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智能停车场系统设计方案

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随着社会的进步和发展,城市由于交通工具的增加造成的交通拥挤甚至混乱给人们的生活带来极大的不便,如图1所示车主遇到的困难主要有以下几方面:

图1  传统停车管理弊端

停车管理为解决车主的顾虑,在小区、商业大厦等公共场所搭建智能化停车管理平台,以达到停车用户进出方便、快捷、安全的目的,最终实现信息化,有效化,稳定化管理的目的。

 

图2  智能停车预实现目的

整体解决方案搭建过程主要包括图3所示出入口控制、安全监控、用户管理、后台数据管理四大组成部分,接下来简要介绍其中几种搭建方案。

 

图3  智能停车场整体方案设计

1.1智能停车场——车辆出入控制系统 致远电子采用FreescaleI.MX6系列的双核/四核Cortex-A9处理器的M6708-T系列核心板具体应用方案如图4所示,其中是涉及到的摄像头、显示屏幕、语音播放、闸机控制,以及车位管理、车辆引导、计费加密、人机交互等均可通过M6708-T系列核心板进行整体控制。实际应用接口与产品实物图可参考图5进行设计。

 

图4  免取卡视频出入口系统应用

 

图5  M6708-T核心板智能停车行业系统基本应用接口图示

 

 

1.1.1采用M6708-T系列核心板优势 1.视频流处理能力强 l车流量多时,容易出现前车遮挡住后车车牌的情况,通过视频车牌识别,选择视频流中车牌未被遮挡时的图片进行车牌识别,得到最佳车牌。 l通过视频流选择合适车牌图片进行识别,避免抓拍点拍摄的车辆图片车牌过大或过小导致车牌无法识别的情况。 l复杂环境中(如夜晚),通过对视频流多帧图片分析,选择效果较好图片进行识别,得到最佳车牌、车位信息。

2.专用液晶显示屏接口,音视频处理性能优越 lM6708-T系列核心板硬件定位为支持多媒体、音视频流处理功能,对图像处理与识别支持1080p解码、处理器后台3D加速等。 l液晶显示、视频流处理,音频输出同时进行,互不影响。 l液晶显示多通道稳定输出,简单双核版本支持同时输出双路视频源;四核版本支持三路视频源。实现车位引导、人机交互、广告屏等多媒体功能并存。 3.大容量存储及扩展支持多种存储及应用 l4GB板载存储轻松实现多种收费软件:出入口收费、中央收费、自助缴费机收费,移动端缴费以及车牌识别软件的存储、烧录。 l32GB内存卡扩展、SATA2.0硬盘扩展,大容量支持文件备份、监控保存、广告机影音收录。 4.同时支持4G、千兆以太网数据传输 l4G无线接口,千兆以太网接口支持双网冗余,在网络中断时也可确保系统正常运行通讯。控制单元采用IoT-3968扩展网关,更大程度的利用网络资源。 5.同时支持有线、无线数据传输 l有线数据传输支持:RS232、RS485、CANbus、千兆以太网、百兆以太网、DI、DO、USB-Host、SATA-2.0等。 l无线数据传输支持:4G/3G、GPRS、蓝牙、WIFI、RFID、ZigBee、LoRa、GPS、北斗定位等。分为板载模块及天线、miniPCIe接口及天线两类应用形式。

1.1.2自动道闸控制 “免取卡视频出入口系统”是车辆到达入口,进入视频识别范围或地感线圈检测到信号后,触发卡口主辅摄像机进行拍照,视频车牌识别软件通过视频流自动识别车牌号码,视频流识别是对视频流中的所有图片进行快速分析,并智能选择最佳图片进行识别,将识别出的多个车牌号进行最佳筛选,选出最佳结果作为识别结果。同时,将数据通过有线或无线两种形式上传至控制中心,道闸自动升起,司机开车入场,进场后道闸自动关闭,收费管理系统中该车辆的停车计时开始。 如图6左侧系统架构图所示,系统架构图中的控制单元部分可以采用FreescaleI.MX6 系列的双核/四核Cortex-A9处理器的核心板进行整体控制。道闸机实物如图6右图所示。  

