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简易露天停车场系统
第十二届盛群杯HOLTEK MCU创意大赛复赛报告

【作者: 共同執筆】2018年08月14日 星期二

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摘要

对於开车族来说,寻找停车位的过程往往需要耐心与运气。常常是进了停车场後,看到空的车位却慢了一步,而有「来得早,不如来得巧」的遗憾。为了让寻找车位更有效率,本文从加强与驾驶人的互动着手,针对停车场车位做更有效率的车位管理。


整体设计主要包含一个超音波感测器,一个车位指示LED灯,与一个WiFi无线模组。当车子停入或驶出车位时,会触发超音波感应器,所感测到的车位讯息则会透过WiFi无线模组通知中央监控的车位管理软体。再由中央监控的车位管理软体将统整後的资料传送给相关的车位感测模组与模组化车位资讯立柱来做视觉化的呈现,以达到强化与驾驶人互动的智慧式停车指示。


利用自行开发的车位感测模组与模组化车位资讯立柱,搭配中央监控的车位管理软体,辅以手机应用软体的协助,以低廉且迅速的方式建置一个可适用於室内或户外的停车场车位管理系统,同时将车场资讯、各车位使用状况、寻车指引等功能,利用盛群半导体(Holtek)股份有限公司所出产的MCU HT32F52352 64LQFP,与各外接硬体搭配并对资料做迅速的反应,达到快速组装、效果显着、智慧指引的设计目的。


1.前言

1.1创作动机


目前市场上亦已有一些寻车导引相关系统。如华创公司研替之”安心停”:此APP利用Google API显示地图、使用者位置、以及停车费用(TWD/h)。使用者可以在停车後利用照相方式记录车位号码、楼层区域或进行录音来记下停车位置。此APP缺点是需要使用者手动记录,且没有引导至具体停车位置的功能如图二所示。而“北市好停车APP”:此APP可在特定区域范围内使用,除了显示停车位资讯外,其中一项功能为寻车指引。这项功能允许使用者扫描停车位之QR code,依此记录停车位置,再显示一个平面地图标示位置。但此APP的缺点是只能在特定范围使用,需使用者手动扫描,并不设有导航至停车位置的功能如图三所示。最後还有“Mobuy”:此APP系统允许使用者透过QR code、悠游卡/停管卡、车牌查询以及车格查询停车位置。此系统透过影像处理辨识车牌与显示车格状态,且有?室内beacon导航。唯此系统之架设(摄像机)需耗费大量经费。


而目前市面上的停车管理系统,多为在出入囗,或各楼层出入囗做流量管制,使用者仅可知道各楼层停车状况,却无法知道空位的位置。少部分较有效率的停车管理系统,会利用在车位地板下装压力感应器,或是在车位两侧或顶端装设红外线或超音波的感应器,再将感应器的线路铺设至机房或管理室等,以知道空位的位置。这种固定式的硬体配线架构不仅建置成本高,而且一旦车位配置有更改时也不易随着更动。


促使我们想利用自行开发的车位感测模组与模组化车位资讯立柱,搭配中央监控的车位管理软体,辅以手机应用软体的协助,以低廉且迅速的方式建置一个可适用於室内或户外的停车场车位管理系统。


1.2创作目的


从实用度的角度上来看,这个架构的好处是每一个车位在配置时,仅需提供车位上方车位感测模组的电源即可。而电源供应的方式可视停车场的性质来动态调整,例如,室内停车场可利用原有的照明电源,而户外停车场可利用电池或太阳能供电。


一般而言,停车场的停车位数目会因不同的场地配置而有所不同,要解决这种因不同停车场条件所衍生的硬体成本问题,模组化设计是一个有效的方法,因此我们提出这个停车系统设计。


另外,驾驶人经常会碰到下列的状况 : 车位指示灯显示有空馀车位,当驾驶开车进入停车场域後,车位却已被其他驾驶人使用。主要的原因是目前在车道上流动的车辆讯息并没有被估算进来,所以才会有这种资讯传递上的误差。为了解决这个问题,我们亦可以在车位资讯立柱上的适当位置安装两个UL模组来帮助判断是否有进入或离开车道的车辆,并即时做一个简单的估算目前有效的停车位数目,则未来可用於防止因行人通过车位资讯立柱时所造成的错误判断。。


2.工作原理

2.1系统架构


图1为简化的示意架构图。我们将就车位感测模组与可模组化车位资讯立柱的设计做进一步说明。



图1 : 硬体系统架构图
图1 : 硬体系统架构图


本停车场中控系统主要的功能有资料储存、建结构图、立柱资讯更新和寻车指引系统。资料储存包含车格资讯(车位编号、是否有车)和停车用户资讯(蓝牙资讯和用户资讯),其中蓝牙资讯为便於寻车指引系统登记故须储存。


2.2工作原理及功能


(1)车位侦测及显示模组


车位感测模组的架构如图2所示。它包含一个微控制器(MCU),一个超音波(UL)模组,与一个WiFi无线模组。另外,还有一个配合寻车系统使用的高流明灯(Spot light),非寻车系统使用时间则用做为空位指示,以绿灯表示空位,车格有车停入则做熄灯动作,而模组化之车位资讯立柱则是改为车位指示灯,提供该区车位的停放状态。


UL模组会将最新的车位资讯传给MCU,然後MCU透过WiFi模组将资料传送到中央监控的车位管理软体。如有寻车服务的需求,车位管理软体会透过WiFi将讯息传送给相关的车位感测模组,再由模组的MCU控制Spot light来通知车主其爱车的位置。



