基于LoRa_的室内停车场车辆定位系统

第 29 卷第 2 期2023 年 5 月

Vol. 29 No.2May 2023

基于LoRa 的室内停车场车辆定位系统

王菊娇

（广西交通职业技术学院，广西南宁 530023）

摘要：随着人们经济水平的提高，机动车持有率大幅度增加，城市车位难、停车后车辆

难寻的静态交通问题越来越受到重视，人们对大型室内停车场中基于位置服务的需求日益增加。笔者设计了一种基于LoRa 的室内停车场定位系统，该系统通过LoRa 集中器将信息采集终端采集的车位信息进行提取，并上传到服务器，服务器根据需求将定位发送到手机客户端，帮助用户更加方便快捷地到车位和反向寻车。

关键词：LoRa ；定位；车位；反向寻车

中图分类号： TP273 文献标识码： A 文章编号： 1673-8462（2023）02-0097-05

0　引言

随着经济的迅速发展，汽车保有量稳步提升，2021年全国机动车保有量达3.9亿辆，汽车驾驶人达4.44亿人［1］，机动车行驶的路径导航系统也日新月异，为机动车地面出行提供了便利，但对机动车的地下停放、寻的定位研究则涉及较少。特别是在大型地下停车场，车主为了寻空余车位，需耗费大量的时间和精力，既浪费燃油，增加空气污染程度，又容易造成交通堵塞影响出行。同时，寻车难的问题也困扰着广大室内停车的车主，有时为了寻车，往往需要跑大半个停车场，无形中增加了出行时间成本。因此，设计一款应用于室内停车场的智能导航空余车位和反向寻车的定位系统很有必要。

目前，市面上用于定位技术有很多，常见的有GPS 、射频识别、红外线、蓝牙定位技术等，但因地下停车场特有的地理位置和结构，对定位技术带来了新的挑战。如GPS 采用三角定位的原理来定位出目标所处

的位置，但是GPS 信号受到障碍物遮挡后信号衰减严

重，

特别是地下定位效果不理想；射频识别技术（RFID ）是基于一个射频识别协议相互传输数据从而定位

目标，

但不便于整合到移动设备之中，且难以对用户的安全隐私保护；红外线定位技术可指定位置的传感器设备来辅助定位，但其穿透性差，且易受到烟雾、光线等影响；蓝牙定位技术是通过蓝牙信标与用户设备进行直接交互，但其存在传输距离近，容易受到干扰等问题。本文基于LoRa 技术的室内智能停车定位系统，即通过LoRa 定位技术的应用帮助用户更加方便快捷地到自己的车辆，该系统具有定位距离远、运行功耗低、反应迅速等优点。

1　LoRa 技术

LoRa 是一种低功耗局域网无线标准，又名远距离

无线电，部署可以轻松集成到现有基础设施中，并支持低成本电池供电的物联网应用。室内停车场因遮挡

∗

收稿日期：2023-03-09.

基金项目：广西高校中青年教师科研基础能力提升项目（2021KY1125）。

作者简介：王菊娇（1986-），女，湖北武汉人，硕士，广西交通职业技术学院讲师、工程师，研究方向：物联网技术、电子应用

技术。

广西民族大学学报（自然科学版）

JOURNAL OF GUANGXI MINZU UNIVERSITY

（Natural Science Edition ）

2023 年 5 月第29 卷

广西民族大学学报（自然科学版）

物、传输距离等因素影响信号强度，而LoRa的主要特

点是同等的功耗条件下比其他无线方式传播的覆盖

的范围更广，郊区范围可以达到15 km，城市里可以达

到5 km，且抗干扰能力强，较好地实现了低功耗和远

距离的统一。

2　系统总体设计

为了方便用户进入室内停车场后快速到空余

车位，查车辆所在位置，充分考虑实现该系统安装的成本、难度等问题。总体设计方案分为两个部分，空余车位导航和反向寻车导航。空余车位导航部分是由车辆扫码进入室内停车场，车辆定位系统根据车主的地点和车位空闲的节点计算出最优路径，并提供多种方案给车主进行选择。车主根据实际需要，如靠近电梯口、靠近某条主干道或距离最短进行选择，并根据系统导航到指定位置。反向寻车导航部分是通过停车位前上方的采集终端对汽车的车牌图像进行识别，并由LoRa通信将车牌信息发送至服务器的数据库中进行存储，当用户需要查车辆位置信息时，可使用手机登录小程序，用户输入车牌后，即可显示车辆所在的车位信息，用户通过车位信息可快速导航所对应车辆的位置。

