基于近場通訊技術(shù)的地下車庫反向?qū)ぼ囅到y(tǒng)——畢業(yè)論文

1、<p>　　基于近場通訊技術(shù)的地下車庫反向?qū)ぼ囅到y(tǒng)</p><p><b>　　摘要：</b></p><p>　　隨著城市化的加快，當(dāng)今社會(huì)私家車使用量大大增加，機(jī)動(dòng)車的數(shù)量驟增，有數(shù)據(jù)顯示全市機(jī)動(dòng)車保有量已達(dá)430余萬輛，小客車總量近5年增長了1倍。在這樣的背景下，許多商場、購物中心等公共場合建設(shè)了很多巨型停車場，而由于用地空間的限制，這些大型停車場絕大

2、部分都是地下停車場，但停車場的設(shè)計(jì)不夠人性化，合理化，車主在返回停車場時(shí)往往由于停車場空間大、環(huán)境及標(biāo)志物類似、方向不易辨別等原因，容易在停車場內(nèi)迷失，尋找不到自己的車輛，因此本課題針對地下車庫尋車難問題展開研究，力求探索一套尋車導(dǎo)航系統(tǒng)來解決當(dāng)前問題。</p><p>　　本課題設(shè)計(jì)了一個(gè)基于近距離無線通訊技術(shù)（Near Field Communication，下簡稱NFC）獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)的完整停車系統(tǒng)，選用了性能良

3、好的Arduino UNO單片機(jī)作為主控制器，NFC集成模塊作為用戶識(shí)別的載體，感應(yīng)式智能IC卡Mifare卡作為停車位的信息載體，藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸模塊實(shí)現(xiàn)與手機(jī)移動(dòng)端的通信，在APP Inventor2 開源服務(wù)器進(jìn)行APP程序的編寫，配合停車場自有的地圖庫信息，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)尋車導(dǎo)航的功能設(shè)計(jì)。</p><p>　　本系統(tǒng)較好地解決了地下車庫尋車難的問題，借助本系統(tǒng)尋車時(shí)間大大縮短，尋車成功率與用時(shí)測試數(shù)據(jù)表明，

4、本系統(tǒng)可以快速幫助用戶尋找到自己的車位，同時(shí)在一定程度上提高了用戶尋找車位的速度，與用戶獨(dú)立尋車相比，尋車時(shí)間縮短了36%，大大地提高了尋車效率，節(jié)約了寶貴的時(shí)間。</p><p>　　此外，本系統(tǒng)硬件成本遠(yuǎn)低于視頻尋車系統(tǒng)，故具有較強(qiáng)的實(shí)用推廣價(jià)值。</p><p>　　關(guān)鍵詞：近場通訊 藍(lán)牙通信 地下車庫 Arduino單片機(jī) 二維導(dǎo)航</p><p><

5、b>　　目錄：</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　研究背景及意義</b></p><p><b>　　發(fā)展現(xiàn)狀與已有研究</b></p><p><b>　　方案論證及選擇</b></p&

6、gt;<p><b>　　2.1方案論證</b></p><p>　　2.2 導(dǎo)航方案的評估和選擇</p><p><b>　　2.3 方案設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　三、硬件電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　四、軟件設(shè)計(jì)<

7、;/b></p><p><b>　　4.1 總設(shè)計(jì)流程</b></p><p>　　4.1.1 出入庫注冊系統(tǒng)</p><p>　　4.1.2 定位系統(tǒng)</p><p>　　4.1.3 通信系統(tǒng)</p><p>　　4.1.4 路徑規(guī)劃系統(tǒng)</p><p>　　4.

8、1.5 導(dǎo)航系統(tǒng)</p><p>　　4.1.6 程序APP編寫</p><p><b>　　五、系統(tǒng)測試</b></p><p>　　5.1 路徑引導(dǎo)成功率測試</p><p>　　5.2 路徑引導(dǎo)時(shí)間測試</p><p><b>　　六、反思與總結(jié)</b></p&g

9、t;<p><b>　　七、參考文獻(xiàn)</b></p><p><b>　　一、緒論</b></p><p>　　1.1研究背景及意義</p><p>　　在當(dāng)今的背景之下，用車用戶日益增多，全市機(jī)動(dòng)車保有量已達(dá)430余萬輛，小客車總量近5年增長了1倍，目前，在停車矛盾突出的中心城區(qū)，停在居住小區(qū)配建車位的車輛

10、僅占43%，另有36%的車輛停在小區(qū)內(nèi)部空間（內(nèi)部通道、空地、綠化帶等），2%的車輛停在小區(qū)門前廣場，9%的車輛停在小區(qū)周邊道路，10%的車輛停在非居住建筑，車位問題日益緊張，為了合理利用空間，人們開發(fā)了各種各樣的地下車庫，從而導(dǎo)致地下車庫的面積越來越大。如今在地下車庫，尋車成為了一個(gè)難題，為緩解停車問題，人們建造了越來越多的大型地下車庫，但停車場的設(shè)計(jì)不夠人性化、合理化，使得車主難以尋覓到自己的車輛，如果是在商場、購物中心等大型停車場

