智能停車場系統(tǒng)設計方案

隨著社會的進步和發(fā)展，城市由于交通工具的增加造成的交通擁擠甚至混亂給人們的生活帶來極大的不便，如圖1所示車主遇到的困難主要有以下幾方面：

圖1 傳統(tǒng)停車管理弊端

停車管理為解決車主的顧慮，在小區(qū)、商業(yè)大廈等公共場所搭建智能化停車管理平臺，以達到停車用戶進出方便、快捷、安全的目的，最終實現(xiàn)信息化，有效化，穩(wěn)定化管理的目的。

圖2 智能停車預實現(xiàn)目的

智能停車場整體解決方案搭建過程主要包括圖3所示出入口控制、安全監(jiān)控、用戶管理、后臺數(shù)據(jù)管理四大組成部分，接下來簡要介紹其中幾種搭建方案。

圖3 智能停車場整體方案設計

1.1 智能停車場——車輛出入控制系統(tǒng)

致遠電子采用FreescaleI.MX6系列的雙核/四核Cortex-A9處理器的M6708-T系列核心板具體應用方案如圖4所示，其中是涉及到的攝像頭、顯示屏幕、語音播放、閘機控制，以及車位管理、車輛引導、計費加密、人機交互等均可通過M6708-T系列核心板進行整體控制。實際應用接口與產(chǎn)品實物圖可參考圖5進行設計。

圖4 免取卡視頻出入口系統(tǒng)應用

圖5 M6708-T核心板智能停車行業(yè)系統(tǒng)基本應用接口圖示

1.1.1 采用M6708-T系列核心板優(yōu)勢

1． 視頻流處理能力強

· 車流量多時，容易出現(xiàn)前車遮擋住后車車牌的情況，通過視頻車牌識別，選擇視頻流中車牌未被遮擋時的圖片進行車牌識別，得到最佳車牌。

· 通過視頻流選擇合適車牌圖片進行識別，避免抓拍點拍攝的車輛圖片車牌過大或過小導致車牌無法識別的情況。

· 復雜環(huán)境中（如夜晚），通過對視頻流多幀圖片分析，選擇效果較好圖片進行識別，得到最佳車牌、車位信息。

2． 專用液晶顯示屏接口，音視頻處理性能優(yōu)越

· M6708-T系列核心板硬件定位為支持多媒體、音視頻流處理功能，對圖像處理與識別支持1080p解碼、處理器后臺3D加速等。

· 液晶顯示、視頻流處理，音頻輸出同時進行，互不影響。

· 液晶顯示多通道穩(wěn)定輸出，簡單雙核版本支持同時輸出雙路視頻源；四核版本支持三路視頻源。實現(xiàn)車位引導、人機交互、廣告屏等多媒體功能并存。

3． 大容量存儲及擴展支持多種存儲及應用

· 4GB板載存儲輕松實現(xiàn)多種收費軟件：出入口收費、中央收費、自助繳費機收費，移動端繳費以及車牌識別軟件的存儲、燒錄。

· 32GB內(nèi)存卡擴展、SATA2.0硬盤擴展，大容量支持文件備份、監(jiān)控保存、廣告機影音收錄。

4． 同時支持4G、千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸

· 4G無線接口，千兆以太網(wǎng)接口支持雙網(wǎng)冗余，在網(wǎng)絡中斷時也可確保系統(tǒng)正常運行通訊。控制單元采用IoT-3968擴展網(wǎng)關，更大程度的利用網(wǎng)絡資源。

5． 同時支持有線、無線數(shù)據(jù)傳輸

· 有線數(shù)據(jù)傳輸支持：RS232、RS485、CANbus、千兆以太網(wǎng)、百兆以太網(wǎng)、DI、DO、USB-Host、SATA-2.0等。

· 無線數(shù)據(jù)傳輸支持：4G/3G、GPRS、藍牙、WIFI、RFID、ZigBee、LoRa、GPS、北斗定位等。分為板載模塊及天線、miniPCIe接口及天線兩類應用形式。

