STM32F107的停車引導系統(tǒng)設計*

韓進，賈富拓

（1.山東科技大學電子通信與物理學院，青島266590；2.山東科技大學）

STM32F107的停車引導系統(tǒng)設計*

韓進1，賈富拓2

（1.山東科技大學電子通信與物理學院，青島266590；2.山東科技大學）

本文設計的停車誘導系統(tǒng)以STM32F107微控制器為核心處理器，由RFID讀卡器組成檢測電路，用來檢測停車場的車輛通過情況；有源RFID的無線模塊發(fā)送信號，由檢測模塊將檢測信號上傳至上位機，由上位機控制停車場地面的指示燈（用來指示是否有車輛通過）的開啟與關(guān)閉。采用Modbus通信協(xié)議進行控制和監(jiān)控，實現(xiàn)了與外界環(huán)境相結(jié)合的人為可控智能閉環(huán)系統(tǒng)。

停車引導系統(tǒng)；STM32F107；RFID；地面指示燈

引言

隨著中國城市現(xiàn)代化的發(fā)展，在擁擠的市區(qū)里汽車與停車位之間的問題越來越突出。停車場日漸無法滿足越來越多的停車需求，如何充分利用有限的資源滿足車輛的泊車需求，成為當前急需解決的問題。基于STM32F107的停車引導系統(tǒng)可以通過提供停車場位置、車位使用及其相關(guān)路線等信息，引導出行者快速有效地找到停車位，充分發(fā)揮停車場的使用率，并具有低功耗、穩(wěn)定性強、通信距離遠、傳輸速度快、誤碼率低等特點。

1 總體方案設計

系統(tǒng)的設計主要由6部分組成：上位PC機、RFID讀卡器、微控制器STM32F107、RFID標簽、TU8001模塊、燈光引導模塊。每輛汽車都會配發(fā)一個RFID標簽，標簽上有唯一的地址，每0.5 s發(fā)射一次信號。在汽車行駛過程中，標簽內(nèi)的信息被RFID讀卡器接收，RFID讀卡器通過RS485總線上傳到上位機，上位PC機提供操作界面，通過modbus協(xié) 議 控制 STM32F107模塊的 高 低電 平，STM32F107控制指示燈的亮滅。微控制器STM32F107通過的接口電路向RS485總線發(fā)送指令和接收RS485總線各個節(jié)點的信息；TU8001模塊是串口服務器模塊，使RS485信號可以轉(zhuǎn)成網(wǎng)絡信號；上位機和設備之間可以直接通過網(wǎng)線連接。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2 硬件設計

2.1 控制器選型

采用STM32F107網(wǎng)絡處理器作為系統(tǒng)核心單元，此芯片具備72 MHz運行頻率和90 DMIPS的處理性能，集成了以太網(wǎng)、CAN總線、RS485、RS232、USBOTG等各種高性能工業(yè)標準接口，其標準外設包括10個定時器、16路12 位1 Msps的A/D轉(zhuǎn)換器、2路12位D/A轉(zhuǎn)換器等，可以應用于多種工業(yè)場合。

2.2 RS485接口電路

RS485接口組成的半雙工網(wǎng)絡，一般是兩線制，多采用屏蔽雙絞線傳輸。這種接線方式為總線式拓撲結(jié)構(gòu)，在同一總線上最多可以掛接32個節(jié)點。在RS485通信網(wǎng)絡中一般采用的是主從通信方式，即一個主機帶多個從機。RS485最大的通信距離約為1 219 m，最大傳輸速率為10 Mbps。傳輸速率與傳輸距離成反比，如果需更長的傳輸距離，可增加485中繼器，以滿足停車場的通信要求。

ADM2582E/ADM2587E是具備±15 kV ESD保護功能的完全集成式隔離數(shù)據(jù)收發(fā)器，適合用于多點傳輸線路上的高速通信，ADM2582E/ADM2587E包含一個集成式隔離DC/DC電源，不再需要外部DC/DC隔離模塊。該器件針對均衡的傳輸線路而設計，符合ANSI/TIA/EIA RS-485-A-98和ISO 8482：1987（E）標準；采用ADI公司的iCoupler技術(shù)，在單個封裝內(nèi)集成了一個三通道隔離器、一個三態(tài)差分線路驅(qū)動器、一個差分輸入接收機和一個isoPowerTM DC/DC轉(zhuǎn)換器；采用5 V或3.3 V單電源供電，從而實現(xiàn)了完全隔離的RS485解決方案。設計電路如圖2所示。

圖2 RS485接口電路

2.3 標簽和讀卡器設計

標簽和讀卡器都采用nRF24LE1模塊。nRF24LE1采用了Nordic公司無線和超低功耗技術(shù)，具有掉電和等待多種低功率工作模式。當以-6 dBm的功率發(fā)送時，工作電流只有8.8 mA；當以0 dBm功率發(fā)射時，工作電流僅11.1 mA；而在2 MHz接收時，工作電流僅13.3 mA。因此，nRF24LE1模塊在一個極小封裝中集成了 2.4 GHz nRF24L01+和增強型8051Flash高速單片機，具有豐富的外設資源，內(nèi)置128位AES硬件加密器、32位硬件乘除協(xié)處理器、6～12位ADC、兩路PWM、I2C總線、UART接口、硬件隨機數(shù)產(chǎn)生器件、WDT、RTC、模擬比較器等。在室內(nèi)距離可達30～40 m，室外可達100～200 m?？罩兴俾首罡哌_2 Mbps，為開發(fā)應用帶來了方便，很適合應用于各種2.4 GHz的產(chǎn)品設計。原理圖如圖3所示。