图6  视频出入口系统架构图及产品效果图

道闸起落杆由控制单元的继电器隔离输出端口DO实现正反转起落控制。起落杆高低限位信号由光耦隔离输入端口DI采集并送交控制器处理。 当道闸突发故障或处于事故中时,可采取自动切换手动方式控制。可利用WIFI模块、蓝牙模块实现工作人员的无线控制。 PCIE-WIFI是广州致远电子精心推出的一款工业级Wifi模块,如图7该模块采用了正基科技有限公司ZW6201设计,可满足数据采集或更高水平用户互动的消费电子和工业控制应用。

 

图7  PCIE-ZW6201 WIFI模块

ZLG9021P0-1是一款低成本、低功耗、小尺寸的蓝牙4.0 BLE模块,该模块采用半孔工艺将I/O引出,帮助客户绕过繁琐的射频硬件设计、开发与生产,加快产品上市。完善的软件开发平台可满足快速开发需求,减少软件投入,缩短开发周期。该模块方便迅速桥接电子产品和智能移动设备,可广泛应用于有此需求的各种电子设备。

 

图8  ZLG9021P0-1 蓝牙模块

自动道闸支持电机离合,断电手动快速操作,来电自动复位。闸杆遇阻返回功能。线控遥控可选;可选配低温自动加温电路。

 

 

1.1.3读卡发卡控制 可分为接触式和非接触式两类方案。 可采用ZLG600系列读卡模块方案。ZLG600A系列RFID读写卡模块是基于复旦微平台开发的13.56MHz读写卡模块。此系列符合ISO14443、ISO7816标准,支持Mifare卡、CPU卡和接触式SAM卡的操作。用户无需了解底层寄存器,几条简单的串口命令即可实现RFID读写卡功能。可方便快捷地将接触式/非接触式IC卡技术融入到产品中。

 

图9  ZLG600集成电路卡读写器

对于非接触式读卡发卡方案,在车辆距道闸机2m~50m范围内,通过控制单元所带有的蓝牙无线模块实现非接触式读卡。道闸机集成发卡机装置,可实现升级、充值、查询、发放停车卡等配套功能。

1.1.4车位检测控制 如何解决城市车辆通行与车辆停放是解决城市交通问题的两大重要课题,拓展和挖掘城市的停车资源,解决停车问题,并建立静态停车与动态交通相结合的智能交通管理系统是当代交通管理的必然趋势,目前各省市也在加快路边占道停车和商业停车场的智能化改造,实现停车场车位智能管理,动态有效地提升车位管理效率。 停车场车位检测控制亦可通过有线与无线两种方案实现。 通过车位地磁传感器,检测车辆位置。信息可通过RS485或CANbus总线接入控制单元做中心控制管理。

 

图10  地磁停车系统模拟图

 

图11  地磁停车系统架构图

车位路口带有指示灯,指示当前车辆位置和通行状态。 在停车场车位智能管理系统中,地磁车位检测器、智能车位锁在信息传输方面布线都非常困难,无线传输是占绝对优势的解决方案,甚至目前很多有线的超声波车位检测器也逐步采用无线替代,实现系统归一化,而在无线传输方面,LoRa方案在该领域又具备了更多的优点: l无线通讯,有效解决户外停车场施工布线、安装维护不便等问题,具有安装及维护简便、施工免布线、节约施工成本、缩减施工周期等优点; lLoRa无线扩频技术,具备-148dBm的接收灵敏度,通讯距离可以达到8km,大大减少网关数量和施工成本; lLoRa采用ISM频段无线通信技术,在实际应用中,地磁/车位锁安装方法、车辆底盘都会对无线通讯产生很强的干扰作用,融合了数字扩频、数字信号处理和前向纠错编码,有效保证无线通讯稳定可靠和抗干扰能力。 l超低功耗设计,采用电池供电使用寿命可长达3~5年。

 

图12  LoRa无线模块ZM470SX-M在智慧停车产品中的应用实例

控制单元可使用致远电子LoRa模块做中心主机,同各车位安置的从机实时通讯。

 

图13  LoRa无线模块在路边停车中的应用

 

图14  LoRa无线模块在停车场车位管理中的应用

1.1.5车牌检测识别 车牌检测识别可选用IP-Camera,由控制单元提供网口与之通讯,实现车牌信息识别等。

 

图15  IP Camera智能识别车辆牌照

控制单元通过继电器隔离DO端口控制聚光灯补光,以保证恶劣环境下对车牌的识别。

 

 

1.1.6显示信息控制 停车场有显示需求的信息较多,可采用分屏控制显示方案。 停车场道闸机处可采用LED点阵屏,如图16采用RS485接口控制。实现车辆进入欢迎语和牌照信息反馈显示。

