论文部分内容阅读
摘要：针对在停车场寻找车位、反向寻车困难等问题，设计了一种车库导航系统，该系统以固定在车库内部的有源RFID标签提供定位信号、手持导航器上的RFID读写器和芯片接收和处理信息，并通过视觉和听觉进行导航，该系统能进行车位导航，反向寻车，出库导航，能将车主一步一步指引到具体位置，还能在停错车位时重新记录便于反向寻车。这种有手持导航器的导航方式，相对路口设置引导屏更精确;该导航器自带定位装置，相对于手机外接定位模块导航，避免了对车主手机性能以及接口的要求，使用更加方便。经过实地测试，基本能完成上述导航任务。
关键词：车库导航;RFID;手持导航器
中图分类号：G4 文献标识码：A 文章编号：（2020）-49-426
1.引言
随着生活水平的提高，家用小车已经成为人们生活必不可少的一个工具。但是，很多建筑规划车位较少，同时涌入大城市的车辆也比较多，这也为停车带来了不小的难题。现在地下车库，由于车位很满，需要找很久才找到找到空位，浪费大量时间和燃油;由于光线昏暗，地形复杂，找车时也会用很多时间，所以试图设计一个车库车位导航和寻车导航系统解决这个难题。
2. 本系统整体架构设计
本系统要完成在车库导航，需要四大板块组成：车位占用情况收集板块、车位分配板块、手持导航板块、定位信号板块。
2.1 车位占用情况收集模块。
用超声波探测器来感知车库中是否有车位。用相应的灯在车位上方显示是否被占用，用节点控制器（图1），负责连接探测器和电脑。电脑接收并分析车位占用情况。
2.2 车位分配板块
车主到车库道闸前，可选择需要停车区域，然后系统选择出符合条件的车位，通过RFID读写器写入RFID标签，然后手持导航器通过RFID读卡器读取标签里的车位信息，从而获得车位信息。模式图如图2。
2.3 手持导航板块
本模块的主要功能是接收车位信息以及定位信号后进行导航，引导车主找到正确的车位、反向寻车、出库等，同时还具有记录车位信息，计时或者计费的功能。
手持导航导航器需要如下模块组成如图3：
2.3.1 地理位置感应模块
由于有源RFID技术定位离远、精度高而且该技术广泛应用于室内定位。把有源RFID标签植入车库环境中，芯片根据天线接收到的信号编号，信号强弱，信号数量进行运算得出在车库平面中的位置。
2.3.2 车位号显示模块和停车时间显示模块
车位号和停车时间分别通过一个4位数码管显示。
2.3.3视觉和声音导航模块：
在導航器表面贴上该车库的平面图，平面图上每一个车位和路径箭头上安装有芯片独立控制的LED小灯，当分配到车位后，数码管显示该车车位号，相应车位以及路径的LED小灯亮起，同时导航器进入车库时，还会收到定位信号，每到一个岔路口，正确路线的箭头上的小灯就会闪烁提示车主，同时语音模块也会发出提示音告知车主如何转向。对于熟悉车库的车主得到车位位置和路线后直接开车到车位。不熟悉的车主则可以根据扬声器提示和灯光提示到达预定车位。手持导航器平面图以图4为例。
2.4 定位信号板块
有源RFID标签周期性发送标签信息，自带电源，工作时间不少于两年。发射距离不少于80米，能满足车库导航需要的距离。
由于车库路线相对单一，所以可以采用单点定位，在每一个关键节点设置一个标签。如果要纠正停下的车位和记录的车位不一致，还可以在每个车位上安装一个标签，停好后按下确认停车，导航器重新记录车位号码，便于反向寻车。
2.5 该系统运行机制
2.5.1 停车引导：
电脑通过每个车位上的超声波探测器收集车位的占用情况。车主经过车库道闸，给车主分配一个手持导航器，电脑分配最佳车位并规划最优路径，并通过刷卡的方式将分配的车位号输入导航器，相应的车位灯和路径灯亮起。导航器根据环境中的标签提供的地理位置信号进的行实时导航，通过箭头灯的亮灭和声音为车主指明方向直到到达车位。若车主到达车位非指定车位，车主需按下导航器上确定键，导航器会记录所停车位信息，便于反向寻车。
2.5.2 反向寻车
当车主需要反向寻车时，需按下导航器上的反向寻车键。导航器综合RFID标签反映的地理位置信息和储存的车位号生成最优路径，进行实时导航。
2.5.3 出库指引
当车主需要将车辆开出车库时，需按下导航器上的出库键。导航器可综合车位信息和出口位置信息生成最优路径，指引车辆出库。
3. 具体实施过程和结果
3.3.1 实地测试模型制作
为了便于测试，我们找到一小区车库平面图，考虑到制作方便，我们选出其中一段比较方正的部分进行测试，并将这一区域的平面图作为车库导航器平面图。
3.3.3 实地测试