11、內(nèi)，車主在返回停車場時(shí)往往由于停車場空間大，環(huán)境及標(biāo)志物類似、方向不易辨別等原因，更加容易在停車場內(nèi)迷失，尋找不到自己的車輛，此外，很多車主在離開車位后，從不同的出口重新進(jìn)入車庫時(shí)，也常常會(huì)迷失方向。因此停車尋車的問題亟待解決?，F(xiàn)今市面上出現(xiàn)了一種“視頻尋車系統(tǒng)”成本高且使用效果不理想，所以本課題希望尋找一種方便有效且成本低的方法，來解決此問題</p><p>　　反觀今日的尋車方案，雖有比較合理的“視頻尋車方案

12、”，但是并沒有大范圍的普及，只是“曇花一現(xiàn)”，究其原因，是由于其成本太過高昂，實(shí)際使用場景下受限太多。</p><p>　　雖然已經(jīng)常態(tài)化的通訊技術(shù)具有很高的利用效益，但是在生活中的方方面面我們都還未完全認(rèn)識(shí)到其作用。由于目前并沒有可以普及的解決方案，結(jié)合在停車場停車與尋車的經(jīng)歷，本課題希望以較低的成本以及較高的效率幫助車主找到自己的私家車，從而解決用戶尋車難問題。</p><p>　　1

13、.2 發(fā)展現(xiàn)狀與已有研究</p><p>　　隨著集成芯片技術(shù)、定位技術(shù)、通訊技術(shù)等技術(shù)的發(fā)展，越來越多的通信方式和協(xié)議出現(xiàn)在我們的生活中，“GPS全球定位系統(tǒng)”、“北斗導(dǎo)航系統(tǒng)”、“藍(lán)牙通信技術(shù)”、“NFC通訊技術(shù)”等等。例如藍(lán)牙，正因?yàn)槠淦毡樾院偷土某杀?，使其得以快速普及?lt;/p><p>　　在圖書館等地方，NFC技術(shù)已被普遍應(yīng)用于復(fù)雜場景【1】，例如《基于NFC近場通訊技術(shù)的圖書

14、館系統(tǒng)》一文中，介紹了一個(gè)基于NFC技術(shù)的圖書館管理系統(tǒng)，包括門禁系統(tǒng)、圖書館活動(dòng)宣傳服務(wù)、圖書館行政、圖書管理系統(tǒng)和讀者服務(wù)系統(tǒng)。</p><p>　　而在本課題所研究的問題中，由于地下車庫中環(huán)境封閉，遠(yuǎn)距離通信訊號(hào)無法到達(dá)，像GPS等導(dǎo)航系統(tǒng)，難以實(shí)現(xiàn)定位，現(xiàn)市面上流行著一種“視頻尋車技術(shù)”【6】，通過圖像采集攝像機(jī)，利用圖像處理和識(shí)別等相關(guān)技術(shù)，將所獲取的車位圖像通過車牌識(shí)別算法完成車牌識(shí)別過程，提取并識(shí)別

15、有效的車牌號(hào)碼。</p><p>　　但此系統(tǒng)缺點(diǎn)是價(jià)格高昂、成本價(jià)高，難以大規(guī)模使用。</p><p>　　因而本課題另辟蹊徑，希望利用NFC技術(shù)和手機(jī)APP進(jìn)行導(dǎo)航。</p><p>　　查閱了相關(guān)文獻(xiàn)后，發(fā)現(xiàn)已有關(guān)于“環(huán)保電子卡”的反向?qū)ぼ囅到y(tǒng)研究【2】，但都需要預(yù)先將用戶信息存入卡中，對于公共停車庫來說無法使用，因此，本課題展開了基于NFC技術(shù)對公共停車庫反

16、向?qū)ぼ囅到y(tǒng)的研究。</p><p>　　在主控制器方面，本課題選擇了Arduino UNO，并利用Arduino MEGA 2560進(jìn)行調(diào)試。</p><p>　　圖0、Arudino MEGA 2560實(shí)物圖</p><p>　　而在調(diào)試過程中，Arduino UNO硬件上支持一個(gè)通信串口，在與電腦通信的過程中，該通信串口默認(rèn)設(shè)置為與電腦通信，而Arduino U

17、NO的軟串口通信速率并不能滿足NFC模塊的通信速率（38400kbps），故無法直接在電腦終端上看到調(diào)試結(jié)果，為了可以看到系統(tǒng)運(yùn)作過程，便于調(diào)試，我們在調(diào)試過程中選擇了功能更加強(qiáng)大的Arduino MEGA，實(shí)物圖見圖0，它支持四個(gè)通信串口，而且其它硬件資源也更加豐富。</p><p>　　當(dāng)今，近距離通訊技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。例如藍(lán)牙、Wi-Fi、Zigbee、RFID、NFC等等，本課題選擇的其中一種通訊技術(shù)是N

