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簡易露天停車場系統
第十二屆盛群盃HOLTEK MCU創意大賽複賽報告

【作者: 共同執筆】   2018年08月14日 星期二

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摘要

對於開車族來說,尋找停車位的過程往往需要耐心與運氣。常常是進了停車場後,看到空的車位卻慢了一步,而有「來得早,不如來得巧」的遺憾。為了讓尋找車位更有效率,本文從加強與駕駛人的互動著手,針對停車場車位做更有效率的車位管理。


整體設計主要包含一個超音波感測器,一個車位指示LED燈,與一個WiFi無線模組。當車子停入或駛出車位時,會觸發超音波感應器,所感測到的車位訊息則會透過WiFi無線模組通知中央監控的車位管理軟體。再由中央監控的車位管理軟體將統整後的資料傳送給相關的車位感測模組與模組化車位資訊立柱來做視覺化的呈現,以達到強化與駕駛人互動的智慧式停車指示。


利用自行開發的車位感測模組與模組化車位資訊立柱,搭配中央監控的車位管理軟體,輔以手機應用軟體的協助,以低廉且迅速的方式建置一個可適用於室內或戶外的停車場車位管理系統,同時將車場資訊、各車位使用狀況、尋車指引等功能,利用盛群半導體(Holtek)股份有限公司所出產的MCU HT32F52352 64LQFP,與各外接硬體搭配並對資料做迅速的反應,達到快速組裝、效果顯著、智慧指引的設計目的。


1.前言

1.1創作動機


目前市場上亦已有一些尋車導引相關系統。如華創公司研替之”安心停”:此APP利用Google API顯示地圖、使用者位置、以及停車費用(TWD/h)。使用者可以在停車後利用照相方式記錄車位號碼、樓層區域或進行錄音來記下停車位置。此APP缺點是需要使用者手動記錄,且沒有引導至具體停車位置的功能如圖二所示。而“北市好停車APP”:此APP可在特定區域範圍內使用,除了顯示停車位資訊外,其中一項功能為尋車指引。這項功能允許使用者掃描停車位之QR code,依此記錄停車位置,再顯示一個平面地圖標示位置。但此APP的缺點是只能在特定範圍使用,需使用者手動掃描,並不設有導航至停車位置的功能如圖三所示。最後還有“Mobuy”:此APP系統允許使用者透過QR code、悠遊卡/停管卡、車牌查詢以及車格查詢停車位置。此系統透過影像處理辨識車牌與顯示車格狀態,且有?室內beacon導航。唯此系統之架設(攝像機)需耗費大量經費。


而目前市面上的停車管理系統,多為在出入口,或各樓層出入口做流量管制,使用者僅可知道各樓層停車狀況,卻無法知道空位的位置。少部分較有效率的停車管理系統,會利用在車位地板下裝壓力感應器,或是在車位兩側或頂端裝設紅外線或超音波的感應器,再將感應器的線路鋪設至機房或管理室等,以知道空位的位置。這種固定式的硬體配線架構不僅建置成本高,而且一旦車位配置有更改時也不易隨著更動。


促使我們想利用自行開發的車位感測模組與模組化車位資訊立柱,搭配中央監控的車位管理軟體,輔以手機應用軟體的協助,以低廉且迅速的方式建置一個可適用於室內或戶外的停車場車位管理系統。


1.2創作目的


從實用度的角度上來看,這個架構的好處是每一個車位在配置時,僅需提供車位上方車位感測模組的電源即可。而電源供應的方式可視停車場的性質來動態調整,例如,室內停車場可利用原有的照明電源,而戶外停車場可利用電池或太陽能供電。


一般而言,停車場的停車位數目會因不同的場地配置而有所不同,要解決這種因不同停車場條件所衍生的硬體成本問題,模組化設計是一個有效的方法,因此我們提出這個停車系統設計。


另外,駕駛人經常會碰到下列的狀況 : 車位指示燈顯示有空餘車位,當駕駛開車進入停車場域後,車位卻已被其他駕駛人使用。主要的原因是目前在車道上流動的車輛訊息並沒有被估算進來,所以才會有這種資訊傳遞上的誤差。為了解決這個問題,我們亦可以在車位資訊立柱上的適當位置安裝兩個UL模組來幫助判斷是否有進入或離開車道的車輛,並即時做一個簡單的估算目前有效的停車位數目,則未來可用於防止因行人通過車位資訊立柱時所造成的錯誤判斷。。


2.工作原理

2.1系統架構


圖1為簡化的示意架構圖。我們將就車位感測模組與可模組化車位資訊立柱的設計做進一步說明。



圖1 : 硬體系統架構圖
圖1 : 硬體系統架構圖


本停車場中控系統主要的功能有資料儲存、建結構圖、立柱資訊更新和尋車指引系統。資料儲存包含車格資訊(車位編號、是否有車)和停車用戶資訊(藍牙資訊和用戶資訊),其中藍牙資訊為便於尋車指引系統登記故須儲存。


2.2工作原理及功能


(1)車位偵測及顯示模組


車位感測模組的架構如圖2所示。它包含一個微控制器(MCU),一個超音波(UL)模組,與一個WiFi無線模組。另外,還有一個配合尋車系統使用的高流明燈(Spot light),非尋車系統使用時間則用做為空位指示,以綠燈表示空位,車格有車停入則做熄燈動作,而模組化之車位資訊立柱則是改為車位指示燈,提供該區車位的停放狀態。


UL模組會將最新的車位資訊傳給MCU,然後MCU透過WiFi模組將資料傳送到中央監控的車位管理軟體。如有尋車服務的需求,車位管理軟體會透過WiFi將訊息傳送給相關的車位感測模組,再由模組的MCU控制Spot light來通知車主其愛車的位置。



