基于CAN总线的停车位检测器设计与实现_周云城

图 １ 车 位 检 测 器 总 体 结 构 设 计 Ｆｉｇ．１ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆ ｔｈｅ ｐａｒｋｉｎｇ ｓｐａｃｅ ｄｅｔｅｃｔｏｒ
２ 硬件设计
根据总体结构 设 计，该 车 位 检 测 器 硬 件 电 路 主要由电源模块、主控微处理器、ＣＡＮ 通信模块、 车位探测模块、拨 码 配 置 模 块 以 及 车 位 指 示 灯 组 成 ，见 图 ２。
明显 优 于 ＲＳ－２３２ 总 线 方 式，但 仍 存 在 通 信 实 时 性 差 、稳 定 性 弱 等 问 题 。
相比上 述 传 统 的 通 信 方 式，将 先 进 的 ＣＡＮ 总线应用于 停 车 位 检 测 器 优 势 明 显。ＣＡＮ 总 线 是１种有效支持分布式控制或实时控制的串行通 信网络，采用该总 线 通 信 方 式 不 仅 可 以 提 高 数 据 上传的实时性，同时具有更高可靠性 。 ［４］ 因 此，提 出１种基于 ＣＡＮ 协议 接 口 的 停 车 检 测 器 设 计 方 案［５－７］，实现车位 空 满 状 态 监 测、实 时 多 节 点 组 网 的数据 传 输 。 ［８－１２］ 经 组 网 测 试 证 明，笔 者 所 设 计 的 ＣＡＮ 总 线 的 停 车 位 检 测 器，不 仅 能 实 现 车 位 状态精确检测，且 具 有 良 好 的 通 信 实 时 性 与 可 靠 性 ，适 用 于 大 规 模 分 布 式 的 停 车 场 。
３ 软件设计
３．１ 软 件 流 程 设 计 根据车位检测 器 的 功 能 需 求，软 件 主 要 完 成
设 备 初 始 化 、参 数 配 置 、车 位 探 测 、数 据 上 传 、以 及 车位指示等功能。为提高该设备软件的实时性与
Ｂｉｔ９编码范围 １～７
０－［１．０～１．５］ １－［１．５～２．０］ ２－［２．０～２．５］
…
７－［４．５～５．０］
０～１０ １～５０ ２～１００ ３～３００
Ｂｉｔ７－Ｂｉｔ０ 位号
编码范围 １～２５５
６）车 位 指 示 灯 。 车 位 指 示 灯 采 用 高 光 亮 、低 功耗 ＬＥＤ 发光 管，使 用 时 被 安 装 在 车 位 前 上 方。 当 车 位 占 用 时 指 示 灯 为 红 色 ，车 位 空 闲 时 ，指 示 灯 为绿色，便于驾驶 员 在 寻 车 位 时 方 便 地 判 断 该 车 位是否空闲。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｐａｒｋｉｎｇ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ，ａ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｗｈｉｃｈ ｃａｎ
ｓｅｎｓｅ ｔｈｅ ｆｒｅｅ ｏｒ ｏｃｃｕｐｉｅｄ ｐａｒｋｉｎｇ ｓｐａｃｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＣＡＮ－ｂｕｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ｒｅａｌｉｚｅｄ．Ｔｈｉｓ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｐｏｓｅｓ ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ ｉｔ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ，ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｏｆ ｐａｒｋｉｎｇ ｓｐａｃｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｏｆ ｃｏｍｍｕｎｉｃａ－ ｔｉｏｎ ｆｏｒ ａ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ．Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｏｆ １００－ｄｅｖｉｃｅ ｎｏｄｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｐａｒｋｉｎｇ ｓｐａｃｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｉｓ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ９８％ ，ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｍｅｓｓａｇｅ ｕｐｌｏａｄ ｄｅｌａｙ ｏｆ ｅａｃｈ ｎｏｄｅ ｉｓ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ １．５ｍｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｐａｃｋ－ ｅｔ ｌｏｓｓ ｒａｔｅ ｉｓ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ １％ ．
２）主控 微 处 理 器。 根 据 车 位 检 测 器 的 功 能 及接口需求，选用内部集成 ＣＡＮ 控制器、外部中 断、定 时 器、Ｆｌａｓｈ 存 储 器 等 功 能 模 块 的 ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＶＥＴ６作为主控微 处 理 器，从 而 使 外 围电 路 设 计 更 加 方 便 可 靠，本 设 计 中 ＭＣＵ 的 内 部 资 源 分 配 ，见 图 ３。
图３ ＭＣＵ 内部资源分配 Ｆｉｇ．３ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｏｆ ＭＣＵ