18、FC 通信，它是由Philips、NOKIA和Sony主推的一種類似于RFID的短距離無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。和RFID不同，NFC采用了雙向的識(shí)別和連接。在10cm距離內(nèi)工作于13.56MHz頻率范圍,使電子設(shè)備可以在短距離范圍進(jìn)行通訊。</p><p>　　NFC通過在單一設(shè)備上組合所有的身份識(shí)別應(yīng)用和服務(wù)，幫助解決記憶多個(gè)密碼的麻煩，同時(shí)也保證了數(shù)據(jù)的安全保護(hù)。NFC被置入接入點(diǎn)之后，只要將其中兩個(gè)靠近就可以實(shí)現(xiàn)

19、交流，比配置Wi-Fi容易得多。在本課題研究過程中，我們可以利用NFC終端和Mifare卡實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，進(jìn)行定位。</p><p>　　此外，在終端和手機(jī)APP的通信方面，本課題選擇了藍(lán)牙通信技術(shù)?！八{(lán)牙”是一種大容量近距離無線數(shù)字通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，最大傳輸距離為10厘米～10米，通過增加發(fā)射功率可達(dá)到100米，使用2.4 GHz ISM頻段和調(diào)頻、跳頻技術(shù)，速率為1 Mbps。藍(lán)牙比W

20、ifi更具移動(dòng)性，Wifi限制在辦公室和校園內(nèi)，而藍(lán)牙卻能把一個(gè)設(shè)備連接到LAN（局域網(wǎng)）和 WAN（廣域網(wǎng)），而且目前的Wifi都需要配置網(wǎng)絡(luò)才能夠使用，而藍(lán)牙技術(shù)只需要基于移動(dòng)手機(jī)端的硬件就可以實(shí)現(xiàn)通信并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?lt;/p><p><b>　　方案論證及選擇</b></p><p><b>　　2.1方案論證</b><

21、;/p><p><b>　　圖1、總方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本課題將總方案分為兩個(gè)方面：定位方案和導(dǎo)航方案（如圖1），分解復(fù)雜的總方案設(shè)計(jì)，更加利于著手開展設(shè)計(jì)。</p><p>　　定位方案：NFC刷卡定位</p><p>　　初步設(shè)想利用刷卡定位的方式，在整個(gè)停車場區(qū)域內(nèi)，均勻設(shè)置若干個(gè)定位終端，在用戶停好

22、車后，利用停車場內(nèi)分布于各個(gè)區(qū)域的定位終端，讀寫手上的停車憑證即Mifare卡，使得系統(tǒng)能根據(jù)定位終端的地址來定位車輛停放的位置。</p><p>　　用戶停好車后，在停車場內(nèi)分布于各個(gè)區(qū)域的定位終端中，在最近的一個(gè)定位終端上進(jìn)行刷卡定位。位置信息會(huì)被上傳至數(shù)據(jù)采集器。當(dāng)用戶重新進(jìn)入車庫，想要找到自己的車，用戶可以從查詢終端上刷卡，此時(shí)終端會(huì)從數(shù)據(jù)采集器中獲取位置信息。</p><p>　

23、　當(dāng)定位完成后，查詢終端會(huì)立即開始路徑規(guī)劃，尋找到最短的路徑，路徑規(guī)劃完畢后，將路徑上傳至中央處理器，再由各個(gè)終端下載，明確自己的指令，當(dāng)所有的需要亮燈的終端準(zhǔn)備完畢，導(dǎo)航開始。</p><p><b>　　導(dǎo)航方案選擇：</b></p><p>　　方案一：手機(jī)APP導(dǎo)航</p><p>　　本方案采用了“手機(jī)APP”導(dǎo)航的方式，流程圖見圖2

24、，該方案具有直觀、方便的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　?。?）導(dǎo)航APP編寫：在停車場地圖已知的情況下，將可能的路線利用算法計(jì)算，挑選出最短路徑顯示在用戶界面，為用戶實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航。</p><p>　?。?）通訊方式：利用藍(lán)牙模塊進(jìn)行與查詢終端的通信，以獲取位置信息，在APP上進(jìn)行后續(xù)導(dǎo)航。</p><p>　　圖2、方案一實(shí)現(xiàn)流程圖</p><p>

25、;　　為了完成上述定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)，計(jì)劃運(yùn)用DFROBOT的NFC讀寫模塊完成對卡的讀寫，利用Arduino UNO控制模塊和DFROBOT NFC模塊進(jìn)行Mifare卡的讀寫，利用Arduino 藍(lán)牙模塊進(jìn)行通信。軟件編程方面，利用Arduino IDE軟件進(jìn)行編程和燒錄，利用APPinventor2進(jìn)行程序的編寫。</p><p>　　方案二：總終端控制LED導(dǎo)航</p><p>　　用戶

26、按照亮燈順序依次刷卡，利用LED燈的引導(dǎo)找到車輛。</p><p>　　通過得知車輛位置信息，此時(shí)終端就會(huì)將數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行運(yùn)算，當(dāng)運(yùn)算完成，各終端會(huì)從上級終端（數(shù)據(jù)采集器）下載指令，當(dāng)路徑規(guī)劃完畢，第一次刷卡的終端上方就會(huì)開始亮燈，提示用戶導(dǎo)航開始，在近距離的第二個(gè)終端上的LED燈便也會(huì)按照指令亮起，用戶只需要走到第二個(gè)終端，再次刷卡；第三個(gè)終端亮燈，直至到達(dá)停車位置，指示燈快速閃爍，如此就完成了到車位

