一种低成本城市停车诱导系统中区域性Zigbee网络的设计

为降低城市级停车诱导系统的建设、运营成本，提出一种无需建立管理控制中心的系统架构，采用LPC11C14和CC2530作为核心芯片设计了系统中的重要组成部分——区域性Zigbee网络。通过所开发出的测试系统的实验，表明该Zigbee网络可准确接收用户手机发出的停车请求，并能根据停车场內车位状态向用户反馈最佳车位信息，从用户发送请求到收到反馈信息的时间不超过10 s.　　

停车诱导系统是一种以多级信息发布为载体，可实时地提供停车场的位置、车位数、车位状态等信息，指引驾驶员有效停车的信息系统。根据覆盖范围的大小，停车诱导系统一般又可分为城市级和停车场级两种。为节约城市级停车诱导系统的建设及运营成本，本文提出一种无需建立管理控制中心的系统架构。在此基础上，本文重点研究所提架构中的重要组成部分——区域性Zigbee网络的硬件及软件设计。

　1研究现状　　

停车诱导系统是一种用于缓解城市中停车难现象的智能交通系统。国外最早出现于1971年的德国亚琛市，近40年的发展效果显著。我国的建设兴起于2001年，近10多年的发展也取得了不错的效果。经分析后发现，国内外的各种系统虽各有特点，但它们的系统结构和工作原理基本相似，均大致由数据采集、数据传输、中央管理和数据发布4个部分组成。因此，均需建设和维护一个城市级的管理控制中心，运营部门也需要长期缴纳数据采集和数据发布两部分与管理控制中心间的通信费用，导致系统的建设和后期运营的成本较高。

　2系统总体架构　　

通过在城市的每一个室内停车场、每一个室外停车场和每一块路边停车区域分别部署一个“区域性”的ZigBee网络，并与停车用户的智能手机相配合，即可完成在整个城市中实现停车诱导的功能。在上述架构中，无需建设一个城市级的管理控制中心，从而可大大节约系统的建设与后期运营成本。所设计的系统架构如图1所示，其大致工作流程为：



　　
图1 一种低成本城市级停车诱导系统的总体结构图　　

1)每个ZigBee网络的所有终端结点定期采集所连接的传感器传来的车位状态信息。　　
2)若采集到的车位状态与上次状态不同，则将当前车位状态发送给相邻的路由器结点，并等待协调器结点的反馈。若超过一定时间未收到反馈则重发，直至收到反馈。　　
3)各路由器结点把所收到的终端结点的数据都转发给协调器结点。　　
4)协调器结点收到车位状态变化的消息后，给终端结点发送反馈，并更新数据库。　　
5)当汽车行驶至某地时，用户触发智能手机提出寻找车位的请求，事先安装好的智能手机软件根据车辆当前位置运行停车场寻优算法确定最优的停车场(或路边停车区域)。　　
6)智能手机软件与最优停车场(或路边停车区域)的协调器结点通信，协调器结点查询当前的车位状态数据库。若无空闲车位，将所有车位已满的信息反馈给智能手机软件;否则，系统运行停车位寻优算法确定最优的停车位。　　
7)确定最优停车位后，智能手机软件先将车辆引导至目的停车场(或路边停车区域)。再继续将车辆引导至目的停车位。

　　3 区域性Zigbee网络的硬件设计　　

区域性Zigbee网络由协调器、路由器、终端三类结点构成。终端结点负责定时采集车位状态并将车位状态变化的信息发送出去;路由器结点负责转发车位状态变化信息;协调器结点的任务包括：接收车位状态变化信息并更新数据库，接收用户通过智能手机发出的停车请求，查询数据库中的车位状态，运行停车位寻优算法，向用户反馈最佳车位信息等。　　

在协调器结点中，需要以下主要器件：1)一块嵌入式控制器芯片，用于管理嵌入式数据库;2)一块Zigbee通信芯片，用于与路由器结点通信;3)一块GPRS模块，用于与用户智能手机进行通信。　　

嵌入式控制器选用恩智浦公司的LPC11C14芯片。该芯片采用Cortex-M0内核处理器，工作频率最高可达50 MHz.在存储器方面，配置了32kB FLASH和8KB SRAM;在接口方面，配置有一个串口、一个2通道10位ADC、两个SPI接口、一个I2C接口、一个SWD接口等。　　

Zigbee通信芯片选用n公司的CC2530.该芯片适用于2.4 GHz IEEE 802.15.4和Zigbee等应用。芯片内部包括射频收发器、可编程闪存、增强型8051MCU、8KB RAM等。由于从休眠模式转换到工作模式的耗时非常短，所以该芯片特别适合低功耗应用。　　

由于LPC11C14芯片内部不含EEPROM，为实现车位状态数据在嵌入式数据库中的存储，通过I2C接口外接AT24C02芯片。LPC11C14与CC2530间的通信设计为利用串口进行通信。因为LPC11C14只有一个串口资源，为实现LPC11C14与GPRS模块的串行通信，采用SPI转串口芯片MAX3100进行转换。　　

GPRS模块采用通用模块SIM_300S.LPC11C14板的电源芯片采用MIC5209，CC2530板的电源芯片采用HT7533.协调器结点的总体硬件框图如图2所示。


　　
图2 协调器结点硬件结构图　　

终端结点和路由器结点的硬件框图与协调器结点中CC2530的框图非常类似。区别主要是终端结点中连接有车位检测传感器，此外终端结点和路由器结点采用锂电池供电。