 

图16  RS485接口的LED点阵屏幕

HDMI显示屏,可播放1080P视频,于停车场内立式或挂屏显示空闲车位、已占用车位数、可用车位及相应引导信息等。也可播放广告。

 

图17  HDMI接口立式广告屏引导屏

读卡发卡处可采用LVDS显示操作人机界面,支持USB触摸屏。显示刷卡信息、车辆车主等信息、费用记录扣费信息等。 控制单元提供I2S接口及基本语音处理芯片,可选配功放方案及录音播放方案。实现语音提示、对讲,播报计费通知等。

1.1.7车位引导控制 可采用超声波、红外、地感、接近线圈等传感器通过控制单元的光耦隔离数字量输入DI采集至控制器,实现闸机口处车辆通过识别检测。 停车场内车位空闲数、自由车位停车情况、固定车位停车情况、可使用的自由车位信息等可通过各个车位的地磁传感器采集后集中通过RS485总线与控制单元的RS485隔离端口通讯。经过控制单元处理以图形界面的形式于停车场内的HDMI引导屏显示并实时更新。 “视频车位引导系统”采用图像处理技术,设计中将车位安装一个视频车位检测终端与一个车位状态指示灯合二为一,作为前端采集及检测设备;两个车位为一组,共用一个区域视频控制器;区域视频控制器把采集到的车位信息及车辆信息进行识别,实时驱动车位指示灯切换至相应的颜色,同时将车牌照片和车位信息通过网络交换机上传至应用服务器,更新电子地图并保存。每个停车场设置一个数据服务器,管理本停车场车牌图像;通道处设置有引导屏,提示空余车位数,供驾驶者寻找空车位。

 

图18  视频车位引导系统应用

 

图19  视频车位引导工作流程

 

图20  视频车位引导系统架构图

 

 

1.2智能停车场——安全控制系统 1.2.1安全检测 控制单元提供MIPI-CSI摄像头接口,监控摄像头的模拟接口可通过致远电子摄像头转接板与之良好通讯。控制单元支持32G存储卡扩展,四核版本核心板控制器支持SATA-2硬盘扩展。可实现大容量存储监控视频等信息。 Camera-Demo是广州致远电子开发的一款配件板。该板采用ADV7180模拟转数字解码方案, 可分时采集四路模拟摄像头信号,并转为数字信号,通过CSI接口连至CPU进行处理。主要用于工控主板CSI摄像头功能。

 

图21  Camera-Demo摄像头扩展版

1.2.2报警系统 中心控制单元提供继电器隔离的DO接口,CPU在接收到危险信息时触发开启报警系统如报警指示灯、警铃。此外控制单元提供I2S接口的录音播放功能可实现语音报警提示,在事故时能够提醒习惯人员。 在停车场突发安全事故时,控制单元采集到危险信息后,迅速将实时处理的信息通过USB、SD、SATA等备份至存储中,或联网备份。标配的龙尚U9501P 4G无线模块第一时间将危险信息上报至停车场管理处。

1.2.3通信管理 采用M6708-T核心板的控制单元可实现有线通信:如网络、RS232、RS485、CANbus、DI/DO等形式通信。可配置致远电子IoT-3968作为其网关设备。 ZLG致远电子为工业互联网领域推出了智能无线网关IoT-3968L,以ARM9为核心,采用两路MiniPCIE接口设计,并提供多种可选配的无线接口模块(采用MiniPCIE接口设计,包括Wi-Fi、ZigBee、LoRa、GPRS、2G/3G/4G等),方便客户快速搭建合适自身行业的智能物联网网关产品。

 

图22  IoT-3968L智能无线网关

同样,该控制单元亦可实现多种形式的无线通信:如蓝牙(贴片邮票孔)、4G(miniPCIe)、WIFI(miniPCIe)、LoRa(miniPCIe)、ZigBee(miniPCIe可选)、GPRS(miniPCIe可选)、北斗/GPS(贴片邮票孔可选)。实现远程遥控各设备,识别监控车辆车位,集中管理等功能。 ZM516X系列ZigBee无线模块是广州致远电子基于NXP JN5168芯片开发的低功耗、高性能型ZigBee模块,它提供一个完整的基于IEEE802.15.4标准ISM(2.4-2.5GHz)频段的应用集成方案。支持FastZigBee、ZNET、JenNet-IP、ZigBee-PRO、RF4CE等协议,可快速应用于工业控制、工业数据采集、农业控制、矿区人员定位、智能家居,智能遥控器等场合。

