xiàn)了客戶對(duì)車位狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)了解，幫助其在最短的時(shí)間內(nèi)找到所需要的空閑車位。1.2總體方案設(shè)計(jì)基于NB-IoT的停車管理系統(tǒng)主要由停車狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊，NB-IoT無線通信模塊和后臺(tái)數(shù)據(jù)中心組成。傳感器模塊和MCU主控制模塊是屬于停車位信息監(jiān)視模塊部分。車輛傳感器類型的測(cè)量精準(zhǔn)度不低，噪聲的影響也不是很大，因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，車輛傳感器用于監(jiān)視停車位是否有車輛。MCU的主控制模塊使用STM32系列嵌入式模塊，并使用其高性能的皮質(zhì)內(nèi)核來控制傳感器單元并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和處理。NB-IoT模塊作為系統(tǒng)的核心，對(duì)應(yīng)著連接一個(gè)基站和使用一個(gè)協(xié)調(diào)器。連接的基站通過天線與協(xié)調(diào)器相連，并上傳相應(yīng)的停車信息監(jiān)控結(jié)果。數(shù)據(jù)后臺(tái)中心的云服務(wù)器接收并處理協(xié)調(diào)器信號(hào)后，將在上位機(jī)界面上顯示停車狀態(tài)結(jié)果，以便用戶可以在停車異地顯示屏上看到相應(yīng)園區(qū)或社區(qū)的停車狀態(tài)。如圖2-1所示。圖2-1車位管理系統(tǒng)框圖1.3方案可行性分析1.3.1窄帶物聯(lián)網(wǎng)通信的可行性分析物聯(lián)網(wǎng)的成果漸漸影響到了人們生活的各個(gè)領(lǐng)域，生產(chǎn)方式的改變也很大，物聯(lián)網(wǎng)的魅力正不斷地吸引各國(guó)政府的持續(xù)關(guān)注。物聯(lián)網(wǎng)在不斷的發(fā)展下，與物聯(lián)網(wǎng)緊密相關(guān)的各類信息處理模塊和各種感知傳感器的產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)初步形成[6]。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐漸發(fā)展起來，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景范圍不斷擴(kuò)大，目前物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)價(jià)值已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過互聯(lián)網(wǎng)[7]。在巨大的物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)下，各大運(yùn)營(yíng)商選擇NB-IoT的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)占絕大多數(shù)。NB-IoT無線通信技術(shù)擁有其中的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：深層次覆蓋：在封閉環(huán)境下的傳輸能力比較強(qiáng)，在相同的環(huán)境下相比于其他廣域網(wǎng)通信技術(shù)提高21個(gè)dB，可以說是提高了近百倍覆蓋面積的能力，低能耗方面則聚焦速度低、數(shù)據(jù)量小的應(yīng)用，所以終端的能耗很小，設(shè)備的工作持續(xù)時(shí)間能有很大的提高。連接多：在相同的一個(gè)基站占用下，對(duì)于目前擁有的其他無線通信技術(shù)的接入數(shù)量而言，NB-IoT無線通信技術(shù)的連接數(shù)量是它們的51倍，在同一個(gè)扇區(qū)內(nèi)的大量的終端設(shè)備能夠存在并且相互連接，低延時(shí)敏感度高的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)適合于此，尤其是設(shè)備經(jīng)濟(jì)性很高和設(shè)備節(jié)能也很高的。低廉性：可以使用舊的網(wǎng)絡(luò)，射頻和天線，大多數(shù)新設(shè)備可以連接舊設(shè)備，并且具有低帶寬、低能耗的優(yōu)點(diǎn)，這十分的巧妙地實(shí)現(xiàn)了從前的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)背景下面臨的深層次的覆蓋度低、硬件電池的續(xù)航時(shí)間短、通信遍及的面積不大進(jìn)而影響通信效率、硬件的成本始終處于高水平等問題，所以物聯(lián)網(wǎng)是運(yùn)營(yíng)商目前的技術(shù)需要。物聯(lián)網(wǎng)是物與物連接的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)層、感知層、平臺(tái)層和應(yīng)用層是屬于物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)四層架構(gòu)，其本質(zhì)是傳感、信息和計(jì)算機(jī)技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)四層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模型如圖2-2所示。圖2-2物聯(lián)網(wǎng)的4層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)的感知層是無線通信的數(shù)據(jù)采集部分，主要作用是把傳感器采集到的物理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為一個(gè)電信號(hào)，最后途徑網(wǎng)絡(luò)層再過平臺(tái)層直到應(yīng)用層，也有一個(gè)別名為終端層。發(fā)送信息的道路是結(jié)構(gòu)里的網(wǎng)絡(luò)層，它的主要作用是傳送信息和處理上一層的數(shù)據(jù)，一共無線發(fā)送和有線發(fā)送這兩大類，這當(dāng)中無線發(fā)送是主要的傳送方法，保證了產(chǎn)業(yè)應(yīng)用和工作生活的通信連接，也能夠解釋是傳輸層。網(wǎng)絡(luò)層有網(wǎng)關(guān)類網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)等其他形式。