1.1.2 自動道閘控制

“免取卡視頻出入口系統(tǒng)”是車輛到達入口，進入視頻識別范圍或地感線圈檢測到信號后，觸發(fā)卡口主輔攝像機進行拍照，視頻車牌識別軟件通過視頻流自動識別車牌號碼，視頻流識別是對視頻流中的所有圖片進行快速分析，并智能選擇最佳圖片進行識別，將識別出的多個車牌號進行最佳篩選，選出最佳結(jié)果作為識別結(jié)果。同時，將數(shù)據(jù)通過有線或無線兩種形式上傳至控制中心，道閘自動升起，司機開車入場，進場后道閘自動關閉，收費管理系統(tǒng)中該車輛的停車計時開始。

如圖6左側(cè)系統(tǒng)架構圖所示，系統(tǒng)架構圖中的控制單元部分可以采用FreescaleI.MX6 系列的雙核/四核Cortex-A9處理器的核心板進行整體控制。道閘機實物如圖6右圖所示。

圖6 視頻出入口系統(tǒng)架構圖及產(chǎn)品效果圖

道閘起落桿由控制單元的繼電器隔離輸出端口DO實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)起落控制。起落桿高低限位信號由光耦隔離輸入端口DI采集并送交控制器處理。

當?shù)篱l突發(fā)故障或處于事故中時，可采取自動切換手動方式控制。可利用WIFI模塊、藍牙模塊實現(xiàn)工作人員的無線控制。

PCIE-WIFI是廣州致遠電子精心推出的一款工業(yè)級Wifi模塊，如圖7該模塊采用了正基科技有限公司ZW6201設計，可滿足數(shù)據(jù)采集或更高水平用戶互動的消費電子和工業(yè)控制應用。

圖7 PCIE-ZW6201 WIFI模塊

ZLG9021P0-1是一款低成本、低功耗、小尺寸的藍牙4.0 BLE模塊，該模塊采用半孔工藝將I/O引出，幫助客戶繞過繁瑣的射頻硬件設計、開發(fā)與生產(chǎn)，加快產(chǎn)品上市。完善的軟件開發(fā)平臺可滿足快速開發(fā)需求，減少軟件投入，縮短開發(fā)周期。該模塊方便迅速橋接電子產(chǎn)品和智能移動設備，可廣泛應用于有此需求的各種電子設備。

圖8 ZLG9021P0-1 藍牙模塊

自動道閘支持電機離合，斷電手動快速操作，來電自動復位。閘桿遇阻返回功能。線控遙控可選；可選配低溫自動加溫電路。

1.1.3 讀卡發(fā)卡控制

可分為接觸式和非接觸式兩類方案。

可采用ZLG600系列讀卡模塊方案。ZLG600A系列RFID讀寫卡模塊是基于復旦微平臺開發(fā)的13.56MHz讀寫卡模塊。此系列符合ISO14443、ISO7816標準，支持Mifare卡、CPU卡和接觸式SAM卡的操作。用戶無需了解底層寄存器，幾條簡單的串口命令即可實現(xiàn)RFID讀寫卡功能?？煞奖憧旖莸貙⒔佑|式/非接觸式IC卡技術融入到產(chǎn)品中。

圖9 ZLG600集成電路卡讀寫器

對于非接觸式讀卡發(fā)卡方案，在車輛距道閘機2m~50m范圍內(nèi)，通過控制單元所帶有的藍牙無線模塊實現(xiàn)非接觸式讀卡。道閘機集成發(fā)卡機裝置，可實現(xiàn)升級、充值、查詢、發(fā)放停車卡等配套功能。

1.1.4 車位檢測控制

如何解決城市車輛通行與車輛停放是解決城市交通問題的兩大重要課題，拓展和挖掘城市的停車資源，解決停車問題，并建立靜態(tài)停車與動態(tài)交通相結(jié)合的智能交通管理系統(tǒng)是當代交通管理的必然趨勢，目前各省市也在加快路邊占道停車和商業(yè)停車場的智能化改造，實現(xiàn)停車場車位智能管理，動態(tài)有效地提升車位管理效率。

