停车指引系统嵌入式无线网关设计
近些年来，随着汽车成本的不断下降以及人均GDP的持续增长。我国的汽车拥有量急剧增加，在很多城市里出现了停车难的现象，为了满足停车的需求，出现了各种类型的停
本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201609/303788.htm车场，但是大部门还是基于PC的传统停车场管理系统，传统的停车场管理系统把重点放在了计费收费管理上，然而在车位查找、实时性、效率管理方面不尽如人意，很难满足人们的需求。在本设计中，不仅把基于无线传感网络的物联网技术应用到了智能停车场中，而且结合了移动互联网技术。
本设计采用三星公司ARM11内核的S3C6410为MCU，设计了无线网关，网关的路由器接收各个车位监控节点上安装的Zigbee模块发送来的车位信息，经过数据的重组和打包将所有节点的数据发送到中控计算机上与安卓客户端上。此外所有车位监控节点上安装的Zigbee模块内置Mesh网协议栈，该网络可以自动监测和增加新的节点。
1 系统工作原理
本设计主要有四部分构成，基于Zigbee技术的监控节点，用于监控空余车位情况;基于ARM技术的无线网关，用来处理并上传节点信息;PC上位机，用于管理人员查看、管理车位信息，计费;智能终端上位机，用于客户查看空位信息、提前预约车位、引导客户到空余车位等。针对上述特定，节点部分采用内置协议栈的XBee—PRO模块，网关部分采用S3C6410为MCU，采用Linux2.6系统。系统结构框图如图1所示。
Zigbee路由节点由两部分组成，zigbee路由器模块以及超声波检测模块，它们通过RS232接口连接，超声波检测模块用来检测车位信息，Zigbee路由器模块用来上传数据。无线网关包括ARM处理器模块、Wi—Fi模块、Zigbee协调器模块。Zigbee协调器模块上电后会组建ZigbeeMesh网，Zigbee路由器模块可以自动检测到协调器并建立连接关系，Mesh网
络具有自动组织和不需要人工干预的特点。无线网关通过协调器向路由节点发送查询命令，超声波检测模块测得车位的状态后，会通过路由器模块自动选择最佳的传播路径，将数据通过一跳或多跳传输到协调器，即使路由节点和协调器距离比较远，数据也可以通过中间路由器模块的转发到达协调器，因此系统对建网的布局要求不高。无线网关相当于数据路由器，将节点传来的数据解析后分别发送至计算机以及智能终端，并保存至SQLite数据库。车主以及停车场管理人员可以使用智能终端检查停车场车位信息，根据导航进行停车。
2 系统硬件设计
2.1 嵌入式无线网关部分
嵌入式无线网关部分硬件电路如图2所示。S3C6410核心板采用高密度6层板设计，它集成了256M DDR RAM，2GB的NOR Flash，256M Nand Flash存储器，采用5V供电，在板实现CPU必需的各种核心电压转换。在CPU上运行的是Linux2.6操作系统。系统提供2路RS232，上位机可通过其中一路烧写程序，配置工作参数，另一路用于和Zigbee协调器通信。 USB接口可以连接3G无线上网卡使系统可以升级为向公网服务器提交数据。扩展的SD_Card接口有两个作用，一是给主CPU烧写Linux系统。二是为了存储较长时间的数据记录文件。以太网接口可以用来与中控计算机通信，将各个路由节点的信息上传到PC上供进一步的分析与显示。挂接的Wi—Fi协调器用来与无线路由器相连，在布线复杂的情况下可以代替以太网线。此外还设计了系统状态、网络状态、电源和3个LED用来实时监视硬件的工作状态，一个复位按键用来复位系统。硬件框图如图2所示。
2.2 Zigbee通信部分
本系统选用美国Digi公司的内置协议栈的XBee—PRO模块，XBee—PRO模块的有效通信范围在室外可以达到1 500 m的传输距离。XBee—PRO协调器模块硬件由无线收发单芯片模块、LM1117—3.3电压转换芯片、WRB2405隔离型DC/DC模块、232串口、电源以及指示灯等组成，硬件电路如图3所示。协调器和路由器在硬件上没有差别，只不过运行的程序不同。
3 系统软件设计
3.1 嵌入式无线网关部分
嵌入式网关部分主要包括数据查询程序，WIFI与IP配置程序，BOA服务程序，数据包接收与解析程序，数据上传程序，数据存储程序。因为在ARM处理器运行着linux操作系
统，所以每一个把每个任务都建立一个单独的线程，这样可以更加有效的处理各个任务。尤其是在节点比较多的时候，多线程还可以保证查询的实时性。系统主要程序结构如图3所示。
数据查询程序会通过Zigbee协调器周期性轮流查询各个节点的数据，节点收到查询指令后会把节点数据通过Mesh网传给嵌入式网关，网关会记录逆节点数据到嵌入式数据库
SOLITE中。除了周期性查询，当用户发起查询指令后，网关会实时查询数据。嵌入式网关与Zigbee通过串口进行数据传输，还可以通过串口发送配置命令。数据库的数据存储到外置SD卡上，用来保证有足够的空间。嵌入式网关的数据会通过Socket实时的上传到客户端。
3.2 Zigbee协议数据帧
网关挂载的XBee—PRO协调器模块在上电后会自动组网。XBee—PRO模块具有空、睡眠、命令、发送和接收5种操作模式。每一种模式都有透明(AT)和应用程序接口(API)两种操作模式。工作在AT模式时，XBee-PRO模块具有替代串口线的作用，并以字节为单位操作各种数据。而当系统工作在API模式时，XBee—PRO模块收发的所有数据均被包含在特定格式数据帧中。API方式包含的功能更全面并兼容AT指令，可以对XBee-PRO进行更加深层次的操作。所以对XBee的操作采用API方式。
工作在API方式时，XBee-PRO模块收发的数据将被包含在特定格式的数据帧中。
本系统定义的路由器模块发送车位状态的API数据帧结构如图4所示。
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