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国际计算机与通信工程创新研究杂志

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基于空间建模的现代精密停车场管理系统性能评价

Bandu Nandekar, Ranjana Raut博士，Pravin Dakhole博士
  1. YCCE研究学者，印度那格浦尔
  2. 印度阿玛拉瓦蒂大学SGB电子系副教授
  3. 印度那格浦尔YCCE电子系教授
有关文章载于Pubmed，谷歌学者

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摘要

本文研究了基于红外和超声波传感器网络的现代精密车位管理系统。在这个系统中可以监控最短路径的槽，系统帮助我们防止车辆被盗，还用来根据车辆的宽度来建模槽的空间。该系统由无线传感器网络和微控制器集中控制，显示屏根据宽度显示槽位的可用性，并在入口处显示停放车辆的付款情况。与现有的停车系统相比，该系统非常有效，因为它可以最大限度地减少寻找最近可用空间的时间

关键字
红外和超声波传感器网络，单片机单元和空间建模系统

介绍
今天，在大多数城市，停车问题正成为车主的一个严重问题。本课题的目的是设计一种自动停车系统，可以帮助人们在更少的空间和安全的环境中停车。由于现代人口密集，停车位一直是某些基础设施建设的主要问题之一。有限的停车位导致交通拥堵、空气污染、燃料和时间浪费，以及司机的沮丧。现代先进的停车管理系统利用各种技术有效地管理和优化空间，对解决新出现的停车问题非常有用。在本研究工作中，WSN技术已经引起并越来越多用户的关注，并在各个领域迅速发展，有望为停车和空间管理系统提供一种高效、经济的解决方案[3,5]。
红外和超声波传感器由部署在传感区域的大量低成本传感器节点组成。它们可以对从传感区域采集到的信息进行传感器采样和处理，并通过射频模块传输到本地控制器到主控制器[2,6]。
本文的下一部分是指出停车槽和空槽的位置。为此，使用了红外和超声波传感器。RFID是一种非常有用的技术，用于停车场系统的锁定和解锁。它会自动扣除金额，并打开路障停车。该技术需要RFID阅读器和RFID标签在一定程度上的合作。RFID阅读器连接到控制办公室的微控制器。RFID阅读器通过内置天线自动读取标签上的信息。接收到的信息与数据库匹配后，控制室将发出打开屏障的命令[7,20]。
本文的主要内容是优化两个槽之间的未利用空间。[4,5]这种工作的利用可以依赖于汽车的宽度，为此目的安装现代和复杂的停车管理系统，这是被广泛使用，以提供更好的停车设施。该系统对于防止停车场内的偷车贼非常有帮助，也可以在停车前彻底检测车辆[6]。

