打开文本图片集

作者简介：赵玉（2004—），男，研究方向为城市发展衍生硬件设计;施春兰（1989-），女，硕士研究生，讲师，研究方向为网络与新媒体。

基金项目：本文系2024年浙江省大学生科技创新活动计划（新苗人才计划）研究成果，项目编号：2024R476A004

摘要：随着城市化进程的加快，城市的面貌日新月异，高楼大厦如雨后春笋般崛起，城市的人口密度也在逐年增加。而与此同时，汽车保有量也在快速增长，城市停车位的供给严重不足。本文研究设计了一种基于物联网技术的智慧共享停车系统。智能物联双平台车位锁由硬件和软件两部分组成，硬件负责信息采集和传输，软件负责数据处理和管理，系统通过实时采集和分析停车位信息，实现城市区域车位信息的共享和优化，以解决现有停车系统信息不透明、利用率低和管理效率低下等问题。实践表明，本系统实现了停车位的智能化查询、管理和收费等操作，具有较大的应用推广价值。

关键词：物联网技术；停车系统；智慧共享

1.绪论

1.1研究的背景与意义

随着我国经济的快速发展和城市化进程的推进，汽车拥有量大幅增长。然而，城市停车位的供应无法满足日益增长的需求，导致停车难问题愈发严重，对市民出行和城市交通管理造成不便。传统的停车管理方式存在信息不透明、管理效率低下等问题，亟待改进。

根据《数字交通发展规划纲要》，数字交通旨在推动“互联网+便捷交通”的深度融合，鼓励智能停车等新型业务模式。在智慧城市建设中，优化交通出行是核心目标，而智慧停车则是关键一环。得益于物联网技术的快速发展，智慧停车系统的研发已成为可能。在5G等技术推动下，智慧停车行业迎来新机遇。目前，该市场由设备供应商、解决方案提供商和运营企业组成。我国正加强在智慧停车领域的战略规划，提升整体建设水平以推动行业快速发展。

物联网技术集成了无线传感器网络、云计算和大数据技术，从而能够实时采集、处理并共享停车位信息，这不仅显著提升了停车位的利用效率，还改进了停车管理的工作效率。本研究的核心目标，在于进一步优化停车资源的合理配置，力求有效缓解当前普遍存在的停车难问题。

综上所述，基于物联网技术的智慧共享停车系统具有重要的现实意义和应用价值，可以推动智慧城市的建设和发展。

1.2研究内容

本文所设计的智慧停车系统，创新性地采用了“智能车位锁+互联网平台+智慧停车管理云平台”的三位一体架构。该系统依托于物联网技术，旨在实现车位的智能化管理和高效利用。车主通过平台可以轻松预约车位、规划出行路线，并享受实时计费服务，极大地节省了搜索的时间和精力。此外，系统引入了“车位锁与车位”的联动管理模式，有效地整合了闲置车位资源，提升了利用率，显著缓解了停车难问题。不仅如此，该系统还具备实时监控、车位预约、车位信息查询以及数据分析等强大功能，为城市规划和治理提供了有力的数据支持和决策依据。

2. 总体设计方案

该系统是一款用于解决停车难问题的产品，采用“智能车位锁+ 互联网平台+智慧停车管理云平台”的“三位一体”模式，是一款集“智慧停车、停车缴费、车位租赁”为一体的城市泊位服务系统，在自研的双平板车位锁上采用STM32L152CBT6 芯片作为微控制器，利用智能车位锁实时监测各个场所停车情况，STM32作为通讯模块实现云平台之间数据传输，通过互联网后端大数据运算，将空闲车位信息关联到小程序等客户端，以供用户实时预约选择、查询，同时具备智能条件筛选、提前预约车位、自动规划路线、实时显示计费、智能防占装置等一体化功能，在政府等企事业单位的合作支持下，以达到“慧停车、慧出行、慧生活”，实现车位资源的实时共享。车位锁控制器总体结构如图2-1。

2.2双平板车位锁

智能车位锁控制器是一个由七个核心模块组成的系统，这些模块包括：主控制器、NB-IoT数据模块、地磁检测模块、直流电机模块、定位模块、电池模块以及声光报警模块。该系统利用NB-IoT网络进行数据的高效传输，与云端平台实现无缝连接，进而可以对每一台车位锁进行全面监控与管理。监控的内容涵盖电池剩余电量、太阳能板的充电状态、设备的工作状态以及计费详情等。