图2 : 车位感测模组架构图
图2 : 车位感测模组架构图


每一个车道出入囗会有一个模组化车位资讯立柱,提供驾驶人更多的停车指示。车位资讯立柱的功能有 :


1.车辆行驶方向建议 (LED指示灯)


2.智慧型估算及显示有效停车空位 (7-segments)


3.视觉化目前车位停放状况


(LED segments矩阵)



(2)寻车指引系统之手机寻车导引


寻车导引登记部分,将由扫描QR code 完成。每一个停车格将各别拥有记载其位置的QR code,使用者扫描後,系统将把位置资讯记录下来。如图3所示为停车位置登记的流程图,在登记系统被初始化後,使用者将扫描QR code。接着系统将判断是否已有登记纪录。若有登记纪录,则先把旧纪录清除掉,若无,则直接纪录停车位置。最後,系统将通知主控台登记信息。



图3 : 寻车导引登记流程图
图3 : 寻车导引登记流程图


(3)寻车指引系统之灯具寻车导引


灯具导引功能流程图如图4所示,灯具寻车导引为在使用者透过手机寻车指引扫描QR code後,主控台将分配颜色予使用者,并将对应停车位置上方的灯具颜色改变,藉此让使用者得以快速找到停车位置。下图所示为灯具寻车导引之流程图。若使用者有停车记录,则下载使用者停车位置资料,再扫描QR code。此时主控台将分配灯具颜色给使用者,将对应车位上方的灯具颜色改变,接?把颜色传给使用者手机端。之後将进入寻车导引部分,影像处理端将判定使用者是否已将车子开走,若还没将车子开走,则继续进行寻车引导;若车已开走,则通知主控台关闭灯具并结束寻车程式。



图4 : 灯具寻车导引功能
图4 : 灯具寻车导引功能


(4)系统整合中控平台


为整合上述之车位侦测、车道资讯显示立柱、以及寻车导引等功能虞一智慧化停车场系统,本计画将建立一系统整合中控平台,以建立个软/硬体的整合控制系统。系统开启时须先建立结构图方能得知此停车场底下全部的装置资讯,主要的装置包含车位感测模组、车位资讯立柱、各车位被APP侦测到的WiFi模组之IP位址,以上这些资讯结构都建立完成,系统才能正确无误地运作。因此,本系统先对以上感测模组、车位资讯立柱和蓝牙模组进行编号动作,透过此编号名称,主控台可以清楚得知车位感测模组属於哪一个车道的车位资讯立柱底下的模组,并建立车位资讯立柱中个车位显示LED灯管与对应的车位感测模组之编号关系,车位感测模组亦将分配一QR code使用户使用寻车指引登记系统时,可通过手机APP纪录所停车位之QR Code并据此而成为稍後寻车的依据。


系统初始阶段,每个装置将按车道及车格位置依序和主控台连线,传输装置编号及所对应之QR Code至主控台,主控台可得知装置的编号和IP位址,QR Code由使用者停车登记时纪录,结构图也在此阶段建立完成。


2.3 HOLTEK MCU 主要核心功能

架构中,我们使用三颗HOLTEK MCU ━ HT32F52352作为核心,使用的功能有:驱动WiFi模组ESP8266作为传递资料媒介、超音波感测器HC-SR04作为车格之车位感测、与上述感测器所得之资料对应处理,以下分为一章节将一一细述。


3.作品架构

3.1 Server


程式架构与功能架构


图5为系统架构图,由图可知车格装置的初始、状态变更都会经过立柱再传至Server端,Server端再更新资料库;APP可以查询剩馀车位数量、扫描QRCode、发送寻车要求给Server,



图5 : 系统架构图
图5 : 系统架构图

功能和程式流程条列如下:


Server端使用TCP/IP Socket作为通讯传输界面,当要求进来时利用JSON解析该要求,依据要求类型可分为底下1-4。


1.装置加入


立柱/车格


装置加入:立柱和车格会有状态灯显示



图6 : 装置加入
图6 : 装置加入

2.车格状态更新


状态更新,车格状态灯(Green<->无灯)



图7 : 状态更新
图7 : 状态更新

3. 寻车指引



图8 : 寻车指引
图8 : 寻车指引

4. 寻车阶段(TimeOut)



图9 : 寻车TimeOut
图9 : 寻车TimeOut


5. 装置删除


装置删除於GUI上选择装置类型和输入装置ID後,即可传送删除讯号至立柱端。



图10 : 装置删除
图10 : 装置删除

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4.测试方法

4.1立柱与车格端测试

在同一个区网内,用Android市集的TCP server & TCP Telnet Terminal软体模拟中控端server ,检查立柱端传给Server的资料或是来自Server要传给立柱的命令是否正确。


立柱->Server


测试资料:新增装置


测试结果:


图11 : 新增装置测试结果
图11 : 新增装置测试结果


测试资料:状态更新


测试结果:


图12 : 状态更新测试结果
图12 : 状态更新测试结果


立柱->车格


测试资料:寻车要求


测试结果:



图13 : 寻车要求测试结果
图13 : 寻车要求测试结果

图14 : (左)APP初始介面;(右)APP QRCode
图14 : (左)APP初始介面;(右)APP QRCode

图15 : (左)APP寻车指引;(右)寻车示意图(颜色、PillarID)
图15 : (左)APP寻车指引;(右)寻车示意图(颜色、PillarID)

(本文作者为逢甲大学王垒教授、赵皎锾、蔡柏厌、陈昱任、张高健)


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