基于BLE的共享车位监测系统的设计

    王先杰 李阳 陈刚

    摘 要：停车难是城市发展过程中面临的重大问题，一方面是因为机动车数量飞速增长造成车位缺口不断增大，另一方面是许多专用停车位利用率低下导致停车位越发紧张。本文采用“共享车位”模式，提出了基于BLE的共享车位监测系统。系统采用nRF52832模块作为控制核心，通过BLE蓝牙模块实现车辆的自我识别，通过蓝牙和WIFI实现数据更新，采用超声波进行车位停车监测，采用点阵屏实现信息实时显示。系统结合安卓平台和云服务器，实现车位的错峰停车，提高了车位的利用率，有助于缓解我国停车难问题。

    关键词：共享车位;nRF52832;ESP8266;BLE

    0 引言

    我国机动车保有量呈快速上升的趋势，截止到2018年11月底，国内机动车保有量达3.25亿辆。相比日益增长的汽车保有量，停车位却严重不足，“车多位少”问题越来越突出，停车难给城市带来很多问题，首先就是交通堵塞，同时车辆寻找车位以及等待车位过程中会增加车辆的能量消耗，给环境带来污染。然而，许多停车难路段的地下停车场在上班时间却大量车位闲置，由此许多学者提出了“共享车位”的概念[1]。本文以nRF52832蓝牙模块为核心，设计一种共享车位的监测系统，对“共享停车”推广有重要的应用价值。

    1 系统方案

    在“共享车位”模式中，停车场的闲置车位实时监测是最重要的一个部分[2]。为了方便实现闲置车位共享，降低成本，方便用户使用，设计了一套基于BLE的共享车位监测系统，系统置于车位正上方，总体框图如图1所示。系统工作时，用户可以通过手机APP采用BLE通信系统发送控制命令，实现“车位共享”模式的开启与关闭。若用户需要共享自己车位，通过APP进行设置后，系统点阵模块显示车位可共享的时长，该段时间内车位开放供用户使用。超声波测距模块监测停车时长，生成共享车位所产生的收益。同时，车位的相关状态信息可以通过ESP8266WIFI模式上传到服务器，车位所有人能实时查询更新[3]。

    2 硬件电路设计

    （1）nRF52832。nRF52832是Nordic公司推出的新一代的支持蓝牙5.0，802.15.4，ANT及2.4GHz私有协议等多无线解决方案的处理器，搭载集成了支持浮点运算的ARMCortex-M4F内核的32位处理器，具有512kB闪存和64kBRAM，主频可达64MHz。nRF52832内部集成了8路12位逐次逼近型ADC、2路I2C总线、2路SPI、1路UART串口和1路I2S音频接口等多种接口[4]。其特有的共20个可用的PPI（Programmable Peripheral Interconnect）映射机制使得外设之间的事件可独立于CPU进行连接，节省CPU资源。新增加的EasyDMA技术，外设可直接访问内部RAM，而无需CPU干预。

    （2）电源接口设计。nRF52832蓝牙芯片工作电压为3.3V，超声波测距模块、esp8266模块工作电压为5V，LED点阵屏工作电压为12V。因此，本系统采用12伏开关电源供电，通过LM2596-5.0芯片稳压到5V，再将5V电压经过LDO降压芯片XC6206稳压到3.3V供系统使用。

    （3）WIFI模块设计。本系统采用ESP8266WIFI无线通信模块实现设备互联，ESP8266芯片集成了单片机+WiFi两部分功能，具有强大的数据存储和处理能力，能通过SDK实现二次开发。由于nRF52832具有较强的运算能力及丰富的外设，ESP8266模块仅用作网络通信接口，实现车位监测信息的实时更新。ESP8266模块与nRF52832通过串口TXD/RXD进行通信，ESP8266模块设置成AP模式，通过接收nRF52832发送的AT命令进行网络配置和数据传输。

    （4）检测与报警电路设计。系统选用HC-SR04型超声波测距模块，通过测量与地面距离判读车位是否空闲，该模块测距范围2～450cm，测量精度可高达3厘米，满足车位监测实际应用。测距时，由nRF52832通过超声波测距模块的Trig引脚，发出一个至少10微秒的高电平信号。模块收到信号后自动发出8个40kHz的方波，如果监测到有信号返回，模块接收端的ECHO输出一个高电平，高电平的持续时间就是超声波从发射到返回的时间，测试距离=（高电平时间*声速（340m/s））/2。

    （5）LED点阵系统设计。车位状态显示模块采用3.75单元板16*64点阵屏，主控制器使用STM32F103C8T6单片机，nRF52832通过IIC总线传送显示内容。单片机的PA1～PA4用于控制74HC154译码器译码后的16条行信号线，通过S8050三极管驱动相应的行线。列驱动电路由8位移位寄存器74HC595构成，共采用8片74HC595进行级联，共用同一个数据锁存信号RCK和移位时钟信号SCK。作为列扫描控制器，为了降低成本，同时由于需要显示的字符有限，因此直接在程序中建立汉字及字符的点阵库。

    3 软件设计

    nRF52832的工作流程如图2所示，首先，进行nRF52832外设和BLE协议栈初始化，包括nRF52832的串口、GPIO和IIC的初始化，接着初始化RTC实时时钟，然后进行BLE蓝牙协议栈等初始化工作，接着对各个I/O接口进行实时数据采集与输入输出。

    4 结语

    本文针对“互联网+”模式下，人们对共享停车的实际需要，设计了一种基于nRF52832蓝牙模块的车位监测系统，该系统实时监测车位状态信息，通过BLE蓝牙实现车辆停车的自我识别，并通过WIFI与云端数据库信息进行实时通讯，通过LED点阵进行车位信息的实时显示。本系统的开发，结合安卓平台和云服務器，实现错峰停车，有效的利用各种“闲置车位”的共享，缓解停车难问题。

    参考文献：

    [1]王星辰.浅谈城市“共享车位”APP的开发及应用模式[J].科技资讯，2018（20）：1-3.

    [2]徐欣，周香琴，江先志.基于物联网技术的小区停车位共享平台的设计与开发[J].工业控制计算机，2018，31（01）：139-141.

    [3]黄振宇，王先杰，陈刚.基于“互联网+”的闲置车位共享系统[J]. 电子世界，2018（13）：60-61.

    [4]白鹏飞，刘强，段飞波，安琪.基于MAX30102的穿戴式血氧饱和度检测系统[J].激光与红外，2017，47（10）：79-82.

    [5]朱桐，马茗萱，高廷红.基于物联网平台的智能停车场系统[J]. 电子技术与软件工程，2017（19）：81-82.