相关工作
1)最初的一些研究集中在应用传感器技术的停车场系统，采用视频传感器/摄像头来收集停车场领域[1]的信息。但是传感器的使用有一定的缺点，其中主要有两个缺点包括;视频传感器能量昂贵，而且视频传感器产生的数据量非常大，在无线网络中传输往往存在困难。
2)毕彦忠、孙立民、朱宏松、严廷鑫[2]设计了一个系统，该系统包括三种节点和一个中央控制的管理站。每种节点在系统中扮演不同的角色，并与其他类型的节点直接或间接通信。它们相互协作完成拓扑形成、路线建立、车位状态感知、报告和命令处理。
3)无线传感器网络(WSN)近年来受到了广泛的关注[3]。无线传感器网络由大量低成本的传感器节点组成，通过节点上的无线通信模块自组织形成自组织网络。无线传感器网络利用无线通信和传感的优点，已在民用和军事领域得到广泛应用。近几十年来，随着汽车需求的日益增长和对智能停车系统的需求，无线传感器网络在这些系统中的应用越来越受到研究者的关注。在本节中介绍了这一领域的一些最新工作。
4)Vanessa W.S. Tang, Yuan Zheng和Jiannong Cao在他们的工作[4]中提出了一种基于wsn的智能停车场系统，该系统将无线传感器部署在停车场场地中，每个停车场配备一个传感器节点，用于检测和监控停车场的占用情况。他们已经使用弩尘实现了他们系统的原型。该系统验证了我们设计和实现停车系统的有效性。
5)李晓龙和Uma Kanth Ranga在《数字停车场管理系统的设计与实现》[5]中，利用射频识别(RFID)技术设计了一个数字车辆管理系统。该数字车辆管理系统与互联网连接，可以提高停车位的利用率，并帮助用户远程查看停车位的可用性。
6)Nayab Suhail Hamirani, Imdad Ali Ismaili, Asad Ali Shaikh, Faheem Ahmed和Azhar AliShah，在他们的工作中，使用ATMEL微控制器作为主要处理器，以及lcd和电机作为显示和旋转[6]的补充组件。他们的模型是基于循环机制，提供低成本，更少的空间和最佳性能。密码锁定系统用于验证对象，并检测停车场可用的空闲空间数量。
7)陈明凯和常天海在他们的工作[7]中使用WSN概念设计了一个高效的停车系统。他们使用了三类节点，即监控节点、路由节点和汇聚节点。监控节点检测每个车位的状态，并通过路由节点一跳一跳地将信息传递给汇聚节点。汇聚节点通过RS-232接口与信息管理中心连接。信息管理中心处理数据后，将信息发送到各个节点，并在停车场入口处的LED屏幕上更新信息。
8)Rakesh Kumar, Naveen K Chilamkurti和Ben Soh[8]，为使用不同类型的软件功能和硬件组件的不同传感器提供了有价值的比较数据。他们工作的主要目标是使用不同的传感器对电源管理、通信效率和阈值时间进行简单、自动化的分析和比较，并对上述特征进行相应的预测。结果表明，采用不同类型的传感器进行车辆检测，各参数有明显差异。
A.硬件实现:
现在的停车系统可用来指示停车位，但不是模型的可用停车位的空间，它不表明空停车位的最短距离。现代和复杂的停车管理系统的主要目标是在红外传感器的帮助下找到最近的停车位。该系统需要以下必备硬件[9,10]。
1]红外传感器或红外TX / RX模块:
红外LED作为发射机，光电二极管作为接收机，两者以平行方式排列。该模块用于检测反射铸铁表面，用于障碍物检测。红外LED连续发射红外辐射，当车辆经过时将红外线反射。反射光入射到光电二极管的反向偏置结上，产生电子空穴对，产生反向漏电流。这种反向漏电流通过电阻，从而得到成比例的电压。这种电流随入射射线的强度而变化。该电压可以给运算放大器比较器，将该电压与参考电压进行比较，并以0和1的形式进行数字输出，或在AVR单片机的芯片ADC上测量该电压并用于软件中。该电路描述了红外传感器的原理图，该传感器可以从现代和复杂的停车管理系统中检测到最近的空停车位。红外LED发射红外辐射。这些安装在地板表面的红外传感器用于确定找到空槽的最短路径。
2]本地MCU:
需要一组如上所述的此类传感器单元来制作线路跟踪器车辆检测系统。我们一般使用8-10个传感器单元来制作线路传感器阵列[19]。每个传感器单独与MCU连接。红外传感器的输出通过端口A、端口B和端口c与ATmega324微控制器连接或连接。ATmega324是ATmega32的新增强版本。除了ATmega32功能外，它还包含双USART，两个PWM通道，并可以运行高达20MHz的32kB闪存，1024B EPROM, 2048 SRAM，所需电源2.7至5.5伏。当传感器输出向本地单片机发送关于最近路径和空停车槽的请求时，将传感器的状态制成适当的帧格式发送给主控节点单片机。传感器的输出将通过射频模块无线传输到MCUAtmega324。
3]射频模块:
有三种类型的无线射频模块，发射器，接收器和收发器。这些射频模块被设计用来作为电子设计的工具来进行无线实验。发射器、接收器和收发器都有9600波特的串行接口和独立的3功能开关输入和输出。这些模块可以进行最远250英尺的通信。该板工作在+5V，很容易连接到你的基本邮票2或基本邮票2sx，应用+5VDC，接地，和你需要的通信引脚，享受无麻烦的无线通信。
4]主MCU:
MCUAtmega324逐一读取每个路径传感器，并将做出适当的帧格式$-----status- of- all- sensors-----#。24个传感器的状态，形式为1和0。数字1表示有空停车位，0表示车辆正在停车。USART 0和1的比较输出信号通过RS232协议发送到PC。为了将RS232电平信号接口到MCU，我们需要一个“电平转换器”。电平转换器将做的是将RS232电平信号(HIGH= -12V LOW= +12V)从PC转换为TTL电平信号(HIGH= +5V, LOW= 0V)，以馈送到MCU，也相反。由于RS232协议是一种常见的协议，因此有专门的IC设计用于“电平转换”。
5] RFID模块:
RFID系统包括三个基本元素:标签、阅读器和软件。通常情况下，读卡器传输的无线电信号被附着在标签上的天线接收。标签向阅读器发送唯一的回复信号。然后解码成识别号码。这个ID号对于标签来说是唯一的。理想情况下，一套全球标准将规定如何分配这些ID号，并确保没有重复或重复。读卡器与计算机相连，识别码与特定的相关信息相匹配。还有一些更复杂、更昂贵的标签，可以将ID号以外的信息直接存储在标签中。电池供电的标签称为“有源标签”[22]。在汽车或停车系统中，用于支付停车费和通过附近阅读器时操作锁定系统的应答器是主动RFID标签。 Passive tags on other hand, are powered by the signal from the readers. Active tags can be read greater distance than passive tags.
6]红外传感器和电机:
每个槽都是为中型车辆设计的。如果有小型车辆进入该槽，则在电机的帮助下减小槽的尺寸并将请求发送给本地控制器，反之亦然。对每个槽位[18]重复此过程。车辆的大小是由超声波传感器识别，与电机安排。IC 1392d工作在h桥的概念。h桥是一种允许电压向任意方向移动的电路。正如你知道的，电压需要改变其方向，才能使电机顺时针或逆时针方向旋转，因此h桥IC是驱动直流电机的理想选择。在单个l293d芯片中，集成电路内部有两个h桥电路，可以独立旋转两个直流电机。
7]路障:
在车辆入口和每个槽处使用的这种布置。入口的路障表示插槽的可用性，无论是小，中或大。如果有车位，但不适合大型车辆停放，则将车辆停在可用的车位上，或建议司机使用其他停车位。带有RFID模块的Barricades的另一个用途是支付停车费和操作锁定和解锁系统。这是用来防止车辆被盗的。
8]显示:
该单元由LCD显示和箭头状LED阵列显示单元组成，用于显示槽的最短路径。可用车位由红绿LED[14]显示。
B.软件实现:
1]插槽架构:
体系结构显示了空槽的排列和传感器的位置。有20个空槽和36个红外传感器，如图[3]所示。
2]空间建模:
每个槽都是为中型车辆设计的。如果一辆小型车辆进入现代复杂的停车管理系统，则槽尺寸减小一定数量，同样，如果一辆大型车辆进入槽，则槽尺寸增加一定数量。对于每个槽位都重复这个过程[15,16]。车辆的大小是由一个简单的红外传感器识别，与电机的安排。当插槽为空时，没有信号从本地控制器到主控制器。一旦车辆进入每个槽，传感器被激活并向本地控制器发送信号，本地控制器向主控制器发送信号，同时两侧路障的传感器启动并开始工作，传感器的水平运动给予电机驱动器连接的本地控制器，决定电机的顺时针或逆时针运动。
3]空间建模算法