27、的引導(dǎo)。</p><p>　　圖3、方案二實(shí)現(xiàn)流程</p><p>　　在研究的過程中，本課題發(fā)現(xiàn)初步設(shè)想中的亮燈導(dǎo)航，在多用戶同時(shí)需要尋車時(shí)會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，無法為用戶提供正確導(dǎo)航，因此，本課題在課題研究中期過程中，改變了導(dǎo)航方案，采用APP + 藍(lán)牙通信的方式，提高了系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性，實(shí)用性和精確性。</p><p>　　2.2 導(dǎo)航方案的評估和選擇</p>

28、;<p>　　當(dāng)基本的調(diào)試已經(jīng)完成，兩個(gè)系統(tǒng)已可以投入使用，本課題把定位系統(tǒng)與導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)合到一起，第一次進(jìn)行雙系統(tǒng)協(xié)作運(yùn)行，對地下車庫場景做真實(shí)模擬，實(shí)驗(yàn)此系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行效果。</p><p>　　方案一和方案二都可以完成系統(tǒng)要求的功能，但在實(shí)際運(yùn)行的過程中，我們發(fā)現(xiàn)，若單人反向?qū)ぼ?，方案一和方案二均合理且有效。但考慮到地下車庫復(fù)雜的環(huán)境和多變的情況，當(dāng)多用戶同時(shí)尋車時(shí)，系統(tǒng)會(huì)同時(shí)做出反應(yīng)，此時(shí)尋車

29、系統(tǒng)會(huì)發(fā)生沖突、交叉，此時(shí)方案二便會(huì)產(chǎn)生問題，無法正確導(dǎo)航。</p><p>　　綜合考慮之下，為了避免多用戶使用導(dǎo)航時(shí)出現(xiàn)的交叉問題，本課題選擇了方案一，此方案基于Arduino單片機(jī)，利用NFC刷卡實(shí)現(xiàn)定位，且采用了藍(lán)牙 + APP的方式進(jìn)行定位后的導(dǎo)航，幫助用戶尋車。</p><p><b>　　2.3方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　

30、　因此，本次設(shè)計(jì)分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分，見圖4，硬件主要部分包括NFC模塊DFROBOT V1.0、單片機(jī)Arduino UNO和無線藍(lán)牙射頻通信芯片BC417。軟件設(shè)計(jì)主要包括Arduino NFC模塊的程序設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)讀取、藍(lán)牙通信模塊的程序設(shè)計(jì)以及手機(jī)端APP的設(shè)計(jì)。</p><p>　　圖4、停車場尋車導(dǎo)航系統(tǒng)示意圖</p><p>　　一、硬件設(shè)計(jì)部分：（1）了解各硬件的基本

31、原理、工作模式和工作環(huán)境；（2）針對硬件不同特性進(jìn)行配置; （3）完成硬件接口部分電路連接。</p><p>　　二、軟件設(shè)計(jì)部分：（1）NFC數(shù)據(jù)采集及處理程序的設(shè)計(jì)；（2）無線數(shù)據(jù)發(fā)送程序的設(shè)計(jì)；（3）無線數(shù)據(jù)接收APP的設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　三、硬件電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1、主控板選型：Arduino UNO

32、；Arduino MEGA 2560（調(diào)試用）</p><p>　　Arduino UNO是Arduino USB接口系列的最新版本，作為Arduino平臺(tái)的參考標(biāo)準(zhǔn)模板，封裝信息見圖5，實(shí)物圖見圖6。 UNO的處理器核心是ATmega328，同時(shí)具有14路數(shù)字輸入/輸出口（其中6路可作為PWM輸出），6路模擬輸入，一個(gè)16MHz晶體振蕩器，一個(gè)USB口，一個(gè)電源插座，一個(gè)ICSP header和一個(gè)復(fù)位按鈕。A

33、Tmega328內(nèi)置的UART可以通過數(shù)字口0（RX）和1（TX）與外部實(shí)現(xiàn)串口通信；ATmega16U2可以訪問數(shù)字口，實(shí)現(xiàn)USB上的虛擬串口。</p><p>　　選取Arduino UNO的主要原因在于其小巧而高效，同時(shí)，Arduino的開發(fā)環(huán)境也較為友好，便于多種不同類型的傳感器有機(jī)結(jié)合。在單片機(jī)內(nèi)屬于較合適的選型。</p><p>　　圖5、Arduino UNO封裝信息<

34、/p><p>　　圖6、Arduino UNO實(shí)物圖</p><p>　　而在調(diào)試過程中，UNO由于沒有NFC模塊通訊電腦所用的TX1（RX1）通信串口，無法直接在電腦終端上看到調(diào)試結(jié)果，為了可以看到系統(tǒng)運(yùn)作過程，便于調(diào)試，我們在調(diào)試過程中選擇了擁有四個(gè)通信串口的Arduino MEGA，實(shí)物圖見圖7。</p><p>　　Arduino MEGA具有14路數(shù)字輸入輸出