３）ＣＡＮ 通 信 模 块。 由 于 ＳＴＭ３２Ｆ１０３ 芯 片 内部 集 成 了 ＣＡＮ 控 制 器 模 块，因 此 只 需 在 外 围 增加 ＣＡＮ 收 发 器 芯 片 ＴＪＡ１０５０，搭 建 接 口 电 路 与 ＳＴＭ３２内置 ＣＡＮ 控制器相 连 便 能 实 现 ＣＡＮ 总线通信。同时，采 用 电 源 隔 离 和 高 速 光 耦 隔 离 技术对 ＣＡＮ 收发器外 围 电 路 进 行 优 化 实 现 各 车 位 检 测 器 之 间 的 电 气 隔 离 ，提 高 总 线 的 抗 干 扰 性 ， 其 接 口 电 路 设 计 ，见 图 ４。
早期的停车场 车 位 检 测 器 多 采 用 ＲＳ－２３２ 和 ＲＳ－４８５通信接口。基于 ＲＳ－２３２总线通信方式的 停车监测设备设计方案只能实现点对点半双工通 信［２］，通 信 距 离 短 且 不 利 于 扩 展。 采 用 ＲＳ－４８５ 总线通信方式 实 现 多 个 监 测 节 点 互 联［３］，其 性 能
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐａｒｋｉｎｇ Ｓｐａｃｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＣＡＮ－ｂｕｓ
ＺＨＯＵ Ｙｕｎｃｈｅｎｇ ＷＡＮＧ Ｗｅｉｆｅｎｇ ＷＡＮ Ｊｉａｎ （Ｊｉａｎｇｓｕ Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｐｌａｎｎｉｎｇ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１０００４，Ｃｈｉｎａ）
收 稿 日 期 ：２０１４－０２－１９ 修 回 日 期 ：２０１４－０７－２２ ＊ 上 海 市 科 学 技 术 委 员 会 项 目 （批 准 号 ：１１ｄｚ１２０１５００）资 助
第 一 作 者 简 介 ：周 云 城 （１９８７－ ），硕 士 ．研 究 方 向 ：智 能 交 通 ．Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｉｔｙｓｋｙ１９８７＠１６３．ｃｏｍ
４）车位 探 测 模 块。 为 保 证 精 确 可 靠 地 实 现 车位空满状态检 测，本 设 计 选 用 探 测 距 离 远 的 超 声波测距模块，探 测 距 离 可 达 ５ ｍ。 根 据 不 断 探 测到的超声波检 测 距 离，计 算 车 位 是 否 被 车 辆 占 用。
５）拨码 配 置 模 块。 为 适 应 不 同 场 合 的 车 位 检 测 ，采 用 拨 码 开 关 灵 活 设 置 车 位 探 测 器 的 重 要 参 数 ，使 检 测 器 在 不 同 的 安 装 高 度 和 使 用 场 景 下 具 有
基于 ＣＡＮ 总线的停车位检测器设计与实现———周云城 王维锋 万 剑
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最为匹配的工作参数和判定阈值，提高车位空满状 态的判定准确性。车位检测器的主要配置参数有
设备地址（区号和位号）、检 测器安装高度配置、采 样间隔时延等，其对应编码配置见表１。
图４ ＣＡＮ 总线接口电路 Ｆｉｇ．４ Ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ ＣＡＮ－ｂｕｓ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ；ｐａｒｋｉｎｇ ｓｐａｃｅ ｄｅｔｅｃｔｏｒ；ＣＡＮ－ｂｕｓ；ｈａｒｄｗａｒｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ａｌｇｏ－
ｒｉｔｈｍ；ｍｅｓｓａｇｅ ｐｒｏｔｏｃｏｌ
０ 引 言
随着现代大规 模 停 车 场 智 能 化 发 展，单 一 出 入口控制的管理 模 式 逐 渐 被 淘 汰，取 而 代 之 的 是 具有停车诱导服务的停车场管理系统 。 ［１］ 车 位 检 测器作为智能停车场管理系统的前端信息采集重 要 组 成 部 分 ，是 实 现 停 车 管 理 、车 位 诱 导 等 功 能 的 重要基础。
１）电源 模 块。 为 避 免 远 距 离 和 多 节 点 供 电 情况下的电压衰 减 现 象 导 致 设 备 供 电 不 稳，在 检 测器的电 源 模 块 设 计 中 采 取 提 高 供 电 电 压 的 方 式，采用 直 流 ２４ Ｖ 供 电，再 经 过 开 关 稳 压 芯 片 ＬＭ２５７５－５Ｖ 和 低 压 差 稳 压 芯 片 ＡＳＭ１１１７－３．３Ｖ 进行降压后分别为各电路模块及主控芯片供电， 从而减少供电线 路 的 电 压 损 耗，保 证 各 模 块 供 电 稳定。同时 采 用 Ｂ０５０５Ｓ 电 源 隔 离 模 块 对 ＣＡＮ
Ｂｉｔ１５
表 １ 车 位 检 测 器 拨 码 开 关 配 置 定 义 Ｔａｂ．１ Ｔｈｅ ｃｏｄｅ ｓｗｉｔｃｈ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ｏｆ ｐａｒｋｉｎｇ ｓｐａｃｅ ｄｅｔｅｃｔｏｒ
Ｂｉｔ１４ 区号
Ｂｉｔ１３
Ｂｉｔ１２
Ｂｉｔ１１
Ｂｉｔ１０
安 装 高 度 区 间 配 置／ｍ
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交通信息与安全 ２０１４年 ４期 第３２卷 总１８５期
１ 总体结构
大型停车场管 理 系 统 利 用 车 位 占 用 信 息，经 数 据 分 析 、发 布 后 ，可 进 行 停 车 出 入 精 确 诱 导 。 一 般情况下，车位占 用 信 息 有 主 动 模 式 与 被 动 模 式 上传 ２ 种 策 略。 主 动 模 式 下，停 车 位 检 测 器 根 据 车 位 触 发 及 时 上 传 ；被 动 模 式 时 ，根 据 管 理 需 求 定 时收集各个车位的占用信息。车位占用信息作为 停 车 诱 导 管 理 的 依 据 ，其 动 态 收 集 的 准 确 性 、实 时 性有较高要求。２种模式都需 要 毫 秒 级 的 通 信 传 输与车位状态的 准 确 识 别，这 对 车 位 检 测 器 的 车 位感知与数据传输功能提出较高要求。为及时直 观地表达车位占 用 情 况，车 位 检 测 器 控 制 指 示 灯 以不同颜色 表 征 车 位 的 空 满 状 态。 此 外，车 位 检 测器作为１个感 知 设 备，其 工 作 参 数 影 响 信 息 采 集 传 输 效 能 ，需 提 供 各 种 参 数 配 置 接 口 。