基于蓝牙控制的一杆多车式停车场管理系统*

时间：2024-07-28

刘攀，罗山

(攀枝花学院智能制造学院，四川攀枝花 617000)

0 引言

随着我国汽车保有量急速增加，停车场乱兜圈的乱象及其严重。停车场出入口坡度大，进出停车场驾驶员需要付款拿卡等非驾驶行为，容易造成车辆后滑，影响停车出行安全性。另外，停车场移动信号弱，导致无法支付停车费的尴尬请况时有发生。因此为提高停车效率，开发先进智能的停车场管理系统显得尤为必要。

罗勤[1]通过对智能停车管理系统的社会和科研特点进行的阐述，提出了智慧停车管理系统已成为静态交通的重要数据源，运营模式与产品解决方案已经深受广大社会人士的喜爱，但同时也提出了目前发展智能停车管理系统成本高，应对应急事件能力差、数字化技术要求高。胡空[2]以武汉市汉阳区的停车场为例提出了停车场不仅要满足绿色排放的要求，停车场在建设前还要进行顶层的规划设计，并总结出新的智能停车场要建立长期有效的发展机制的未来前景。张登尔[3]提出的智能停车管理系统与广播电视传输网络结合，加入AI智能，与先进的前沿技术结合的运用切实解决城市停车难问题。陈香[4]提出基于小程序的停车管理系统，根据社会需要，将停车管理系统与微信小程序结合，将停车卡与手机结合代替了停车卡功能，改造成本大大降低，能够实现部分停车难题。

针对目前停车场出入慢、驾驶员体验感差、停车位寻找困难、非停车造成误收费等问题，本文设计了一种基于蓝牙链接为核心的智能停车控制系统。该系统不依赖移动网络，使用蓝牙短距离传输，将传统一杆一车进出模式转换为一杆多车。在不依赖移动网络的前提下，指引车辆前往停车位或者指引人前往停车处，车辆在到达停车位后才进行实时计时扣费的停车场管理系统，以达到智能停车、一杆多车、无感支付的目的。

1 系统组成

图1 系统组成框图

如图1所示，基于蓝牙的一杆多车式停车管理系统，它包括车载蓝牙信号收发器、闸刀口信号接收器，停车位蓝牙信号桩头、语音诱导系统四大部分。

道闸口信号接收器，只接收车载蓝牙收发器信号，车载蓝牙信号收发器与道闸口信号获取车辆信息后抬起道闸，不进行扣费，利用蓝牙信号接收器，同一时间段接收不同车辆的蓝牙信息。建立多个蓝牙链接，提前进行车辆信息传输。当等待车辆靠近道闸口，传输信息符合，单片机控制道闸不放下，从而实现出入口一杆多车的功能。

车载蓝牙信号收发器由三大模块组成：电源模块、记忆模块、蓝牙信号发送与接收模块供电。记忆模块用于记忆车辆信息以及写入记忆预储值的停车费。蓝牙信号接收发送模块用于发送加密后的蓝牙信号(特殊的蓝牙ID地址)并与道闸蓝牙接收器链接，传输车辆信息，与停车蓝牙桩头交换信息进行扣费，将扣费后余额写入记忆模块。

蓝牙信号桩头为泊位诱导系统[5]改版优化型，按照停车场内的6～7个停车位设立一个蓝牙桩头。当车辆驶入蓝牙桩头覆盖的停车区域，接收器自动接收车辆发出的蓝牙信号，匹配成功后进行数据传输。仿真模型如图4所示，内部硬件结构由计时模块、余额写入、蓝牙匹配、信息交换、停车位检测诱导组成，共同实现车辆到停车位后扣费、诱导驾驶员寻找车位、定位车辆位置信息三大功能。

语音诱导模块功能为接收蓝牙桩头发来车辆定位信息并进行储存。当驾驶员通过手机蓝牙连接信号桩头后，语音诱导模块通过蓝牙桩头与车辆的定位信息，自动生成提示语音包，并传输至驾驶员手机，发出相应的语音用以提示驾驶员所在位置，从而使驾驶员能够快速找到自己车辆位置，实现驾驶员快速寻车功能。