35、口，工作電壓為5V，每一路能輸出和接入最大電流為40mA。4路串口信號(hào)：串口0---0(RX)and 1(TX);串口1---19(RX)and 18(TX)；串口2---17(RX)and 16(TX)；串口3---15(RX)and 14(TX)。其中串口0與內(nèi)部 ATmega8U2 USB-to-TTL 芯片相連，提供TTL電壓水平的串口接收信號(hào)。 </p><p>　　圖7、Arduino MEGA實(shí)物圖

36、</p><p>　　2、NFC Module選型（NFC模塊）</p><p>　　圖8、DFROBOT NFC模塊實(shí)物圖</p><p>　　我們選用的NFC模塊是DFROBOT NFC for Arduino VL0，實(shí)物圖見圖8。該模塊工作電壓：3.3v或5v；通信接口：UART；NFC最大探測距離為20到50mm；該NFC模塊基于13.56MHz頻段；大小

37、為11cm*5cm</p><p>　　圖9、DFROBOT NFC模塊接線圖</p><p>　　本NFC模塊，共有五個(gè)引腳，可以和單片機(jī)的串口相連，與Arduino Nano接線圖見圖9，其中三個(gè)引腳和單片機(jī)相連提供電能，工作電壓為3.3V~5V，另兩個(gè)引腳分別為“TXD、RXD”，通過模塊板上的TXD和RXD引腳與單片機(jī)的串口相連，傳輸數(shù)據(jù)。</p><p>

38、　　本NFC模塊PN532是一款高度集成的無線通信頻率為13.56MHz的傳輸模塊，包含了一片基于80C51內(nèi)核的微控制器、40KB的只讀存儲(chǔ)器和1KB的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。</p><p>　　注：此模塊在使用前需要進(jìn)行喚醒操作：</p><p><b>　　喚醒指令：</b></p><p>　　const unsigned char wake

39、[24] = {</p><p>　　0x55, 0x55, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, \</p><p>　　0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0xff, 0x03, 0xfd, 0xd4, 0x14, 0x01, 0x17, 0x00</p><p>&l

40、t;b>　　};</b></p><p><b>　　讀寫代碼：</b></p><p>　　讀取卡號(hào)（UID）：</p><p>　　const unsigned char cmdUID[11] = {</p><p>　　0x00, 0x00, 0xFF, 0x04, 0xFC, 0xD4, 0x4

41、A, 0x01, 0x00, 0xE1, 0x00};</p><p>　　unsigned char NFC_UID[5], count = 0;</p><p><b>　　};</b></p><p><b>　　讀取數(shù)據(jù)：</b></p><p>　　unsigned char cmdRea

42、d[12] = {</p><p>　　0x00, 0x00, 0xff, 0x05, 0xfb, 0xD4, 0x40, 0x01, 0x30, 0x07, 0xB4, 0x00};</p><p>　　unsigned char sum = 0, count = 0;</p><p>　　cmdRead[9] = block;</p><p&

43、gt;　　for (int i = 0; i < 10; i++) sum += cmdRead[i];</p><p>　　cmdRead[10] = 0xff - sum & 0xff;</p><p><b>　　};</b></p><p><b>　　寫入數(shù)據(jù)：</b></p><

44、;p>　　unsigned char cmdWrite[] = {</p><p>　　0x00, 0x00, 0xff, 0x15, 0xEB, 0xD4, 0x40, 0x01, 0xA0, \</p><p>　　0x06, 0x00, 0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07, \</p><p>　　0x08,

45、 0x09, 0x0A, 0x0B, 0x0C, 0x0D, 0x0E, 0x0F, 0xCD, 0x00</p><p>　　};（寫入數(shù)據(jù)“01 02 03 04 05 06 07 08 09 0A 0B 0C 0D 0E 0F”）</p><p><b>　　3、NFC卡選型</b></p><p>　　本課題研究采用的NFC卡為Mifa

46、re1型，工作頻率13.56MHz；數(shù)據(jù)傳輸率106kbps；每張卡都擁有世界唯一的32位（4字節(jié)）卡號(hào)；工作溫度：-20℃～50℃；處理時(shí)間 < 0.1S；卡內(nèi)1K字節(jié)EEPROM劃分為16個(gè)扇區(qū)，每區(qū)4塊，每塊16字節(jié)，。</p><p>　　圖10、Mifare卡實(shí)物圖</p><p>　　4、無線傳輸模塊選型 </p><p>　　HC-06藍(lán)牙串口

47、通信模塊是基于Bluetooth V2.0藍(lán)牙協(xié)議的數(shù)傳模塊，封裝信息見圖11。無線工作頻段為2.4GHz ISM，調(diào)制方式是GFSK。模塊最大發(fā)射功率為4dBm，接收靈敏度-86dBm。模塊采用郵票孔封裝方式，可貼片焊接，模塊大小26.9mm×13mm×2.2mm，很方便嵌入應(yīng)用系統(tǒng)之內(nèi)。</p><p>　　圖11、BC417封裝信息</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用

48、BC417的SJR-HC-06型藍(lán)牙模塊進(jìn)行傳輸。該模塊外型較小，且指令集多，發(fā)送信號(hào)強(qiáng)，最大信號(hào)范圍約為10m~15m，實(shí)物圖見圖12。</p><p>　　圖12、BC417實(shí)物圖</p><p>　　5、SSD1306（OLED顯示屏）</p><p>　　SSD1306是一個(gè)單片CMOS OLED，實(shí)物圖見圖13，與Arduino UNO的接線圖見圖14，該