经过多次实验室和车库实地测试发现，该导航器基本能够实现地下车库号码的接收，显示，计时，并生成一个最短路径，到达关键节点后，导航器路径灯正确闪烁、经过路口路径灯正确熄灭并通过语音提示车主转向。
4. 本系统的创新点和实用性以及后续改进的地方
4.1 创新点
4.1.1 使用便捷
相对于手机外接定位模块，本系统不需要车主自带任何设备，进入车库分发导航器即可实现导航功能。减少了对手机型号的依赖。
4.1.2 定位精准
目前大多数车库是通过车库内路口引导牌指引，精度不够高，而本系统可以将车主引领到具体的车位。
4.1.3 布设和安装简单，适用范围广
只需在车库相应位置布设有源RFID标签、车位检测装置以及一个总机即可。相对于在车库布设RFID读写器，这种方式不需要布设线缆即可实现定位，对原有车库不需进行大的改动即可安装使用，适用范围广。
4.1.4 导航方式多样
手持导航器印有该车库的平面图，拿到导航器后，导航器上分配的车位所在的区域亮起，并显示出车位号，对于熟悉的车主可直接开到分配的车位;不熟悉的车主，可以借助手持导航器上的小灯和语音提示一步一步行驶到分配的车位。同时还具有反向寻车，出库导航等功能。
4.1.5 有停车矫正功能
如果没有按照分配的车位停车，车主可以按下确认停车，则该模块可以记录所停的车位，便于反向寻车，同时原来的车位会重新分配，已占的车位不会再分配给后来的车主，非常的灵活方便。
4.2 还需改进的地方
4.2.1本系统导航器通过屏幕面板代替印刷面板实现更大面积或更多楼层的导航。
4.2.2定位精度还不够高。这可能与室内定位存在遮挡，反射等种种因素干扰了信号强度，该而定位模块是通过信号强度来换算距离，可以适时截出连续几组数据，选出信号强度最强的来计算距离。
还可以通过超声波信号和有源RFID信号结合，算时间差来计算距离。或者安装定位标签时通过遮罩缩小定位信号覆盖范围，当车辆进入该路口时才能接受到信号。
参考文献
[1] 窦艳艳， 张荣， 卓小冬. 基于wi-fi定位的地下车库停车系统设计[J]. 电子科技， 2017， 1（7）： 121-123
[2] 姚庆梅， 牟洵， 贾燕等. 地下车库灯光智能控制系统[J]. 科学技术与工程， 2014， （12）： 240-243
[3] 熊慧， 刘建业， 孙永荣等. 蓝牙技术在车辆导航系统中的应用研究[J]. 工业控制计算机， 2002（8）：30-33
[4] 陈思敏. 基于位置指纹识别的WiFi室内定位算法研究与实现[D]. 江苏.南京邮电大学. 2016
[5] 刘沛丰. 基于WiFi/蓝牙融合的室内定位算法研究[D]. 江苏.中国矿业大学. 2017
关键词：车库导航;RFID;手持导航器
中图分类号：G4 文献标识码：A 文章编号：（2020）-49-426
1.引言
随着生活水平的提高，家用小车已经成为人们生活必不可少的一个工具。但是，很多建筑规划车位较少，同时涌入大城市的车辆也比较多，这也为停车带来了不小的难题。现在地下车库，由于车位很满，需要找很久才找到找到空位，浪费大量时间和燃油;由于光线昏暗，地形复杂，找车时也会用很多时间，所以试图设计一个车库车位导航和寻车导航系统解决这个难题。
2. 本系统整体架构设计
本系统要完成在车库导航，需要四大板块组成：车位占用情况收集板块、车位分配板块、手持导航板块、定位信号板块。
2.1 车位占用情况收集模块。
用超声波探测器来感知车库中是否有车位。用相应的灯在车位上方显示是否被占用，用节点控制器（图1），负责连接探测器和电脑。电脑接收并分析车位占用情况。
2.2 车位分配板块
车主到车库道闸前，可选择需要停车区域，然后系统选择出符合条件的车位，通过RFID读写器写入RFID标签，然后手持导航器通过RFID读卡器读取标签里的车位信息，从而获得车位信息。模式图如图2。
2.3 手持导航板块
本模块的主要功能是接收车位信息以及定位信号后进行导航，引导车主找到正确的车位、反向寻车、出库等，同时还具有记录车位信息，计时或者计费的功能。
手持导航导航器需要如下模块组成如图3：
2.3.1 地理位置感应模块
由于有源RFID技术定位离远、精度高而且该技术广泛应用于室内定位。把有源RFID标签植入车库环境中，芯片根据天线接收到的信号编号，信号强弱，信号数量进行运算得出在车库平面中的位置。
2.3.2 车位号显示模块和停车时间显示模块
车位号和停车时间分别通过一个4位数码管显示。
2.3.3视觉和声音导航模块：