车位采集终端主要由摄像头模块、LoRa通信模块、显示模块、CPU中央处理模块组成。摄像头模块实现的功能是采集车牌照片，通过图像识别技术将图像上的车牌信息识别出来，然后通过LoRa通信模块将车牌识别发送到服务器端。同时本模块采用双点阵屏幕，当车位上停有汽车时候，显示模块会以红

将车牌显示出来，由于终端安装在车位的前上方，用户可快速看到车牌；当车位空闲时，显示模块上显示绿“空闲”标志，方便用户到空闲车位。

LoRa集中器主要由LoRa通信模块、USB通信模块组成。实现的功能是连接停车场内所有的车位采集终端设备，采集到各个终端设备的信息并通过USB方式传输到服务器。

服务器主要实现车位管理功能。收集各个车位的情况，并存储在数据库里，并提供车位信息查询的界面，用户可通过手机界面查看空闲车位并根据界面上的导航信息到车位；同时用户也可输入车牌号码搜索到汽车停放的车位并根据导航信息到汽车。

客户端主要实现用户通过手机小程序打开停车场管理系统，查询空闲车位及查汽车的功能。系统总体结构如图1所示。3　系统主要硬件模块设计

3.1　车位采集终端的设计

车位采集终端主要由摄像头模块、LoRa通信模块、显示模块、CPU控制器模块组成（见图2）。其中CPU控制器模块采用STM32F407IGT6为主控芯片［2］，该芯片内部资源非常丰富，主频经过内部倍频后高达168 MHz，片上FLASH高达1 M，具有高速DCMI数字摄像头接口等。由于本终端采用的是CMOS摄像头，需要高速视频接口、大容量的FLASH 空间，经测试STM32F407IGT6满足此应用需求。［3］

摄像头模块采用摄像头传感器OV5640，该传感器成本低，500万像素，符合本设计要求，其输出图像的数据格式支持JPEG、RGB565、YUV、YCbCr422格式，本终端采用RGB565格式图像数据进行处理［4］，主要流程有车牌图像数据的采集、图像数据的二值化处理，车牌识别区域的划分，字符分割，字符匹配等。具体基于OV5640的摄像模块设计如图3所示。

汽车gps定位

由于室内停车场的手机信号较弱，车位采集终端的数量多，有线通信方式的线路部署较困难，故本系统采用远距离、低功耗、多节点、低成本、抗干扰能力强的LoRa通信。考虑SX1278是半双工传输的低中频收发器，符合本系统的要求，故采用该芯片进行数据无线通信。

3.2　LoRa集中器的设计

LoRa集中器是连接停车场内所有的车位采集终端设备，将采集到各个终端设备的信息并通过USB转TTL方式传输到服务器。其中LoRa模块采用与车位采集终端同样的通信模块，该LoRa模块可实现多节点连接，符合系统设计要求。LoRa集中器框图见图4

。

图1

系统总体结构图

图2 车位采集终端框图

2023 年第 2 期数学与计算机技术

●王菊娇/基于LoRa 的室内停车场车辆定位系统

4　系统主要模块软件设计

4.1　车牌识别技术

本系统的图像采集模块由OV5640摄像头进行图

像信息的采集，该摄像头通过手动调焦，一直到图片最清晰的状态，经过STM32F407IGT6单片机进行处理，最终得出车牌信息。车牌识别软件主要流程图如图5所示。

图像采集模块：由OV5640摄像头拍照采集图像数据之后将图像数据转换成计算机数据指令供给STM32F407IGT6单片机处理。

图像处理模块：该部分包括图像灰度化、灰度变换、中值滤波等三大部分，图像处理之后是车牌的定

位。车牌定位首先将图像中的无关车牌的图像数据切

除。该步骤将系统终止滤波后的图像数据进行车牌的定位，在该步骤当中将无用的图像数据切除，只保留车牌图像部分，将多个字符从完整的车牌中一一分解出来使之成为单个字符，并进行逐个字符识别，由此一套完整的车牌识别过程结束。

图像处理是整个车牌识别流程当中最重要的部分，首先进行图像灰度化，其主要的目的就是给彩图片进行灰度化处理，图像数据进行灰度化处理后会由彩转换成灰度图像。灰度变换是指灰度拉伸，在这一过程中STM32F407IGT6单片机根据灰度直方图的分布特点，为了更加清楚地进行图像识别，系统会根据我们的需求对灰度区间进行分段拉伸，经过图像的灰度变换，图像的对比度会增强，有助于后续的进行。中值滤波是属于图像平滑的处理方法，图像进行灰度变换之后，往往会有一些孤立的噪点，这些噪点是图像识别过程中不需要的干扰，会影响整个过程，为了更加准确清晰地识别车牌信息需要通过软件算法将其过滤掉，经历中值滤波之后会将噪点去除，方便后续进行车牌定位以及字符的识别。图像处理与车牌定位处理主要流程见图6