 

图23  ZM516X系列ZigBee无线模块

PCIE-SIM800G是广州致远电子股份有限公司推出的一款工业级GPRS模块,该模块采用SIMCom公司SIM800G设计,模块尺寸小巧,可满足物联网数据采集或消费电子和工业控制等应用。

 

图24  SIM800G工业级GPRS模块

控制单元增加ESAM通讯加密方案,确保通信安全。

 

 

1.2.4系统维持 控制系统支持有线或无线系统升级、远程监控等功能,以确保软件设施的可维护性。 提供完善的UPS电源方案,在占用极低的PCB面积情况下实现掉电检测、15s掉电续航等维持系统的应急预案。

 

图25  控制单元UPS电源

1.3智能停车场——用户管理系统 1.3.1用户管理 用户管理系统软件可实现信息存储、加密,用户信息的安全管理。管理系统已做好用户分类及权限查询,实现用户信息分类。 停车场车位智能管理系统节点(节点包括:无线停车地磁、无线超声波感应器、无线停车锁)无线传输部分采用LoRa无线模块ZM470SX-M / ZM433SX-M。由于以上几个产品应用环境的特殊性,ZLG致远电子还为客户提供各种天线布局方面的协助服务,为客户缩短研发周期、提升产品整体竞争力提供有效的保证。

 

图26  LoRa无线模块ZM470SX-M在智慧停车产品中的应用

此外管理系统也为管理员开设管理权限,后台操作权限等使用支持。

1.3.2收费计费 系统软件支持多种计费模式及计费管理。可实现计费收费的标准化。 控制单元可配备 ZLG 致远电子的微型打印机,通过串口控制岗亭或智能刷卡机的票据打印功能。 ZYTP58-II是广州周立功单片机科技有限公司推出的一款热敏微打控制模块。此模块兼容58mm常用机芯,支持宽压打印,过温保护,缺纸检测等功能。串口指令控制,操作简单,缩短用户开发周期,加快产品上市,是热敏打印机机芯驱动的首选。 系统通过打印机支持纸票方式,降低丢卡损失:临时停车用户在入口按键,系统即自动打印票据,停车者持纸票即可进行停车定位、反向查询及缴费,并支持在出口实现自动回收。并提供采集打印用纸不足、临时卡存量不足等信息。

 

图27  ZYTP58-II 第二代微打控制模块

 

 

1.4智能停车场——后台数据管理系统 1.4.1数据中心主机 固件及应用程序支持信息存储、运算, 服务器后台建立数据的存储管理中心。 可实现各级别各对象通信交互, 整个系统的权限管理。 数据中心主机系统及其子系统具有可维护性,可升级性,环境可靠性。 强大的后台数据管理系统可实时备份使用中产生的大量数据,通过APP或微信公众号等平台为客户实时提供数据支持。

1.5智能停车场——一体化系统解决方案 未来的全视频智能停车场将作为一个停车问题的综合解决方案,在集成停车场系统资源方面有着卓越的优势,实现从车辆快速进场、快速停车,再到车主返回车场时快速找车、快速缴费等一系列完整的、全自动化的功能。从而有效解决包括商场、机场等公共场所在内的停车场由于车流量大造成的停车慢、缴费慢、停车难、找车难等社会问题,将停车场的资源最优化。

1.5.1产品失效分析 对于广大车主来说,产品安全已经越来越受到用户青睐。在满足基本功能需求的前提下,对于系统的高可靠性、高可维护性和应急预案等逐渐关注。产品质量是企业的生命线,失效分析不仅可以提升质量,同时为企业技术开发、技术改造提供了可用信息,可极大丰富产品的技术含量和客户满意度。 表1  产品功能失效分析  

1.5.2环境适应性 停车场各设备通过致远电子EMC实验室、安规实验室、环境实验室等实际模拟恶劣应用状况试验。各分立器件均可达到EMC最低工业三级标准,有良好的静电抗性、雷击浪涌抗性、电瞬变群脉冲抗性、以及极低的EMI传导骚扰情况;具有-40℃~+85℃的工业级环境适应性。为整套系统的可靠性安全稳定提供切实保障。