在導航器表面贴上该车库的平面图，平面图上每一个车位和路径箭头上安装有芯片独立控制的LED小灯，当分配到车位后，数码管显示该车车位号，相应车位以及路径的LED小灯亮起，同时导航器进入车库时，还会收到定位信号，每到一个岔路口，正确路线的箭头上的小灯就会闪烁提示车主，同时语音模块也会发出提示音告知车主如何转向。对于熟悉车库的车主得到车位位置和路线后直接开车到车位。不熟悉的车主则可以根据扬声器提示和灯光提示到达预定车位。手持导航器平面图以图4为例。
2.4 定位信号板块
有源RFID标签周期性发送标签信息，自带电源，工作时间不少于两年。发射距离不少于80米，能满足车库导航需要的距离。
由于车库路线相对单一，所以可以采用单点定位，在每一个关键节点设置一个标签。如果要纠正停下的车位和记录的车位不一致，还可以在每个车位上安装一个标签，停好后按下确认停车，导航器重新记录车位号码，便于反向寻车。
2.5 该系统运行机制
2.5.1 停车引导：
电脑通过每个车位上的超声波探测器收集车位的占用情况。车主经过车库道闸，给车主分配一个手持导航器，电脑分配最佳车位并规划最优路径，并通过刷卡的方式将分配的车位号输入导航器，相应的车位灯和路径灯亮起。导航器根据环境中的标签提供的地理位置信号进的行实时导航，通过箭头灯的亮灭和声音为车主指明方向直到到达车位。若车主到达车位非指定车位，车主需按下导航器上确定键，导航器会记录所停车位信息，便于反向寻车。
2.5.2 反向寻车
当车主需要反向寻车时，需按下导航器上的反向寻车键。导航器综合RFID标签反映的地理位置信息和储存的车位号生成最优路径，进行实时导航。
2.5.3 出库指引
当车主需要将车辆开出车库时，需按下导航器上的出库键。导航器可综合车位信息和出口位置信息生成最优路径，指引车辆出库。
3. 具体实施过程和结果
3.3.1 实地测试模型制作
为了便于测试，我们找到一小区车库平面图，考虑到制作方便，我们选出其中一段比较方正的部分进行测试，并将这一区域的平面图作为车库导航器平面图。
3.3.3 实地测试
经过多次实验室和车库实地测试发现，该导航器基本能够实现地下车库号码的接收，显示，计时，并生成一个最短路径，到达关键节点后，导航器路径灯正确闪烁、经过路口路径灯正确熄灭并通过语音提示车主转向。
4. 本系统的创新点和实用性以及后续改进的地方
4.1 创新点
4.1.1 使用便捷
相对于手机外接定位模块，本系统不需要车主自带任何设备，进入车库分发导航器即可实现导航功能。减少了对手机型号的依赖。
4.1.2 定位精准
目前大多数车库是通过车库内路口引导牌指引，精度不够高，而本系统可以将车主引领到具体的车位。
4.1.3 布设和安装简单，适用范围广
只需在车库相应位置布设有源RFID标签、车位检测装置以及一个总机即可。相对于在车库布设RFID读写器，这种方式不需要布设线缆即可实现定位，对原有车库不需进行大的改动即可安装使用，适用范围广。
4.1.4 导航方式多样
手持导航器印有该车库的平面图，拿到导航器后，导航器上分配的车位所在的区域亮起，并显示出车位号，对于熟悉的车主可直接开到分配的车位;不熟悉的车主，可以借助手持导航器上的小灯和语音提示一步一步行驶到分配的车位。同时还具有反向寻车，出库导航等功能。
4.1.5 有停车矫正功能
如果没有按照分配的车位停车，车主可以按下确认停车，则该模块可以记录所停的车位，便于反向寻车，同时原来的车位会重新分配，已占的车位不会再分配给后来的车主，非常的灵活方便。
4.2 还需改进的地方
4.2.1本系统导航器通过屏幕面板代替印刷面板实现更大面积或更多楼层的导航。
4.2.2定位精度还不够高。这可能与室内定位存在遮挡，反射等种种因素干扰了信号强度，该而定位模块是通过信号强度来换算距离，可以适时截出连续几组数据，选出信号强度最强的来计算距离。
还可以通过超声波信号和有源RFID信号结合，算时间差来计算距离。或者安装定位标签时通过遮罩缩小定位信号覆盖范围，当车辆进入该路口时才能接受到信号。
参考文献
[1] 窦艳艳， 张荣， 卓小冬. 基于wi-fi定位的地下车库停车系统设计[J]. 电子科技， 2017， 1（7）： 121-123
[2] 姚庆梅， 牟洵， 贾燕等. 地下车库灯光智能控制系统[J]. 科学技术与工程， 2014， （12）： 240-243
[3] 熊慧， 刘建业， 孙永荣等. 蓝牙技术在车辆导航系统中的应用研究[J]. 工业控制计算机， 2002（8）：30-33
[4] 陈思敏. 基于位置指纹识别的WiFi室内定位算法研究与实现[D]. 江苏.南京邮电大学. 2016
[5] 刘沛丰. 基于WiFi/蓝牙融合的室内定位算法研究[D]. 江苏.中国矿业大学. 2017