仿真结果
图8。显示了系统中传感器的占用情况。表示相对于时间，系统中占用的传感器数量。
Fig.没有。2.该图显示了系统中占用的总插槽的百分比。在这个图中，我们可以看到，随着时间的推移，被占用的插槽数量也会增加，但这并不总是正确的，因为当汽车离开系统时，该图将表明数值的减少，从而表明系统中的插槽是空的。
这是最重要的参数，是在空间建模后发现的。在这种情况下，我们可以看到空间在我们的系统中建模的效率，这个指数越高，空间建模在我们的系统中工作的效率就越高。

结论
本文介绍了基于无线传感器网络、RFID模块和单片机的现代精密泊车管理系统。我们开发了带有传感器节点的(MSPMS)硬件设计，用于车辆停车和查找最近的插槽。采用带有射频模块的单片机指导停车场区域管理和空间优化。MSPMS系统采用了先进的技术，以实现停车位的高效利用和优化。智能停车系统从简单的系统显示可用停车位和最近的停车位的方式，但它是非常复杂的，可以对空间建模。中央协调器可以很容易地操作支付令牌，在此帮助下，我们可以防止车辆被盗。该管理系统可以监控停车场景的分步方法。该系统将提高停车位的利用率，找到最短的停车距离，帮助用户在短时间内找到可用的停车位。因此，本系统在最新的停车管理系统中发挥了重要作用。

数字一览
图1 图2 图3 图4 图5
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图6 图7 图8 图9 图10
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参考文献






















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