2 系统设计

2.1 道闸口信号接收器

道闸口信号接收器的工作原理如图2所示，完成出入口车辆信息的采集，通过道闸口蓝牙传输优化停车场出入效率。当车辆驶入停车场入口，车载内置蓝牙传输装置与道闸口蓝牙模块进行匹配，若匹配成功，车载蓝牙向道闸口蓝牙模块传输车辆信息，道闸控制器发出指令给控制电机使道闸栏杆抬起，车辆驶入。若匹配异常，道闸口蓝牙模块未获得车辆信息，道闸栏杆不抬起，车辆禁止驶入。后续等待进入的车辆，通过蓝牙链接提前与闸刀口进行链接。通过单片机进行车辆信息排序，等待进入车辆匹配成功后，当预备车辆进入后，地感线圈检等待进入车辆驶入道闸口，单片机匹配车辆信息，闸刀不放下，等待车辆可驶入。若等待进入车辆与蓝牙模块不匹配，闸刀放下，等待车辆不可驶入，从而实现一车多杆的功能。

图2 道闸口信号接收器

2.2 车载蓝牙信号收发器

车载蓝牙信号收发器的工作原理如图3所示，该蓝牙传输处理终端采用的主控芯片是STC12C5A60S2，是STC公司推出的新一代微处理器，它是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8～12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换(250 k/s)，适用于电机控制、强干扰场合。具有传输能力强、信号稳定、且价格便宜等特点。利用这种性价比高的主控芯片，可保证发送信号与接收信号的稳定，最长反应传输时间仅10 ms，满足停车场出入口的信息快速交换的需要，从而保证了一杆多车功能的可行性。在停车场出入口车辆分为两种状态，预备进入状态与等待进入状态，本系统蓝牙使用PowerClass2，标准传输距离为10 m。

图3 车载蓝牙信号收发器

2.3 蓝牙信号传输原理及引导过程

2.3.1 蓝牙信号传输定位

蓝牙信号传输定位基于地图匹配定位[6]和基于地图匹配的无人驾驶汽车定位方法[7]，通过蓝牙信号链接匹配定位车辆驾驶员位置，再通过蓝牙桩头车辆指示灯诱导驾驶员寻找车位与车辆。信号桩头与车辆匹配确定车辆坐标如图4所示。

通过蓝牙释放信号圆形区域覆盖车辆，三处蓝牙信号桩头定位车辆位置。通过地图匹配定位[8]算法，蓝牙桩头预判断剩余车位，通过信号桩头车辆指示灯实时指示车辆前往空余车位。驾驶员寻找车辆时，只需要手机链接蓝牙桩头传送信号获得停车场地图，输入车载蓝牙ID，单片机通过蓝牙引导模块临时改变车辆指示灯诱导驾驶员寻找停车位。

图4 信号桩头与车辆匹配确定车辆坐标

2.3.2 停车位蓝牙信号交换

如图5所示是停车位蓝牙系统的工作流程以及基础构成部分，停车位蓝牙桩头设立在停车位靠近车道1 m处，主要实现蓝牙定位、实时扣费与显示车位剩余数三大功能。

图5 停车位蓝牙系统

2.3.3 停车位实时扣费

图6 停车位蓝牙桩头仿真模型

如图6所示，蓝牙桩头可以显示停车位和指引车辆到空余停车位，控制车位数显示屏。车辆驶入停车位时，车载蓝牙发射的信号与该区域范围内的蓝牙信号匹配，单片机写入车载蓝牙地址，最大存储信号数等于车位数。通过信号交换，蓝牙桩头计时系统启动，当车辆驶出停车位时，计时结束。通过信号交换写入扣费后余额数，写入车载蓝牙发送器存储系统内，完成实时扣费。信息交换完成后，单片机控制LED显示屏显示车位信息。当停车位蓝牙桩头控制的车位数饱和后，车位数显示屏显示车位数剩余0，单片机控制蓝牙桩头发送蓝牙信号与周围蓝牙桩头发生链接，进行信息交换后，获得其它停车位蓝牙桩头有空余停车位的信息。驾驶员驶入停车场后，若停车位蓝牙桩头覆盖区域有停车位，则车辆指示灯不开启。若无停车位，车辆指示灯指示车辆前往其它空余车位。蓝牙桩头安放位置固定，便于车辆行驶车道的驾驶员获得到视频信息，诱导驾驶员前往停车位，实现弱信号环境的车辆诱导。