智能车位锁的结构由两大部分构成：锁体和控制箱。锁体部分由安装基座、固定底板以及配备圆柱滚轴设计和压力传感器的车锁平板组成。具体而言，两个基座稳固地置于固定底板的左右两侧，而车锁平板则通过驱动轴灵活地与底板两侧的基座铰接。控制箱位于锁体的左侧，内部精心装配了驱动电机、主动轴和齿轮传动件，以实现精确而有力的驱动功能。此外，通过高效的电源模块和主控板单元，实现了高度智能化的控制。

车位锁采用STM32L152CBT6芯片作为其核心控制单元，此款芯片的主频可以达到72MHz，并且拥有丰富的串口和I/O资源，使其成为车位锁控制系统的理想选择。通过串口连接，该芯片能够与NB-IoT数据传输模块、电机模块、地磁检测模块、电源模块以及声光报警模块进行有效的通信和控制。这种连接方式不仅保证了数据传输的稳定性和效率，还使得各个模块之间的协同工作更加顺畅。

NB-IoT技术在本项目中采用了华为海思的BC26模块，其紧凑的尺寸、出色的性能、低能耗以及多频段兼容性，完美契合了车位锁通信部分的设计要求。在电机模块的选择上，我们采用了专为37R555智能车位锁设计的24V直流减速电机。通过精细调整减速比，我们实现对驱动电机转速和力矩的精准操控。

为了确保锁体开合的精确控制，电机检测模块被战略性地安装在前后板上。这一模块与锁芯系统和压力传感器协同工作，形成了一个高效的智能锁控制面，能够远程接收信号并执行驱动操作。同时，在锁体承受过大压力时，报警电路会立即启动，发出警报以提醒相关人员。

此外，每个车位锁上还配备了iBeacon基站作为定位模块，可实现导航功能，还采用了“反距离加权平均法”，以优化定位精度。地磁检测模块则选用了Honeywell的HMC5883L三轴各向异性磁阻（AMR）传感器，用于精确检测车辆的停放状态，包括车位锁降下后车辆是否停入以及是否离开等情况。

在电源模块方面，我们选用了锂离子聚合物电池和太阳能充电控制器作为关键组件。设备顶部的太阳能光伏板能有效地将太阳能转化为电能，为锂离子聚合物电池充电。在电力中断或其他紧急情况下，锂离子聚合物电池将作为备用电源，保障设备不间断供电。同时，太阳能充电控制器还具备电压数据采集功能，能够实时监控并收集锂离子聚合物电池的电压信息，确保设备的安全与稳定。这些数据还会通过NB-IoT数传模块上传至云平台，对设备电量实时监控。

声光报警模块的设计是为了在车位锁锁板抬起后，一旦受到车辆的意外碰撞，直流电机检测模块的行程开关会立即导通，进而触发声光报警系统。这一机制旨在及时警示并防止车位锁遭受潜在的破坏。车位锁硬件具体设计如图2-2。

图2-2 车位锁硬件设计

3.在线操作平台

在线操作系统须关注功耗管理，系统启动后，首先对NB-IoT模块进行初始化，随后主控制器进入休眠模式。通过AT指令，实现模块的网络注册并与IoT云平台建立连接，以实现数据交互功能。

当数据交互暂停时间超过预设时长，模块将进入闲置状态，并在休眠模式下执行非连续接收模式。在此模式下，模块核心会按照预设周期定时激活接收机，进行数据监听。一旦接收到数据，系统将恢复连接状态，并唤醒主控制器进行数据处理。

当系统收到指令时，进行数据判断。定时器会周期性地唤醒控制器，若接收到离开指令，关闭定时器，在用户支付操作完成后，控制器控制后锁板下降，控制器再次进入休眠状态。

状态信息发送到云端服务器，实现全域范围内的车位信息共享和管理，从而实现车位资源的高效利用。

软件系统借助小程序平台通过Python-Flask-NoSQL路线发，实现从用户服务、车位管理到车位展示的API接口全自研，基于Flask框架，通过微信小程序，结合SQLAlchemy ORM进行研发。后台服务使用云端无状态架构设计，更低成本更易运维。前端界面使用微信小程序，降低用户使用门槛、触达不同手机用户群，实现用户最广覆盖，通过身份证、车牌号等实名注册，可应用于商业街区、企事业单位、家庭社区等各类场景。