停車場車位檢測控制亦可通過有線與無線兩種方案實現(xiàn)。

通過車位地磁傳感器，檢測車輛位置。信息可通過RS485或CANbus總線接入控制單元做中心控制管理。

圖10 地磁停車系統(tǒng)模擬圖

圖11 地磁停車系統(tǒng)架構圖

車位路口帶有指示燈，指示當前車輛位置和通行狀態(tài)。

在停車場車位智能管理系統(tǒng)中，地磁車位檢測器、智能車位鎖在信息傳輸方面布線都非常困難，無線傳輸是占絕對優(yōu)勢的解決方案，甚至目前很多有線的超聲波車位檢測器也逐步采用無線替代，實現(xiàn)系統(tǒng)歸一化，而在無線傳輸方面，LoRa方案在該領域又具備了更多的優(yōu)點：

· 無線通訊，有效解決戶外停車場施工布線、安裝維護不便等問題，具有安裝及維護簡便、施工免布線、節(jié)約施工成本、縮減施工周期等優(yōu)點；

· LoRa無線擴頻技術，具備-148dBm的接收靈敏度，通訊距離可以達到8km，大大減少網(wǎng)關數(shù)量和施工成本；

· LoRa采用ISM頻段無線通信技術，在實際應用中，地磁/車位鎖安裝方法、車輛底盤都會對無線通訊產(chǎn)生很強的干擾作用，融合了數(shù)字擴頻、數(shù)字信號處理和前向糾錯編碼，有效保證無線通訊穩(wěn)定可靠和抗干擾能力。

· 超低功耗設計，采用電池供電使用壽命可長達3~5年。

圖12 LoRa無線模塊ZM470SX-M在智慧停車產(chǎn)品中的應用實例

控制單元可使用致遠電子LoRa模塊做中心主機，同各車位安置的從機實時通訊。

圖13 LoRa無線模塊在路邊停車中的應用

圖14 LoRa無線模塊在停車場車位管理中的應用

1.1.5 車牌檢測識別

車牌檢測識別可選用IP-Camera，由控制單元提供網(wǎng)口與之通訊，實現(xiàn)車牌信息識別等。

圖15 IP Camera智能識別車輛牌照

控制單元通過繼電器隔離DO端口控制聚光燈補光，以保證惡劣環(huán)境下對車牌的識別。

1.1.6 顯示信息控制

停車場有顯示需求的信息較多，可采用分屏控制顯示方案。

停車場道閘機處可采用LED點陣屏，如圖16采用RS485接口控制。實現(xiàn)車輛進入歡迎語和牌照信息反饋顯示。

圖16 RS485接口的LED點陣屏幕

HDMI顯示屏，可播放1080P視頻，于停車場內(nèi)立式或掛屏顯示空閑車位、已占用車位數(shù)、可用車位及相應引導信息等。也可播放廣告。

圖17 HDMI接口立式廣告屏引導屏

讀卡發(fā)卡處可采用LVDS顯示操作人機界面，支持USB觸摸屏。顯示刷卡信息、車輛車主等信息、費用記錄扣費信息等。

控制單元提供I2S接口及基本語音處理芯片，可選配功放方案及錄音播放方案。實現(xiàn)語音提示、對講，播報計費通知等。

1.1.7 車位引導控制

可采用超聲波、紅外、地感、接近線圈等傳感器通過控制單元的光耦隔離數(shù)字量輸入DI采集至控制器，實現(xiàn)閘機口處車輛通過識別檢測。

停車場內(nèi)車位空閑數(shù)、自由車位停車情況、固定車位停車情況、可使用的自由車位信息等可通過各個車位的地磁傳感器采集后集中通過RS485總線與控制單元的RS485隔離端口通訊。經(jīng)過控制單元處理以圖形界面的形式于停車場內(nèi)的HDMI引導屏顯示并實時更新。

“視頻車位引導系統(tǒng)”采用圖像處理技術，設計中將車位安裝一個視頻車位檢測終端與一個車位狀態(tài)指示燈合二為一，作為前端采集及檢測設備；兩個車位為一組，共用一個區(qū)域視頻控制器；區(qū)域視頻控制器把采集到的車位信息及車輛信息進行識別，實時驅(qū)動車位指示燈切換至相應的顏色，同時將車牌照片和車位信息通過網(wǎng)絡交換機上傳至應用服務器，更新電子地圖并保存。每個停車場設置一個數(shù)據(jù)服務器，管理本停車場車牌圖像；通道處設置有引導屏，提示空余車位數(shù)，供駕駛者尋找空車位。