圖2 : 車位感測模組架構圖
圖2 : 車位感測模組架構圖


每一個車道出入口會有一個模組化車位資訊立柱,提供駕駛人更多的停車指示。車位資訊立柱的功能有 :


1.車輛行駛方向建議 (LED指示燈)


2.智慧型估算及顯示有效停車空位 (7-segments)


3.視覺化目前車位停放狀況 (LED segments矩陣)



(2)尋車指引系統之手機尋車導引


尋車導引登記部分,將由掃描QR code 完成。每一個停車格將各別擁有記載其位置的QR code,使用者掃描後,系統將把位置資訊記錄下來。如圖3所示為停車位置登記的流程圖,在登記系統被初始化後,使用者將掃描QR code。接著系統將判斷是否已有登記紀錄。若有登記紀錄,則先把舊紀錄清除掉,若無,則直接紀錄停車位置。最後,系統將通知主控台登記信息。



圖3 : 尋車導引登記流程圖
圖3 : 尋車導引登記流程圖


(3)尋車指引系統之燈具尋車導引


燈具導引功能流程圖如圖4所示,燈具尋車導引為在使用者透過手機尋車指引掃描QR code後,主控台將分配顏色予使用者,並將對應停車位置上方的燈具顏色改變,藉此讓使用者得以快速找到停車位置。下圖所示為燈具尋車導引之流程圖。若使用者有停車記錄,則下載使用者停車位置資料,再掃描QR code。此時主控台將分配燈具顏色給使用者,將對應車位上方的燈具顏色改變,接?把顏色傳給使用者手機端。之後將進入尋車導引部分,影像處理端將判定使用者是否已將車子開走,若還沒將車子開走,則繼續進行尋車引導;若車已開走,則通知主控台關閉燈具並結束尋車程式。



圖4 : 燈具尋車導引功能
圖4 : 燈具尋車導引功能


(4)系統整合中控平台


為整合上述之車位偵測、車道資訊顯示立柱、以及尋車導引等功能虞一智慧化停車場系統,本計畫將建立一系統整合中控平台,以建立個軟/硬體的整合控制系統。系統開啟時須先建立結構圖方能得知此停車場底下全部的裝置資訊,主要的裝置包含車位感測模組、車位資訊立柱、各車位被APP偵測到的WiFi模組之IP位址,以上這些資訊結構都建立完成,系統才能正確無誤地運作。因此,本系統先對以上感測模組、車位資訊立柱和藍牙模組進行編號動作,透過此編號名稱,主控台可以清楚得知車位感測模組屬於哪一個車道的車位資訊立柱底下的模組,並建立車位資訊立柱中個車位顯示LED燈管與對應的車位感測模組之編號關係,車位感測模組亦將分配一QR code使用戶使用尋車指引登記系統時,可通過手機APP紀錄所停車位之QR Code並據此而成為稍後尋車的依據。


系統初始階段,每個裝置將按車道及車格位置依序和主控台連線,傳輸裝置編號及所對應之QR Code至主控台,主控台可得知裝置的編號和IP位址,QR Code由使用者停車登記時紀錄,結構圖也在此階段建立完成。


2.3 HOLTEK MCU 主要核心功能

架構中,我們使用三顆HOLTEK MCU ─ HT32F52352作為核心,使用的功能有:驅動WiFi模組ESP8266作為傳遞資料媒介、超音波感測器HC-SR04作為車格之車位感測、與上述感測器所得之資料對應處理,以下分為一章節將一一細述。


3.作品架構

3.1 Server


程式架構與功能架構


圖5為系統架構圖,由圖可知車格裝置的初始、狀態變更都會經過立柱再傳至Server端,Server端再更新資料庫;APP可以查詢剩餘車位數量、掃描QRCode、發送尋車要求給Server,



圖5 : 系統架構圖
圖5 : 系統架構圖

功能和程式流程條列如下:


Server端使用TCP/IP Socket作為通訊傳輸界面,當要求進來時利用JSON解析該要求,依據要求類型可分為底下1-4。


1.裝置加入


立柱/車格


裝置加入:立柱和車格會有狀態燈顯示



圖6 : 裝置加入
圖6 : 裝置加入

2.車格狀態更新


狀態更新,車格狀態燈(Green<->無燈)



圖7 : 狀態更新
圖7 : 狀態更新

3. 尋車指引



圖8 : 尋車指引
圖8 : 尋車指引

4. 尋車階段(TimeOut)



圖9 : 尋車TimeOut
圖9 : 尋車TimeOut


5. 裝置刪除


裝置刪除於GUI上選擇裝置類型和輸入裝置ID後,即可傳送刪除訊號至立柱端。



圖10 : 裝置刪除
圖10 : 裝置刪除

4.測試方法

4.1立柱與車格端測試

在同一個區網內,用Android市集的TCP server & TCP Telnet Terminal軟體模擬中控端server ,檢查立柱端傳給Server的資料或是來自Server要傳給立柱的命令是否正確。


立柱->Server


測試資料:新增裝置


測試結果:


圖11 : 新增裝置測試結果
圖11 : 新增裝置測試結果


測試資料:狀態更新


測試結果:


圖12 : 狀態更新測試結果
圖12 : 狀態更新測試結果


立柱->車格


測試資料:尋車要求


測試結果:



圖13 : 尋車要求測試結果
圖13 : 尋車要求測試結果

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

圖15 : (左)APP尋車指引;(右)尋車示意圖(顏色、PillarID)
圖15 : (左)APP尋車指引;(右)尋車示意圖(顏色、PillarID)

(本文作者為逢甲大學王壘教授、趙皎鍰、蔡柏慶、陳昱任、張高健)


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