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[摘 要]文章介绍了设计的一种基于NB-IoT的智慧停车系统，以解决当前停车难、停车位需求大的问题。硬件以高性能的芯片STM32F302RC作为MCU，由地磁模块信息的采集模块、NB-IoT数据处理模块、低功耗供电模块和通信模块组成。软件部分由底层驱动程序开发、采样数据的软件处理、停车位数据的软件分析和处理、智能停车系统的主程序的设计和上位机的数据传输软件处理等实现智慧停车系统。
[关键词]NB-IOT;MCU;数据处理;智慧停车
[中图分类号]F724.6 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）07–0–02
Smart Parking System Based on NB-IOT
Huang Jian-an，Guo Xin，Hu Guang-xiong，Yi Huan-yin，Liu Mai-hua
[Abstract]Describes the design of a smart parking system based on NB-IOT to solve the current problems of difficult parking and high parking demand. ， The hardware uses the high-performance chip STM32F302RC as the MCU， which is composed of a geomagnetic module information acquisition module， an NB-IOT data processing module， a low-power power supply module and a communication module. The software part consists of the development of the underlying driver program， the software processing of sampling data， the software analysis and processing of parking space data， the design of the main program of the intelligent parking system and the data transmission software processing of the upper computer to realize the intelligent parking lot.
[Keywords]NB-IOT; MCU; data processing; smart parking
1 概述
随着人民生活质量的不断提高，汽车几乎已成为每个家庭的必需品。传统的停车场存在找停车位难、找车更难和收费不清晰等问题。为解决这个问题，国内外涌现了很多无线智能停车系统，但存在覆盖范围差、信号干扰性强、成本高和功耗大等缺点。
基于NB-IoT（窄带物联网）的智慧停车系统，以高性能的芯片STM32F302RC作为MCU，采用NB-IoT技术的车辆检测器直接将信息上报给运营商无线网络，通过上位机或手机进行停车场信息传送。NB-IoT为当下流行的物联网远程通信模块，能通过多种协议，如UDP、TCP/IP、http、LWM2M协议与计算机收发信息，从简单到复杂，都能实现远程控制，具有覆盖广、连接多、成本低和低功耗的优点，适用于智能停车，智能抄表、智能监控、物流跟踪、智慧农业等物联网应用领域。
本智慧停车系统硬件部分由地磁模块信息的采集模块、NB-IoT数据处理模块、低功耗供电模块和通信模块组成。软件部分由底层驱动程序开发、采样数据的软件处理、停车位数据的软件分析和处理、智能停车系统的主程序的设计和上位机的数据传输软件处理等实现智慧停车系统。
2 硬件设计
基于NB-IoT的智慧停车系统是通过MCU平台上的嵌入式监控软件，能够初始化NB-IoT模块，检测车位的相关信息和模块本身的电池电量值等，并通过NB-IoT网络传送到服务器，实现对车位信息的监测并上传到服务器。前端把收集到的大量数据，处理并通过友好的界面推送给用户，如图1所示。
本系统设计的一套基于低功耗MCU的车位信息监测终端。硬件原理如图2所示。
3 软件设计
软件工作流程：模块上电，初始化MCU，初始化NB-IoT模块，检测车位信息，检测电池电压，把模块ID、电池电压状态打包，通过NB网络上报给服务器，等待服务器回应（若服务器没回应超时，再上报数据，超时上报3次，不再上报），设置NB-IoT模块为省电模式，关断检波电源，MCU进入休眠，等待超时唤醒，唤醒后重复上述流程。工作流程如图3所示。