圖18 視頻車位引導系統(tǒng)應用

圖19 視頻車位引導工作流程

圖20 視頻車位引導系統(tǒng)架構圖

1.2 智能停車場——安全控制系統(tǒng)

1.2.1 安全檢測

控制單元提供MIPI-CSI攝像頭接口，監(jiān)控攝像頭的模擬接口可通過致遠電子攝像頭轉(zhuǎn)接板與之良好通訊?？刂茊卧С?2G存儲卡擴展，四核版本核心板控制器支持SATA-2硬盤擴展?？蓪崿F(xiàn)大容量存儲監(jiān)控視頻等信息。

Camera-Demo是廣州致遠電子開發(fā)的一款配件板。該板采用ADV7180模擬轉(zhuǎn)數(shù)字解碼方案， 可分時采集四路模擬攝像頭信號，并轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，通過CSI接口連至CPU進行處理。主要用于工控主板CSI攝像頭功能。

圖21 Camera-Demo攝像頭擴展版

1.2.2 報警系統(tǒng)

中心控制單元提供繼電器隔離的DO接口，CPU在接收到危險信息時觸發(fā)開啟報警系統(tǒng)如報警指示燈、警鈴。此外控制單元提供I2S接口的錄音播放功能可實現(xiàn)語音報警提示，在事故時能夠提醒習慣人員。

在停車場突發(fā)安全事故時，控制單元采集到危險信息后，迅速將實時處理的信息通過USB、SD、SATA等備份至存儲中，或聯(lián)網(wǎng)備份。標配的龍尚U9501P 4G無線模塊第一時間將危險信息上報至停車場管理處。

1.2.3 通信管理

采用M6708-T核心板的控制單元可實現(xiàn)有線通信：如網(wǎng)絡、RS232、RS485、CANbus、DI/DO等形式通信?？膳渲弥逻h電子IoT-3968作為其網(wǎng)關設備。

ZLG致遠電子為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領域推出了智能無線網(wǎng)關IoT-3968L，以ARM9為核心，采用兩路MiniPCIE接口設計，并提供多種可選配的無線接口模塊（采用MiniPCIE接口設計，包括Wi-Fi、ZigBee、LoRa、GPRS、2G/3G/4G等），方便客戶快速搭建合適自身行業(yè)的智能物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關產(chǎn)品。

圖22 IoT-3968L智能無線網(wǎng)關

同樣，該控制單元亦可實現(xiàn)多種形式的無線通信：如藍牙（貼片郵票孔）、4G（miniPCIe）、WIFI（miniPCIe）、LoRa（miniPCIe）、ZigBee（miniPCIe可選）、GPRS（miniPCIe可選）、北斗/GPS（貼片郵票孔可選）。實現(xiàn)遠程遙控各設備，識別監(jiān)控車輛車位，集中管理等功能。

ZM516X系列ZigBee無線模塊是廣州致遠電子基于NXP JN5168芯片開發(fā)的低功耗、高性能型ZigBee模塊，它提供一個完整的基于IEEE802.15.4標準ISM（2.4-2.5GHz）頻段的應用集成方案。支持FastZigBee、ZNET、JenNet-IP、ZigBee-PRO、RF4CE等協(xié)議，可快速應用于工業(yè)控制、工業(yè)數(shù)據(jù)采集、農(nóng)業(yè)控制、礦區(qū)人員定位、智能家居，智能遙控器等場合。

圖23 ZM516X系列ZigBee無線模塊

PCIE-SIM800G是廣州致遠電子股份有限公司推出的一款工業(yè)級GPRS模塊，該模塊采用SIMCom公司SIM800G設計，模塊尺寸小巧，可滿足物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集或消費電子和工業(yè)控制等應用。

圖24 SIM800G工業(yè)級GPRS模塊

控制單元增加ESAM通訊加密方案，確保通信安全。

1.2.4 系統(tǒng)維持

控制系統(tǒng)支持有線或無線系統(tǒng)升級、遠程監(jiān)控等功能，以確保軟件設施的可維護性。

提供完善的UPS電源方案，在占用極低的PCB面積情況下實現(xiàn)掉電檢測、15s掉電續(xù)航等維持系統(tǒng)的應急預案。

圖25 控制單元UPS電源

1.3 智能停車場——用戶管理系統(tǒng)