總的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中接替?zhèn)鬏斝畔⒌氖瞧脚_(tái)層，具有十分關(guān)鍵的作用，它主要是處理上一層傳遞過來的數(shù)據(jù)，解決底層通信協(xié)議的不同所帶來的問題。從以往形成的主要原因來說，平臺(tái)層是因?yàn)樯鐣?huì)分工的不同進(jìn)而形成的階段產(chǎn)物。企業(yè)便能夠更專注于制作自己的產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)或者構(gòu)建自己的產(chǎn)品車間和自己的產(chǎn)品應(yīng)用，不再勞費(fèi)精神在設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)設(shè)置上，更專注于企業(yè)的發(fā)展模式。最后的邏輯應(yīng)用可視化體現(xiàn)在應(yīng)用層上，目標(biāo)就是未來服務(wù)于消費(fèi)者、企業(yè)、政府三類群體，因此將產(chǎn)生了多元化，多元素的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，可以把它轉(zhuǎn)換為社會(huì)的寶貴財(cái)富。綜上所述，利用NB-IoT模塊可以有效的降低遠(yuǎn)程通信帶來的功耗，并且解決停車場(chǎng)只能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制的弊端，信息的傳輸可靠性強(qiáng)，呈現(xiàn)的畫面邏輯性強(qiáng)，所以在本方案中具有可行性。1.3.2STM32主控模塊的可用性分析最開始研制STM32系列微控制器的目標(biāo)，是為了提高系統(tǒng)的性能指標(biāo)，并且降低工作狀態(tài)的功率損耗。在微控制器領(lǐng)域，STM32的出現(xiàn)無疑是一個(gè)前所未有的飛躍，和之前的微控制器相比，STM32在以下多個(gè)方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)[8]。精密性。STM32是一種相對(duì)于其他微控制器較高層次的微控制器，外部的設(shè)備排布集中和完備，布局設(shè)計(jì)呈現(xiàn)出精致而巧妙，器件配置得緊密并且十分有特色?？煽啃?。STM32的外部設(shè)備配置構(gòu)建呈現(xiàn)出十分合理和精致的情況，但是，對(duì)于可靠性的要求卻沒有因?yàn)榕虐娑霈F(xiàn)有所降低的情況。因?yàn)榘殡S著懸掛的元器件越來越多，STM32想要保持較高的可靠性，硬件電路的要求漸漸的也有所提高，主要的方面有低電壓的檢測(cè)器以及時(shí)鐘的管理器等其他的幾個(gè)部分。安全性。信息數(shù)據(jù)在傳輸過程中有所保證，實(shí)際上就是在信息傳輸?shù)倪M(jìn)程中保證不能夠竊取信息數(shù)據(jù)。STM32經(jīng)過使用鎖上Flash引腳的辦法，信息完全且不會(huì)被竊取或者泄露的情況得到保證。如果發(fā)現(xiàn)有其他途徑獲取芯片內(nèi)部信息數(shù)據(jù)的操作或者情況，就會(huì)立刻采用提高引腳狀態(tài)的辦法，與此同時(shí)，會(huì)自行銷毀芯片存儲(chǔ)的信息數(shù)據(jù)，從而保證信息數(shù)據(jù)的安全存在并且確保信息不被損壞和偷竊。在線調(diào)試功能。STM32支持tumb-2命令，軟件的編譯、模擬和調(diào)試在C語(yǔ)言環(huán)境中都能夠完成。程序在軟件平臺(tái)上描述后，可以下載到單芯片微計(jì)算機(jī)的芯片上，實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試功能。如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，可以同時(shí)修改，實(shí)時(shí)性能良好。綜上所述，選擇STM32F103單片機(jī)有利于對(duì)數(shù)據(jù)的整合、發(fā)送，并且能協(xié)調(diào)各個(gè)模塊的使用，在控制過程中出現(xiàn)的差錯(cuò)率很低，具有很強(qiáng)的可靠性，所以選擇作為主控模塊。1.3.3車輛檢測(cè)器模塊和顯示屏模塊的可用性分析車輛識(shí)別模塊是一個(gè)多功能紅外識(shí)別系統(tǒng)，適用于智能移動(dòng)汽車、象形機(jī)器人等自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備。紅外線傳感器模塊在環(huán)境光的刺激下，它的適應(yīng)性依舊很強(qiáng)。發(fā)射和接收紅外線的導(dǎo)管在傳感器上，把配置好的頻率的紅外線經(jīng)過導(dǎo)管發(fā)射，如果檢測(cè)方向遇到障礙物或遮擋物時(shí)，反轉(zhuǎn)回來的紅外射線會(huì)進(jìn)入接收管被接收[9]。在處理信號(hào)離開接口后，它發(fā)送一個(gè)低電平信號(hào)。故障小，配置簡(jiǎn)單，操作方便。它可廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)合，如障礙物檢測(cè)、裝配線計(jì)算和黑白線監(jiān)控等。如圖2-3所示。圖2-3紅外感應(yīng)探頭實(shí)物圖串口液晶屏是一個(gè)具有單個(gè)微型計(jì)算機(jī)或PC控制器的顯示屏幕。與液晶屏幕相關(guān)的部分包括一個(gè)串行端口，一個(gè)串行UART端口或一個(gè)串行SPI端口，擁有顯示驅(qū)動(dòng)程序，屏幕保護(hù)程序和屏幕串口程序的部分組成。從MCU用戶的串行端口獲取指令，并在PC上執(zhí)行所有指令操作。它被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化，水文，電能，環(huán)境存儲(chǔ)，醫(yī)學(xué)，經(jīng)濟(jì)學(xué)，原油，化學(xué)產(chǎn)業(yè)，運(yùn)輸，巖石勘察，設(shè)備觀察，公共研究和示范等數(shù)十個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域，其中包括一些軍事和工業(yè)領(lǐng)域，太空工業(yè)。它被列入具有可靠和穩(wěn)定生產(chǎn)力的合格供應(yīng)商列表。規(guī)范說，雪花問題，不兼容的問題和某些控制器的狹窄工作溫度范圍已完全消除。通信協(xié)議也很簡(jiǎn)單，可以將連續(xù)的UART端口連接到不同的MCU協(xié)議。同時(shí)，它將開發(fā)環(huán)境中的用戶界面設(shè)計(jì)元素與制造商出售供用戶使