用户通过手机客户端首次访问本系统时，可通过实名认证，用户登陆后，可通过API调取SQLAlchemy ORM数显附近的停车位信息，显示最近停车位，可提前选择、预约最合适的车位。用户可根据系统导航到达车位地点，端口将指令传送到车位锁，当地锁接收到信号后，车辆即可停入车位；用户需要取车时，点击“离开”指令，可触发双平板车位锁摇臂放下的行为，同时将反馈状态信息给小程序，此时SQLAlchemy ORM会同步记录各个车位状态，存入系统终端。

阻式触摸屏基于压力感应原理，实现屏幕内容的操作与控制。其结构由涂有ITO的薄膜与玻璃组成，触摸时ITO接触产生电信号，经转换电路处理为屏幕上的X、Y值，完成点选操作，用户可轻松预约停车。

4.运作原理

本系统采用电阻式触摸屏原理，主要是通过压力感应原理来实现对屏幕内容的操作和控制。电阻式触摸屏采用薄膜加上玻璃的结构，薄膜和玻璃相邻的一面上均涂有 ITO（纳米铟锡金属氧化物）涂层，ITO 具有很好的导电性和透明性。  在实施触摸操作时，薄膜下层的ITO层与玻璃上层的  ITO层接触，由此产生相应的电信号。这些信号经过感应器传输，转换电路处理后，送至处理器进行计算。处理器将计算结果转化为屏幕上的 X、Y坐标，从而实现点选动作，并在屏幕上展示，用户可借助触摸屏幕完成相应预约停车操作。

系统未接收到信号时，两块车锁平板默认处于平躺状态，整体装置进入休眠期，减少对电量的消耗；接收到车位预定信号后，电动机1通过齿轮传动，带动与车锁板相连的驱动轴，使得前置车锁平板升起，防止其他车辆进入，实现提前预约、防占位功能；预定者到达指定车位后，通过手动操作使前置车位锁落下，车辆驶入指定车位，车辆停稳之后，电动机2后置车锁平板升起，进入计费状态。

车辆驶离前，使用者通过手机客户端缴费，后置车锁平板落下，车辆离开，实现防逃费功能，之后，两块车位锁再次恢复最初状态，等待下一次指令；在车锁平板上加入压力传感器，当其承受的压力超过额定范围时，发出报警声，防止强行通过造成损害。

为提高车位锁的防压防撞性能，固定底板和车锁平板选用碳素钢板镀锌喷塑处理；圆柱滚轴选用高碳钢，保证较好的强度和抗疲劳性能；控制箱壳体选取铝合金材料，防水耐腐蚀，可以较好的实现信号传输，同时避免对地磁感应造成影响。同时，使用车锁平板代替常见的摆臂结构，减轻车辆碾压过程中对锁的损害；利用不完全齿轮结构改变进程与回程，控制车锁平板上升和下降的速度，减少冲击，提高其使用寿命，车锁板升起时，根据车辆底盘高度，自动判断升起位置，使得平板刚好贴近底盘，车锁平板外缘加入分段圆柱滚轴，减轻对车辆的磨损，实现双向保护的效果。

5.总结

本文设计的基于物联网技术的智慧共享停车系统，通过双平板车位锁关联停车场和用户端，将无限感知网络监测技术等应用于网络化泊位监测系统之中，实现泊位多源信息感知，异构网络融合、特征信息提取、跨物品应用集中和决策信息共享及协同管控，大大提高车位监测等精确性，优先实现城市闲置车位的快捷搜索和预定，可应用于封闭式停车场、路内开放式车位、充电桩车位、智慧社区等多个场景，逐步解决了目前国内停车位缺口大、分布不均、智能化水平低等问题，具有较大的实用性、经济性。

参考文献

[1]王泽河， 樊月珍， 毛恩荣.先进的城市停车诱导系统的研究[J]. 计算机工程与设计， 2006（02）： 188-189+194.

[2]郭展宏.地下停车场车辆引导及路径规划研究[D].兰州交通大学， 2020：4-10.

[3]蒿亚芳. 基于PIC单片机的低功耗遥控车位锁的设计和实现[D]. 郑州大学， 2014.

[4]申奥， 侯飞跃， 魏楠等. 一种基于BLE-SoC的车位锁[P]. 中国专利，CN204609405U. 2015-09-02.

[5]史洪玮. 基于物联网的智能车位锁感应式唤醒控制仿真[J]. 计算机仿真， 2020， 37（4）：102-106