RFID讀卡器加 RS485芯片隔離，讀卡器中的nRF24LE1模塊接收到標簽中nRF24LE1模塊的信號之后，向上位機發(fā)送讀卡器的地址信息，則上位機可以控制讀卡器附近的地面指示燈亮起。對于nRF24LE1通過設置RF_SETUP寄存器中的RF_DR，可將空中速率設置為250 kbps、1 Mbps、2 Mbps。使用高速率可以獲得較低的平均電流，從而減少空中受干擾和碰撞的機率；使用較低的速率將會獲得更好的接收靈敏度。注意接收方和發(fā)送方必須設定為同一速率方可通信。

2.4 串口通信模塊

采用TU8001-DC模塊，這款是RS485轉(zhuǎn)TCP/IP串口聯(lián)網(wǎng)服務器，TCP/IP轉(zhuǎn)串口RS485、RS422，TCP/IP串口服務器/串口聯(lián)網(wǎng)模塊，支持雙向傳輸。具有10/100M自適應以太網(wǎng)接口，支持AUTO MDI/MDIX，可使用交叉網(wǎng)線或平行網(wǎng)線連接，波特率在115.2 kbps以上并且可以選擇手動或自動設置?？蛇x擇TCP Sever、TCP Client、UDP工作模式，支持虛擬串口工作模式、工作端口、目標IP地址和端口號均可以用管理軟件輕松設定，可以使用AT指令通過串口配置模塊參數(shù)，使網(wǎng)絡斷開后可以自動斷開連接，保證整個網(wǎng)絡可靠地建立TCP連接、靈活的串口數(shù)據(jù)分幀設置，滿足用戶各種分包需求，UDP方式下禁止了包廣播、在高速收發(fā)數(shù)據(jù)的情況下，發(fā)熱比較低，支持DNS動態(tài)域名遠程連接。

3 軟件設計

主流程圖如圖4所示。系統(tǒng)初始化完成后，RS485總線通過TU8001模塊發(fā)送給上位機指令，上位機收到指令后快速尋找停車位。二進制搜索算法是一種典型的確定性防碰撞算法，通過多次比較逐一讀出所有標簽的序列號。為了從一組標簽中讀出一個標簽的序列號，上位機軟件首先發(fā)送閱讀命令，檢查碰撞情況，如果發(fā)生碰撞，則將響應的標簽進行分組，選擇其中的一組進行下一輪搜索，直到讀出一個完整的序列號為止。

圖4 主程序流程圖

4 設計具體實現(xiàn)

通過TU8001的轉(zhuǎn)接口實現(xiàn)RS485總線與PC機串口的數(shù)據(jù)交換。讀卡器在未檢測到標簽信息時，每2 s檢測一次，當讀卡器檢測到標簽信息時，改為每秒上傳一次信息。

讀卡器讀到標簽的數(shù)據(jù)后，通過Socket（Socket調(diào)試工具是一款網(wǎng)絡TCP/UDP通信調(diào)試工具）上傳給上位機，上位機接收到標簽的數(shù)據(jù)后與數(shù)據(jù)庫內(nèi)的信息進行比對，計算出持有標簽的該車的停車位，檢測到標簽信息的讀卡器附近的指示燈會亮起，從而指引汽車順利到達指定的停車位。

當車行駛過去之后，讀卡器檢測不到標簽的信息，指示燈就會自動熄滅。具體實現(xiàn)如圖5所示。

結(jié)語

本設計以STM32F107微控制器為核心，同TU8001通信轉(zhuǎn)換器、RFID以及上位機組成引導系統(tǒng)，實現(xiàn)了RS485通信，采用了內(nèi)部嵌入單片機的射頻收發(fā)芯片nRF24LE1實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和檢測，達到了對燈光設備的可控性和閉環(huán)自身調(diào)節(jié)的目的?；赟TM32F107微控制器，通過RS485總線控制的智能停車引導系統(tǒng)，具有功能強大、實時性強、穩(wěn)定可靠、便于擴展等特點，應用前景良好。

圖5 設計實現(xiàn)圖

［1］郎為民.射頻識別（RFID）技術(shù)原理與應用［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2006.

［2］ST.STM32F10xxx參考手冊，2010.

［3］馮春艷.RFID防碰撞算法研究［D］.廣州：中山大學，2008.

［4］劉勃，宋慶恒，胡三慶.基于 RFID的停車場智能管理系統(tǒng)［J］.計算機與數(shù)字工程，2008（5）.

［5］夏志國.RFID系統(tǒng)標簽防碰撞算法及安全協(xié)議研究［D］.長沙：湖南大學，2010.

［6］吳釗炯，嚴仍友.2.4 GHz無線收發(fā)芯片nRF24E1的原理及應用［J］.國外電子元器件，2004（9）.

Parking Guidance System Based on STM32F107

Han Jin1，Jia Futuo2

（1.School of electronic communication and physics，Shandong University of Science and Technology，Qingdao 266590，China；2.College of information science and engineering，Shandong University of Science and Technology）

The system of parking guidance takes the STM32F107 microcontroller as the core processor and the detection circuit is composed of a RFID card reader which is used to detect the condition of vehicles.When the active RFID wireless module sends a signal，the detection module will detect the signal and upload to the host computer which controls the opening and closing of the indicator light（used to indicate whether the vehicle pass or not）buried in the parking ground.With the usage of Modbus communication protocol to control and monitor，the design realizes an artificially controlled intelligent closed-loop system combined with the external environment.

parking guidance system；STM32F107；RFID；ground lights

TP273

A

楊迪娜

2014-10-04）

青島經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)重點科技發(fā)展計劃項目（No：2013-1-62）；山東科技大學研究生教育創(chuàng)新計劃項目（KDYC13012）資助。