1.3.1 用戶管理

用戶管理系統(tǒng)軟件可實現(xiàn)信息存儲、加密，用戶信息的安全管理。管理系統(tǒng)已做好用戶分類及權限查詢，實現(xiàn)用戶信息分類。

停車場車位智能管理系統(tǒng)節(jié)點（節(jié)點包括：無線停車地磁、無線超聲波感應器、無線停車鎖）無線傳輸部分采用LoRa無線模塊ZM470SX-M / ZM433SX-M。由于以上幾個產(chǎn)品應用環(huán)境的特殊性，ZLG致遠電子還為客戶提供各種天線布局方面的協(xié)助服務，為客戶縮短研發(fā)周期、提升產(chǎn)品整體競爭力提供有效的保證。

圖26 LoRa無線模塊ZM470SX-M在智慧停車產(chǎn)品中的應用

此外管理系統(tǒng)也為管理員開設管理權限，后臺操作權限等使用支持。

1.3.2 收費計費

系統(tǒng)軟件支持多種計費模式及計費管理。可實現(xiàn)計費收費的標準化。

控制單元可配備 ZLG 致遠電子的微型打印機，通過串口控制崗亭或智能刷卡機的票據(jù)打印功能。

ZYTP58-II是廣州周立功單片機科技有限公司推出的一款熱敏微打控制模塊。此模塊兼容58mm常用機芯，支持寬壓打印，過溫保護，缺紙檢測等功能。串口指令控制，操作簡單，縮短用戶開發(fā)周期，加快產(chǎn)品上市，是熱敏打印機機芯驅(qū)動的首選。

系統(tǒng)通過打印機支持紙票方式，降低丟卡損失：臨時停車用戶在入口按鍵，系統(tǒng)即自動打印票據(jù)，停車者持紙票即可進行停車定位、反向查詢及繳費，并支持在出口實現(xiàn)自動回收。并提供采集打印用紙不足、臨時卡存量不足等信息。

圖27 ZYTP58-II 第二代微打控制模塊

1.4 智能停車場——后臺數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

1.4.1 數(shù)據(jù)中心主機

固件及應用程序支持信息存儲、運算， 服務器后臺建立數(shù)據(jù)的存儲管理中心。 可實現(xiàn)各級別各對象通信交互， 整個系統(tǒng)的權限管理。 數(shù)據(jù)中心主機系統(tǒng)及其子系統(tǒng)具有可維護性，可升級性，環(huán)境可靠性。

強大的后臺數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)可實時備份使用中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，通過APP或微信公眾號等平臺為客戶實時提供數(shù)據(jù)支持。

1.5 智能停車場——一體化系統(tǒng)解決方案

未來的全視頻智能停車場將作為一個停車問題的綜合解決方案，在集成停車場系統(tǒng)資源方面有著卓越的優(yōu)勢，實現(xiàn)從車輛快速進場、快速停車，再到車主返回車場時快速找車、快速繳費等一系列完整的、全自動化的功能。從而有效解決包括商場、機場等公共場所在內(nèi)的停車場由于車流量大造成的停車慢、繳費慢、停車難、找車難等社會問題，將停車場的資源最優(yōu)化。

1.5.1 產(chǎn)品失效分析

對于廣大車主來說，產(chǎn)品安全已經(jīng)越來越受到用戶青睞。在滿足基本功能需求的前提下，對于系統(tǒng)的高可靠性、高可維護性和應急預案等逐漸關注。產(chǎn)品質(zhì)量是企業(yè)的生命線，失效分析不僅可以提升質(zhì)量，同時為企業(yè)技術開發(fā)、技術改造提供了可用信息，可極大豐富產(chǎn)品的技術含量和客戶滿意度。

表1 產(chǎn)品功能失效分析

1.5.2 環(huán)境適應性

停車場各設備通過致遠電子EMC實驗室、安規(guī)實驗室、環(huán)境實驗室等實際模擬惡劣應用狀況試驗。各分立器件均可達到EMC最低工業(yè)三級標準，有良好的靜電抗性、雷擊浪涌抗性、電瞬變?nèi)好}沖抗性、以及極低的EMI傳導騷擾情況；具有-40℃~+85℃的工業(yè)級環(huán)境適應性。為整套系統(tǒng)的可靠性安全穩(wěn)定提供切實保障。