关键词 ：蓝牙5.0;传感器;物联网;停车系统
An Intelligent Parking Guidance System Based on Bluetooth 5.0
LIU Yuanhang XIONG Zheyuan
（Department of Safety Technology， Jiangxi Police Institute， Nanchang， Jiangxi Province， 330100 China）
Abstract： A design scheme of intelligent parking guidance system is proposed. The system uses photosensitive sensor to detect the status of parking space in real time， and uses Bluetooth 5.0 technology to realize the wireless transmission of status information; the real-time information of parking space is displayed on the terminal screen; all the information can be uploaded to the cloud server through the gateway for storage， and the application layer software can use the data interface to complete the parking space reservation， navigation， parking fee payment and other functions. The system can accurately record the parking time， provide real-time status release of parking spaces， and provide efficient parking services for car owners， which is of great significance to improve urban traffic management and smart city.
Key Words： Bluetooth 5.0; Sensor; Internet of things; Parking system
0 引言
据统计，截至2020年12月31日，我国汽车保有辆已达到2.81亿辆。与2019年底相比，增加2424万辆。一方面，庞大的汽车保有量反映了经济发展强劲势头给人们生活质量带来的提高，另一方面，由此产生的交通拥堵、道路安全、停车难等严重现象也对城市产生了负面影响[1]。尤其是停车问题，长期以来一直是各大城市普遍存在的问题。因此，智能停车产业成为改善停车环境、满足停车需求的“甜饼”[2]。本文设计的基于蓝牙5.0的智能停车引导系统将为解决停车难问题提供一种方案。
1 国内停车现状及问题
据调查研究数据显示，2017年，我国共有1.025亿个可用停车位，其中地下停车场只占了约5%。大城市作为私家车出现最为集中的地方，仅仅北京、上海、广州、深圳几个城市的汽车保有量加起来就超过了1500万。一线城市私家车大多停放在地下车库，我国在停车类建筑的起步较晚，导致了城市的车位供给不足。2018年我国停车泊位理论上需要3.12亿个。然而现有停车位约为9233万个左右，还存在巨大的停车需求缺口，导致停车场供需矛盾日渐加剧[3]。
另外，违规停车、占道停车的情况也给道路交通埋下隐患。这些由人导致的停车难给车位短缺困境雪上加霜[4]。根据UCLA城市规划院Don Shoup教授提出的城市拥堵理论，“开在城市道路上的私家车百分之三十都在寻找停车位”。停车位短缺的问题同样可能导致城市的交通拥堵。
2 系统总体设计
智能停车引导系统由数据采集层、汇聚节点、云端服务器和应用层组成[5]。传感器节点部署在每个车位上采集数据，通过传感器测量数据并进行实时车位的状态的分析;汇聚节点接收传感器节点发送的数据并通过WIFI、4G等將数据上传到云端服务器保存。云服务器部署数据库，当WEB、手机APP、微信小程序等终端应用需要时，可以直接从云端服务器的数据库中下载用户所需数据。
3 系统硬件设计
终端部分由传感器、 Arduino 开发平台、舵机以及蓝牙5.0模块组成。传感器负责实时监测停车位状态，并将数据通过蓝牙5.0模块上传至汇聚节点，并在有车辆存在的时候控制舵机的启动来模拟现实中的车位锁启动的效果。同时也具有提醒设备调试人员设备是否正常运行的作用，由于传感器节点可以独立工作，可以通过刺激传感器来观察舵机是否工作来验证传感器节点是否正常运转。
3.1 地磁传感器模块
传感器模块采用磁阻传感器HMC_5883L为芯片，实物如图1所示，此芯片是霍尼韦尔公司研制生产，体积不大，占用空间面积小，抗干扰能力强，安装便捷[6]，其电路原理如图2所示。
3.2 Arduino板块
Arduino的控制板型号为 Arduino Uno R3，该控制板各方面均得到提升：首先消除了以前版本的 bug，增加了 I2C 总线接口，改进了复位电路设计，然后 USB 接口芯片使用 Atmega328P 替代以前版本的 ATmega8U2，只需安装配套驱动即可在Windows系统中正常工作，功能更加完善强大。因此，本设计采用Arduino Uno开发板进行硬件电路设计。
4 系统配置调试
4.1 Arduino开发环境配置
先从Arduino官网下载安装最新的开发环境（Arduino IDE），之后将Arduino UNO R3 开发版通过USB与电脑相连接，在设备管理器中找到端口的（COM和LPT），当这一栏下的子菜单显示出COM号则代表着Arduino驱动安装成功了。打开刚刚安装好的Arduino IDE 在工具菜单下找到板卡选项选择相应的板子（本设计为Arduino UNO）。之后再在工具菜单下找到串口选择可用的COM串口。完成之后就可以进行程序烧录了。使用一个简单的示例程序来检查Arduino开发板是否正常工作，选择文件→示例→01.Basics→Blink 之后选择验证，上传，这时观察到Arduino开发板上的LED以一秒为间隔进行闪烁。此时，Arduino开发板的软件环境已经配置并验证完成了。
4.2 设备整体配置
舵机、蓝牙5.0模块、地磁传感器全部与 Arduino 连接，如图3所示。
通过USB将Arduino开发版与电脑建立连接烧录代码进行调试。之后选择使用Python来开发串口调试工具用以在电脑脑上收发Arduino平台通过LoRa模块进行的信息通讯。程序通过一个while true循环来不断接受传感器节点发送过来的信息。程序运行结果如图4所示。
当程序中显示“there is a car”则表示此车位有车辆或车位已被预订，“no car”则代表车位可供使用。
4.3 APP程序设计
本文設计一个手机APP与用户进行交互，收集用户的位置信息、目标地点等数据来为用户提供符合其需求的停车位。APP需要直接获取用户位置信息，提供停车场位置，为用户导航到相应的停车位，能够提供停车场付费，车位预订等停车相关功能。未来，通过API的调用实现地图的展示和导航，当用户需要停车时，APP会根据用户的当前位置给用户选择最近的有空位的停车场进行导航，方便用户停车。效果APP如图5所示。
5 结语
本系统完成了停车位检测系统的底层数据采集和终端的数据接收的设计与实现，用光线传感器完成底层信息采集，以蓝牙5.0模块为信息传输模块构建了信息传输网络，最后使用个人电脑对信息进行接收处理。同时，本文还对应用层的WEB和APP的设计提出了设计思想并做出了简易的设计实现用以展示。
参考文献
[1] 黄圆圆.物联网、人工智能、大数据下的智慧停车研究[J].智能建筑，2020（08）：38-39.
[2] 钱玉琪，胡荣捷，王海涛，曹燕，汪鹏，朱亚璋，张山.基于道路智能驻车器的城市级智慧停车系统发展分析[J].中国集体经济，2020（35）：166-168.
[3] 雷鸣，黄炎，于洪帅.城市大型公共停车场智能停车系统设计简析[J].建筑电气，2020，39（03）：50-54.
[4] 刘文武，刘海胜.智能灯带引导停车及寻车[J].今日财富（中国知识产权），2020（12）：205-206.
[5] 王辉明. 室内停车场停车智能引导系统设计研究[D].浙江科技学院，2019.
[6] 黄日明. 停车场智能停车引导方法及系统研究[D].华南理工大学，2020.