49、OLED顯示屏嵌入了對比度控制器、顯示器RAM和晶振；有256級亮度控制；分辨率為128x64點(diǎn)陣面板 ；工作電壓為3V-5V；8位6800/8000串口；其MCU接口由8個(gè)數(shù)據(jù)引腳和五個(gè)控制引腳組成。</p><p>　　圖13、OLED顯示屏實(shí)物圖</p><p>　　圖14、OLED屏幕與Arduino UNO接線圖</p><p><b>　　四、

50、軟件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　4.1 總設(shè)計(jì)流程</b></p><p>　　本軟件系統(tǒng)共有三個(gè)系統(tǒng)，下設(shè)五個(gè)分系統(tǒng)，分別是出入庫注冊系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、路徑規(guī)劃系統(tǒng)以及導(dǎo)航系統(tǒng)，各系統(tǒng)對應(yīng)不同的系統(tǒng)職能，具體信息見圖15。</p><p>　　圖15、軟件系統(tǒng)功能圖</p><p>　

51、　（1）出入庫注冊系統(tǒng)</p><p>　　出入庫注冊系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)統(tǒng)計(jì)出入庫時(shí)間；總停車時(shí)間；收費(fèi)情況；空閑、占用車位狀況；負(fù)責(zé)對停車卡出入庫狀態(tài)的管理。</p><p><b>　?。?）定位系統(tǒng)</b></p><p>　　定位系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)刷卡定位；可以實(shí)行對卡寫入位置信息；同時(shí)在終端機(jī)可以實(shí)行對位置的查詢，是路徑規(guī)劃的必要條件。</

52、p><p><b>　　（3）通信系統(tǒng)</b></p><p>　　通信系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)查詢終端與手機(jī)的連接、通訊，通過通信系統(tǒng)完成查詢終端對手機(jī)的位置信息發(fā)送，讓手機(jī)同時(shí)獲得終端機(jī)與車位的位置信息，從而可以進(jìn)行路徑規(guī)劃導(dǎo)航。</p><p><b>　?。?）路徑規(guī)劃系統(tǒng)</b></p><p>　　路徑

53、規(guī)劃系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)平面圖的導(dǎo)出；設(shè)計(jì)尋車路徑。</p><p><b>　?。?）導(dǎo)航系統(tǒng)</b></p><p>　　導(dǎo)航系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)APP對路徑規(guī)劃系統(tǒng)給出的方案做出圖形類響應(yīng)，轉(zhuǎn)化為圖形界面，將路徑與平面圖結(jié)合，通過UI直觀地呈現(xiàn)于用戶，使其正確、有效、快速地尋找到車位。</p><p>　　接下來的內(nèi)容將分系統(tǒng)詳細(xì)描述尋車導(dǎo)航各功能模塊的

54、設(shè)計(jì)流程。</p><p>　　4.1.1 出入庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　本子系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖見圖16，該子系統(tǒng)可以在出入口自動(dòng)判斷停車狀態(tài)，當(dāng)用戶在出（入）口刷卡時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)在儲(chǔ)存器中搜索，查找該卡的state是否為true（是否已在車庫內(nèi)），如果為查詢到該卡的state為true（車已經(jīng)停在車庫內(nèi)），那么系統(tǒng)計(jì)算停車時(shí)長，計(jì)費(fèi)收費(fèi)、作出庫處理。而如果該卡的state為false（

55、車不在車庫內(nèi)），此時(shí)系統(tǒng)記錄入庫時(shí)間，并將狀態(tài)改為true。</p><p>　　圖16、出庫和入庫系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖</p><p>　　同時(shí)為了防止超時(shí)操作，本系統(tǒng)設(shè)置的停車最短時(shí)間為15分鐘，當(dāng)用戶入庫后15分鐘之內(nèi)，在出入口進(jìn)行再次刷卡時(shí)不會(huì)進(jìn)行任何操作，以防止將卡作“出庫”處理，產(chǎn)生誤操作。</p><p>　　4.1.2 定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p>

56、<p>　　定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖見圖17，用戶下車后，持有入庫時(shí)的停車卡，來到車位旁的定位終端進(jìn)行刷卡定位，終端會(huì)將位置信息寫入卡中。以待后續(xù)定位使用。</p><p>　　當(dāng)用戶在查詢機(jī)上查詢時(shí)，定位系統(tǒng)就可以從卡上讀取先前寫入的數(shù)據(jù)，實(shí)際上完成了一個(gè)“數(shù)據(jù)儲(chǔ)存再讀取的過程”，這樣就把位置信息從定位機(jī)借助卡這個(gè)“媒介”完成了“數(shù)據(jù)交換”。</p><p>　　圖17、定位系統(tǒng)