3.1 MCU初始化
为了使工作频率和通信波特率更精准，MCU使用外部晶体。MCU使能内部ADC模块，初始化UART用作NB-IoT模块的通信。初始化定时器用作系统计时。
3.2 NB-IoT模块初始化
初始化NB模块，模块注册上网络，处于接收发送状态。
3.3 数据处理
初始化UART模块，切换接口为PC机与MCU通信，正常情况下，UART是负责MCU和NB-IoT通信。制定PC机和MCU的通信协议。
（1）可实时查询车位的信息。
（2）可实时上报车辆的停车时长。
3.4 车位信息检测
（1）车位信息信号通过滤波器、检波管、检测切换开关和MCU的ADC采样。
（2）采样值获取，如图4所示，每采样一次持续100 ms，共采样200次，去掉最大的2个点和得到次最大的8个值再取平均值。
（3）采样值通过筛选和处理，传送给MCU。
3.5 电池电压检测
（1）通过电池电压检测端口，AD采样。
（2）采样值获取：每隔100 ms采样一次，共采样10次，去掉最大和最小值再取平均值。
（3）采样值与电池低电压门限比较，低于门限则产生电池电压低告警状态1，大于等于门限值则为正常狀态0。
3.6 数据传输
如图5所示，基于APP或微信小程序呈现给用户，采用TCP/IP网络协议进行数据传输。车位检测终端唤醒后发信息给应用平台，平台收到发应答标志（ACK）给终端。终端得知平台收到握手信号以后，则把最新的车位数据上报给平台。平台回ACK标志表示收到。如果有固件更新流程，则进入固件更新流程，如果没有固件更新流程，则终端进入休眠模式。
4 结束语
本文设计的系统采用先进的地磁设备，通过自主软件算法可准确确定停车位是否空或占用，基于NB-IoT的数据收发进行严格的错报判断，确保没有丢失，安装和维护方便，实时监控，高效泊车，有效优化停车场资源。
参考文献
[1] 潘晓东，詹嘉，杨轸.智能停车诱导系统的设计应用研究[J].华东交通大学学报， 2007（8）：20-22.
[2] 董玉荣，聂云峰.基于NB–IOT的智慧停车系统研究与设计[J].南昌航空大学学报，2017（10）：23-25.
[3] 徐驰，孙善宝，薛长青.一种基于NB-IOT的智能停车场管理系统及方法：CN201810321550.1[P].2018-07-24.
基金项目：广州市科学技术局2020年市基础研究计划基础与应用基础研究专题一般项目（202002030476）;教育部科技发展中心高校产学研创新基金一新一代信息技术创新项目（2019J02001）。
[关键词]NB-IOT;MCU;数据处理;智慧停车
[中图分类号]F724.6 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）07–0–02
Smart Parking System Based on NB-IOT
Huang Jian-an，Guo Xin，Hu Guang-xiong，Yi Huan-yin，Liu Mai-hua
[Abstract]Describes the design of a smart parking system based on NB-IOT to solve the current problems of difficult parking and high parking demand. ， The hardware uses the high-performance chip STM32F302RC as the MCU， which is composed of a geomagnetic module information acquisition module， an NB-IOT data processing module， a low-power power supply module and a communication module. The software part consists of the development of the underlying driver program， the software processing of sampling data， the software analysis and processing of parking space data， the design of the main program of the intelligent parking system and the data transmission software processing of the upper computer to realize the intelligent parking lot.
