摘要：在大型停車場如何快速停車是管理者與停車者之間存在的最大的難題。為了解決這個困擾社會管理的難題，文中提出了一種基于ZigBee與S3C2440的大型停車場管理系統解決方案。該系統采用CC2430和超聲波傳感器采集與傳輸停車場車位信息，并用S3C2440和MFRC522模塊解決停車場收費問題，用LED點陣屏實時顯示停車場車位信息以及引導停車者快速停車。整個系統能夠智能地管理與引導停車者快速停車。
關鍵詞：ZigBee；停車場管理；嵌入式；無線傳感網

0 引言
隨著我國城市現代化、國際化的發展，城市居民汽車擁有量急劇增加，車輛的管理控制也顯得越發重要。在擁擠的市區里，汽車與停車位之間的矛盾越來越突出。對于各類停車場控制管理也有著更高的要求，不僅要求可以實現對車輛的收費和停泊管理，而且要求車輛進出都可以快速進行，縮短停車時在出入口的平均逗留時間，提高停車效率。為了提高停車場的信息化、智能化管理水平，給車主提供一種更加安全、舒適、方便、快捷和開放的環境，實現停車場運行的高效化、節能化、環保化，本文設計了一套基于ZigBee網絡的停車場管理系統。

1 系統硬件設計
當停車者根據點陣屏上顯示的車位信息進入停車場時，按鍵，射頻卡自動彈出，內部自動進行第一次刷卡，系統記住刷卡時間。車位信息由ZigBee系統采集與傳輸。終端節點將采集到的車位信息通過路由器發送給協調器，協調器處理之后，通過串口發送給LED點陣控制器，最終LED控制器控制點陣顯示停車場車位信息。當司機離開停車場時再次刷卡，系統通過兩次刷卡的時間差與標準計費對比進行收費。
本系統主要由三部分組成：第一部分是無線傳感網絡，它由ZigBee協調器、路由器以及帶有超聲波傳感器的終端節點組成；第二部分是射頻計費，由S3C2440和MFRC522射頻模塊組成；第三部分是信息顯示系統，由AVR單片機和點陣顯示屏組成。圖1所示是系統的設計結構圖。
ZigBee的傳輸速率低，發射功率僅為1 mW。在通信狀態下，ZigBee終端耗電為幾十毫瓦；在省電模式下，耗電僅僅幾十微瓦。由于工作時間較短、收發信息功耗較低且采用了休眠模式，因此ZigBee設備非常省電。據估算，ZigBee設備僅靠兩節5號電池就可以維持長達6個月到2年左右的使用時間。在本設計中，終端節點采用中斷喚醒睡眠模式。當超聲波傳感器的電平不發生變化時，CC2430處于休眠模式；當超聲波傳感器的電平跳變時，51單片機發信號喚醒CC2430工作。這樣，本設計在功耗方面可以降到最低，這也是本設計采用ZigBee網絡的主要理由。

ZigBee無線網絡是本設計的主要部分。整個系統通過ZigBee無線網絡采集與無線傳輸超聲波傳感器實時對車位是否被車輛占用發送監測信息。最后由協調器發往監控中心，在LED點陣顯示屏顯示車位剩余信息以及空車位所在的具體位置。理論上每個ZigBee協調器可容納65 000多個節點，而且隨著停車場大型化趨勢的發展，可以通過增加路由器對大型停車場的節點進行分區管理，一個協調器放在監控中心對幾個分區進行監控。
本設計中的終端節點由CC2430模塊、超聲波傳感器與51單片機組成。超聲波傳感器的發送和接收端與51單片機的P1．0和P3．2相連，51單片機信息輸出端再與CC2430模塊的中斷接口相連。圖2所示是終端節點的連線圖。

將終端節點放置在停車場車位下部。超聲波傳感器在未檢測到障礙物時，輸出端發送的是連續的高電平；檢測到障礙物時，輸出端發送低電平；當檢測到障礙物穩定時，超聲波傳感器持續輸出低電平。由于一般轎車底盤是20～50 cm，可以在軟件程序里設置超聲波傳感器的檢測距離來判斷車位是否有汽車存在。超聲波傳感器實時工作，當輸出端有電平跳變時觸發51單片機，當電平跳變到一個值趨于穩定時，說明該車位的車位信息就會變化，51單片機將信息發送給CC2430。終端節點通過以上過程采集車位信息，終端節點采集到的車位信息通過路由器傳給協調器。協調器把采集到的車位信息進行分析與處理，發送給點陣顯示屏的控制器。協調器通過串口與點陣顯示屏的控制器相連。點陣屏將車位信息實時顯示，以文字與標號結合的方式為停車者提供參考。
射頻計費部分采用的是S3C2440和MFRC522模塊組成的刷卡計費器。主控芯片使用S3C2440處理器，它是一款32位的高速處理器，能夠實現數據的快速處理與傳輸。它主要有以下特點：體積小、低功耗、低成本、高性能；大量使用寄存器，指令執行速度更快；尋址方式靈活簡單，執行效率高。本設計選用非接觸型IC卡，即射頻IC卡。射頻IC卡避免了接觸型IC卡與讀卡器之間的物理接觸，減少了卡的磨損，故本設計采用PHILIPS公司的Mifarel卡和本射頻卡配套的MFRC522芯片。由于MFRC522兼容SPI的通信方式，本設計在S3C2440上模擬了SPI的接口供其與MFRC522通信，在SPI通信中MFRC522模塊用作從機。SPI時鐘SCK由主機產生。數據通過MOSI線從主機傳輸到從機；數據通過MISO線從MFRC 522發回到機。
本設計采用AVR單片機控制LED點陣顯示屏。因為AVR單片機處理指令的速度比其他單片機較快，抗干擾能力相對較強，作為點陣顯示屏的控制器，可以顯示比較好的效果，所以，本設計使用AVR ATmega16單片機為LED點陣控制器。點陣顯示屏可以直觀地將停車場的車位信息顯示，為停車者提供參考，供停車者快速便捷地停車，節省大量時間。