57、設(shè)計(jì)流程圖</p><p>　　4.1.3 通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖見圖18，當(dāng)用戶來到查詢終端進(jìn)行位置查詢時(shí)，先利用手機(jī)藍(lán)牙與查詢端進(jìn)行配對，配對完畢后通過刷卡、讀卡使查詢端得知位置信息，再借由藍(lán)牙通信發(fā)送至手機(jī)端，以便手機(jī)進(jìn)行路徑規(guī)劃。</p><p>　　圖18、通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖</p><p>　　4.1

58、.4 路徑規(guī)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　路徑規(guī)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖見圖19，用戶從商場等進(jìn)入車庫后，利用手機(jī)APP通過藍(lán)牙與查詢終端相連，之后在終端上刷卡，終端讀取位置信息后，通過藍(lán)牙將數(shù)據(jù)發(fā)送至手機(jī)，手機(jī)APP得到兩個(gè)位置信息后（終端機(jī)位置+停車位置）開始進(jìn)行路徑規(guī)劃，路徑規(guī)劃完畢后進(jìn)行導(dǎo)航。</p><p>　　圖19、路徑規(guī)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖</p><p>　

59、　4.1.5 導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　終端導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程見圖20，本導(dǎo)航系統(tǒng)在位置信息準(zhǔn)確的情況下，會(huì)根據(jù)地下車庫平面圖進(jìn)行路徑規(guī)劃，在導(dǎo)航系統(tǒng)中有預(yù)先儲(chǔ)存的路線圖，得知位置信息后調(diào)用已規(guī)劃好的路徑，并且在手機(jī)APP界面顯示。</p><p>　　同時(shí)，本導(dǎo)航系統(tǒng)還針對可能出現(xiàn)的迷失情況（在導(dǎo)航中途迷失方向），可以通過在中途點(diǎn)附近再次刷卡定位的方式重新獲取路徑，繼續(xù)導(dǎo)航，尋車。

60、</p><p>　　APP端軟件設(shè)計(jì)流程圖見圖21，用戶打開APP后，需要連接藍(lán)牙并和終端藍(lán)牙連接上，此時(shí)用戶在終端刷卡，終端會(huì)將位置信息通過藍(lán)牙發(fā)送到APP上，APP端程序根據(jù)停車場地圖庫信息給出最優(yōu)路徑圖并顯示在手機(jī)界面上，實(shí)現(xiàn)流程圖見圖21。</p><p>　　圖20、終端導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖 圖21、APP端導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖</p><p&g

61、t;<b>　　五、系統(tǒng)測試</b></p><p>　　為了全面評估本系統(tǒng)的可行性和有效性，我們分別采取了實(shí)驗(yàn)環(huán)境測試和實(shí)地環(huán)境測試兩種測試方式，分別從尋車成功率和尋車時(shí)間兩個(gè)指標(biāo)來評估本系統(tǒng)的性能。</p><p>　　5.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境測試</p><p>　　為了節(jié)約測試時(shí)間和加快調(diào)試進(jìn)程，我們在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下搭建了一個(gè)4*4的微型矩形車庫

62、，用于測試系統(tǒng)是否能夠正確工作，并具有良好的操作性，從而能夠提升用戶體驗(yàn)。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)室搭建測試環(huán)境模擬圖見圖22，測試者在入庫時(shí)會(huì)領(lǐng)到一張Mifare卡，停車后在車位區(qū)域有刷卡終端，刷卡即表示已經(jīng)停好車，然后我們選取任意位置刷卡尋車，查看手機(jī)端APP上顯示的信息格式是否是停車車位-刷卡位置，如果是則表明系統(tǒng)工作正常，測試數(shù)據(jù)見表1。從10組測試數(shù)據(jù)看來，系統(tǒng)工作完全正常，但是存在藍(lán)牙配對操作不熟練

63、的問題，將在接下來的工作中優(yōu)化這部分功能，并給出合理的操作提示。</p><p>　　圖22、實(shí)驗(yàn)測試環(huán)境模擬圖</p><p>　　圖23、實(shí)驗(yàn)測試環(huán)境實(shí)物圖</p><p>　　表1、4*4微型車庫測試數(shù)據(jù)</p><p>　　5.2 實(shí)地環(huán)境測試</p><p>　　本測試選址為上海浦東新區(qū)大拇指廣場地下車庫，共

64、一層，從尋車終端到固定的車位，相距約500米，且選擇了有大量建筑物或私家車遮擋，無法直接看見的車位，平面示意圖見圖24，讓志愿者利用本課題研發(fā)的尋車系統(tǒng)進(jìn)行尋車，我們主要進(jìn)行兩項(xiàng)測試內(nèi)容的測試，分別是尋車成功率測試和尋車時(shí)間測試。</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)共有兩組類型：</p><p>　?。?）實(shí)驗(yàn)組：利用本課題研發(fā)的系統(tǒng)尋車。</p><p>　?。?）對照組

65、：僅僅依靠方位和車庫內(nèi)引導(dǎo)尋車。</p><p>　　本測試挑選了16位對于大拇指廣場地下車庫地形不熟悉、不了解的志愿者，分為8組，每組2人，每組中的2人分別為實(shí)驗(yàn)組和對照組。本測試所有的出發(fā)點(diǎn)和到達(dá)點(diǎn)均為隨機(jī)生成，只有同一組志愿者的路徑相同，以作比較。</p><p>　　圖24、大拇指廣場平面圖</p><p>　　5.2.1 路徑引導(dǎo)成功率測試</p&g