。

图5

车牌识别主要流程图

图3 基于OV5640的摄像模块设计图

CPU 控制器模块

LoRa 通信

模块

USB 通信 (USB 转TTL)

图4 LoRa 集中器框图

2023 年 5 月第29 卷

广西民族大学学报（自然科学版）4.2　LoRa 通信设计

收发器SX1278芯片与单片机之间的通信方式是采用SPI 接口，该芯片使用方法也相对简单，主要流程有SPI 接口初始化，配置通信参数，切换工作模式，收发数据等，如图7所示。

关键收发代码如下：

#if defined （SX1276_RX_DEF ）

if （SX1276Process （） == RF_RX_DONE ）｛SX1276GetRxPacket （ Buffer ，（ uint16_t* ）&Buf⁃ferSize ）；

UART_ApiStructure.send_str （Buffer ， Buffer⁃Size ）；

for （i=0；i<30；i++）Buffer ［i ］ = 0；SX1276StartRx （）；｝#else

if （SX1276Process （） == RF_TX_DONE ）｛UART_ApiStructure.send_str （"LoRa

send

ok\r\n"， 14）；

｝#endif

4.3　小程序的设计

为了方便用户快速到空闲车位、寻车辆停放位置，采用开发者工具开发了“智慧停车系统”小程序。新进停车场的用户可以扫码或者搜索到智慧停车系统小程序，通过小程序寻空闲车位的功能快速到空闲停车位。同时已入库的用户也可以通过智慧停车系统小程序“车”功能快速到汽车停放的位置及导航路线。“智慧停车系统”小程序操作界面见图8。

5　结语

本设计通过车位采集终端对空闲车位进行检测，将检测到的信息传输到服务器，服务器根据需求将空闲车位信息或车辆定位发送到手机客户端，帮助用户更加方便快捷地到车位和反向寻车，有利于室内停车场资源得到科学和有效的利用，大大提升室内停车场服品质。

［参考文献］

[1] 李静, 朱若岭.关于汽车后市场保险营销项目管理的几点思考[J].技术与市场,2021,28(5):163-164.

[2] 李昆亮.基于DSP 的风力发电机主控制器系统设计[D].南昌：南昌航空大学,2015.

[3] 宋春胜, 廖鑫欣.基于OV5640的图书馆座位检测系统研究[J].轻工科技,2019,35(6):76-77,82.

[4] 张露露.视觉导引AGV 控制系统与轨迹跟踪方法研究[D].大连：大连交通大学,2020.

［责任编辑苏琴

］

图6

图像处理与车牌定位处理主要流程图图7 LoRa

通信设计

图8 小程序操作界面图

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2023 年第 2 期●王菊娇/基于LoRa的室内停车场车辆定位系统

Vehicle Location System for Indoor Parking Lot Based on LoRa

WANG Jujiao

（Guangxi Transport Vocational and Technical College，Nanning 530023，China）Abstract：With the

improvement of people's economic level，the rate of motor vehicle ownership has increased greatly，and the static traffic problem such as difficult to find urban parking Spaces and hard-to-find vehicles after parking has attracted more and more attention. People's demand for location-based services in large indoor parking lots is increasing day by day. In this paper， an indoor parking lot positioning system based on LoRa is designed. The system extracts parking information collected by the information collection terminal through the LoRa concentrator and uploads it to the server.The server sends the positioning to the mobile phone client according to the demand，helping users to find parking Spaces and reverse search more easily and quickly.

Keyword：LoRa；Location；Parking space；Reverse search

(上接第89页)

The Equivalent Characterizations of τ-automorphism

Invariant Modules

LI Yuyan, WANG Qilin

（School of Mathematics and Information Sciences，Longnan Teachers College，Longnan 742500，

China）Abstract：In this paper，some properties of τ-automorphism and τ-automorphism-invariant module are introduced， the equivalent characterizations of τ-automorphism-invariant module are given， it is proved that there are two equivalent conditions which M is τ-automorphism invariant：（1） Every τ-isomorphism between two τ-essential submodule of M extends to a τ-automorphism of M；（2）Every τ-isomorphism between two τ-essential submodule of M extends to an endomorphism of M.

Keyword：τ-automorphism；τ-automorphism-invariant modules；τ-essential submodules；Quasi-injective modules

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基于LoRa_的室内停车场车辆定位系统

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