[Keywords]NB-IOT; MCU; data processing; smart parking
1 概述
随着人民生活质量的不断提高，汽车几乎已成为每个家庭的必需品。传统的停车场存在找停车位难、找车更难和收费不清晰等问题。为解决这个问题，国内外涌现了很多无线智能停车系统，但存在覆盖范围差、信号干扰性强、成本高和功耗大等缺点。
基于NB-IoT（窄带物联网）的智慧停车系统，以高性能的芯片STM32F302RC作为MCU，采用NB-IoT技术的车辆检测器直接将信息上报给运营商无线网络，通过上位机或手机进行停车场信息传送。NB-IoT为当下流行的物联网远程通信模块，能通过多种协议，如UDP、TCP/IP、http、LWM2M协议与计算机收发信息，从简单到复杂，都能实现远程控制，具有覆盖广、连接多、成本低和低功耗的优点，适用于智能停车，智能抄表、智能监控、物流跟踪、智慧农业等物联网应用领域。
本智慧停车系统硬件部分由地磁模块信息的采集模块、NB-IoT数据处理模块、低功耗供电模块和通信模块组成。软件部分由底层驱动程序开发、采样数据的软件处理、停车位数据的软件分析和处理、智能停车系统的主程序的设计和上位机的数据传输软件处理等实现智慧停车系统。
2 硬件设计
基于NB-IoT的智慧停车系统是通过MCU平台上的嵌入式监控软件，能够初始化NB-IoT模块，检测车位的相关信息和模块本身的电池电量值等，并通过NB-IoT网络传送到服务器，实现对车位信息的监测并上传到服务器。前端把收集到的大量数据，处理并通过友好的界面推送给用户，如图1所示。
本系统设计的一套基于低功耗MCU的车位信息监测终端。硬件原理如图2所示。
3 软件设计
软件工作流程：模块上电，初始化MCU，初始化NB-IoT模块，检测车位信息，检测电池电压，把模块ID、电池电压状态打包，通过NB网络上报给服务器，等待服务器回应（若服务器没回应超时，再上报数据，超时上报3次，不再上报），设置NB-IoT模块为省电模式，关断检波电源，MCU进入休眠，等待超时唤醒，唤醒后重复上述流程。工作流程如图3所示。
3.1 MCU初始化
为了使工作频率和通信波特率更精准，MCU使用外部晶体。MCU使能内部ADC模块，初始化UART用作NB-IoT模块的通信。初始化定时器用作系统计时。
3.2 NB-IoT模块初始化
初始化NB模块，模块注册上网络，处于接收发送状态。
3.3 数据处理
初始化UART模块，切换接口为PC机与MCU通信，正常情况下，UART是负责MCU和NB-IoT通信。制定PC机和MCU的通信协议。
（1）可实时查询车位的信息。
（2）可实时上报车辆的停车时长。
3.4 车位信息检测
（1）车位信息信号通过滤波器、检波管、检测切换开关和MCU的ADC采样。
（2）采样值获取，如图4所示，每采样一次持续100 ms，共采样200次，去掉最大的2个点和得到次最大的8个值再取平均值。
（3）采样值通过筛选和处理，传送给MCU。
3.5 电池电压检测
（1）通过电池电压检测端口，AD采样。
（2）采样值获取：每隔100 ms采样一次，共采样10次，去掉最大和最小值再取平均值。
（3）采样值与电池低电压门限比较，低于门限则产生电池电压低告警状态1，大于等于门限值则为正常狀态0。
3.6 数据传输
如图5所示，基于APP或微信小程序呈现给用户，采用TCP/IP网络协议进行数据传输。车位检测终端唤醒后发信息给应用平台，平台收到发应答标志（ACK）给终端。终端得知平台收到握手信号以后，则把最新的车位数据上报给平台。平台回ACK标志表示收到。如果有固件更新流程，则进入固件更新流程，如果没有固件更新流程，则终端进入休眠模式。
4 结束语
本文设计的系统采用先进的地磁设备，通过自主软件算法可准确确定停车位是否空或占用，基于NB-IoT的数据收发进行严格的错报判断，确保没有丢失，安装和维护方便，实时监控，高效泊车，有效优化停车场资源。
参考文献
[1] 潘晓东，詹嘉，杨轸.智能停车诱导系统的设计应用研究[J].华东交通大学学报， 2007（8）：20-22.
[2] 董玉荣，聂云峰.基于NB–IOT的智慧停车系统研究与设计[J].南昌航空大学学报，2017（10）：23-25.
[3] 徐驰，孙善宝，薛长青.一种基于NB-IOT的智能停车场管理系统及方法：CN201810321550.1[P].2018-07-24.
基金项目：广州市科学技术局2020年市基础研究计划基础与应用基础研究专题一般项目（202002030476）;教育部科技发展中心高校产学研创新基金一新一代信息技术创新项目（2019J02001）。