66、t;<p>　　本測試時(shí)間限制為5分鐘，經(jīng)過先前有效測量，正常成年男子按照普通步速完成正確路徑需要3分05秒，因此本測試尋車有效時(shí)間限制設(shè)定為5分鐘。</p><p><b>　　尋車成功定義：</b></p><p>　　成功：在5分鐘之內(nèi)能夠僅僅依靠尋車系統(tǒng)找到目標(biāo)車位，即為成功。</p><p>　　失?。簾o法找到目標(biāo)車位；

67、或?qū)ふ业侥繕?biāo)車位的時(shí)長超過5分鐘，即為失敗。</p><p>　　測試數(shù)據(jù)見表2，從表2數(shù)據(jù)分析，志愿者都能在5分鐘時(shí)間內(nèi)找到目標(biāo)車位，說明我們的系統(tǒng)是切實(shí)可行的。</p><p>　　表2、路徑引導(dǎo)成功率測試 （日期：）</p><p>　　5.2.2 路徑引導(dǎo)時(shí)間測試</p><p>　　在不知道所尋車位的方向、位置等情況下，把僅僅依靠車

68、庫內(nèi)標(biāo)志物和方位感來尋車的志愿者※和利用本課題開發(fā)的尋車系統(tǒng)尋車的志愿者作比較，測量兩種方式的尋車時(shí)間，通過了解兩種方式尋車的快慢，來研究本系統(tǒng)的工作效率。</p><p>　　測試數(shù)據(jù)見表3，從圖25我們可以直觀的看到對照組和實(shí)驗(yàn)組在用時(shí)上的差距，采用了我們尋車導(dǎo)航系統(tǒng)的志愿者用時(shí)明顯比對照組少，節(jié)約了20%左右的時(shí)間。</p><p>　　※注：同一個(gè)對照組和實(shí)驗(yàn)組所采用路徑相同，在志

69、愿者完全不熟悉路徑的情況下進(jìn)行測試。</p><p>　　表3 路徑引導(dǎo)時(shí)間測試（實(shí)驗(yàn)組）（日期：2017/1/20）</p><p>　　圖25、實(shí)驗(yàn)組和對照組用時(shí)曲線圖</p><p><b>　　六、總結(jié)與分析</b></p><p>　　本文介紹了一種基于近場通訊技術(shù)，可應(yīng)用于大型地下車庫的尋車導(dǎo)航系統(tǒng)，以Mif

70、are停車卡作為信息載體，用戶可以通過刷停車卡進(jìn)行定位，并通過手機(jī)APP進(jìn)行導(dǎo)航的停車場尋車導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)選用了性能良好的Arduino UNO單片機(jī)作為主控制器，NFC集成模塊作為用戶識(shí)別的載體，感應(yīng)式智能IC卡Mifare卡作為停車卡的信息載體，藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸模塊實(shí)現(xiàn)與手機(jī)移動(dòng)端的通信，在APP Inventor2 開源服務(wù)器進(jìn)行APP程序的編寫，配合停車場自有的地圖庫信息，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)尋車導(dǎo)航的功能設(shè)計(jì)。</p>

71、<p>　　本系統(tǒng)的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于，目前尚未有全面投入使用的地下車庫定位解決方案，一些定位方案有較為昂貴、不方便使用的缺點(diǎn)。本系統(tǒng)基于較為簡潔的單片機(jī)+NFC系統(tǒng)，以較低的成本制作出了一個(gè)較為高效的尋車系統(tǒng)。</p><p>　　本系統(tǒng)較好地解決了地下車庫尋車難的問題，借助本系統(tǒng)尋車時(shí)間大大縮短，而且硬件成本遠(yuǎn)低于視頻尋車系統(tǒng)，故具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。但本系統(tǒng)也有一定缺陷，例如本系統(tǒng)硬件設(shè)備較多，集成度不

72、高。但我們注意到越來越多的手機(jī)開始支持NFC設(shè)備，具備NFC讀寫功能，由于移動(dòng)設(shè)備的普及，我們是否能夠?qū)⑼＼嚳ê虯PP集成在手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備端，作為一個(gè)可下載應(yīng)用，而車庫系統(tǒng)只需要?jiǎng)t以圖片的形式發(fā)送路徑圖給用戶，這將大大精簡系統(tǒng)的硬件，消除缺陷，優(yōu)化系統(tǒng)。</p><p><b>　　七、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　周鈺,曾望年,鄭建賓,13.56MHz通信技

73、術(shù)在近場手機(jī)支付方案中的應(yīng)用簡析</p><p>　　朱靜，王揚(yáng)，基于環(huán)保電子卡的智能反向?qū)ぼ囅到y(tǒng)研究</p><p>　　劉晨鑫，江中陽，NFC近場通訊技術(shù)在酒店管理中的應(yīng)用研究</p><p>　　吳思楠，周世杰，秦志光，近場通信技術(shù)分析</p><p>　　滕智飛，馬金億，李雙，杜磊，陳樂，基于NFC的門禁系統(tǒng)</p>&