一種智能停車場管理系統(tǒng)的設(shè)計

張 健，劉志成

(太原工業(yè)學院，山西 太原 030008)

0 引言

隨著近幾年經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人民生活水平也逐漸得到提高，汽車使用率的不斷上升給人們的日常工作和生活帶來了很多便利，但是停車難的問題也隨之產(chǎn)生，由于絕大部分中小型停車場依舊采用人工方式維持運行，這就使得停車場運行效率低、人工成本高[1]。

以某小區(qū)的中小型停車場為背景，設(shè)計一種智能停車場管理系統(tǒng)，可以實現(xiàn)智能開關(guān)門閘、門口車位提示、停車場內(nèi)空閑車位指示等功能，使停車場管理系統(tǒng)在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，經(jīng)濟性、安全性和使用效率得到提高，真正實現(xiàn)停車場車輛的全自動化、無人化、簡單化管理。

1 系統(tǒng)整體方案的設(shè)計

本設(shè)計以STM32F103單片機為信號分析處理核心，設(shè)計出一套低成本、安全可靠的智能化停車場管理系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由STM32F103控制器和外部的電源模塊、通信模塊、傳感器模塊、顯示模塊、道閘控制模塊組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 核心控制器

STM32F103單片機采用了比較先進的ARM微型控制器(32位)，一共有十個定時器，包括兩個高級定時器、四個一般定時器、兩個基本定時器，兩個看門狗定時器，其中的四個一般定時器和一百多個高效的I/O端口足夠本系統(tǒng)使用。另外，STM32F103集成化程度非常高，功率消耗很低，編程上可采用庫函數(shù)編程方法，大大降低編程難度。

2.2 光電傳感器

光電傳感器是由一個發(fā)射探頭和一個接收探頭構(gòu)成的檢測裝置，又稱光轉(zhuǎn)電接近開關(guān)，它是利用被檢測物體對發(fā)射探頭發(fā)出光線的反射或者遮擋，由同步回路接通電路來檢測物體是否存在[2]。其工作原理如圖2所示。

圖2 光電傳感器工作原理簡圖

本系統(tǒng)采用E18-D70NK反射式紅外光電開關(guān)來檢測車輛。E18-D70NK額定工作電壓為5 V，檢測范圍為15 cm～600 cm，信號發(fā)生時間低于3 ms，能夠在-15℃～50℃的溫度范圍內(nèi)正常工作。當有車輛在檢測區(qū)域出現(xiàn)時，傳感器將產(chǎn)生一個高電平信號通過輸出端送至單片機的IO口，單片機按照相應的程序設(shè)計分析后產(chǎn)生控制信號。

2.3 舵機

舵機的硬件電路主要由直流電機、電位器、調(diào)制芯片、控制電路組成。內(nèi)部電路如圖3所示[3]。

控制舵機工作的信號通過接收機進入調(diào)制芯片，來獲取所需的直流偏置電壓。在舵機內(nèi)部有一個可以產(chǎn)生周期為20 ms，寬度為1.5 ms的基準信號，將直流偏置電壓與此基準電壓進行比較，產(chǎn)生電壓差輸入到電機的正負極，電機的轉(zhuǎn)速趨于穩(wěn)定時，通過內(nèi)部的減速齒輪帶動的定位器調(diào)整電位差使其為零，舵機動作完成。

圖3 舵機內(nèi)部硬件電路圖

2.4 LCD顯示屏

液晶顯示屏(LCD)是廣泛用于各種顯示場所的一類顯示器。LCD在顯示時采用了兩片極化材料，在兩者之間是液體狀的水晶溶液，在有電流通過時液體會重新進行排列，使光線通過從而達到顯示的目的。

2.5 HC-05L藍牙模塊

HC-05是以藍牙無線技術(shù)標準為基礎(chǔ)的一種用于短距離數(shù)據(jù)交換的模塊，主要用于單片機之間的短距離無線通信(使用2.3-2.485GHz的ISH范圍內(nèi)的標準無線電波)[4]。最初是由愛立信集團于1994年創(chuàng)立，作為RS232數(shù)據(jù)通信的一種替代方案，可以同時連接多個設(shè)備，解決了多模塊數(shù)據(jù)同步的難題。

2.6 系統(tǒng)總體電路

系統(tǒng)的總體電路如圖4所示。系統(tǒng)以STM32F103單片機為控制核心，用到三個32單片機。每個單片機有自己的電源模塊和通信模塊，組成獨立的系統(tǒng)。每個系統(tǒng)有自己特殊的功能，以控制道閘為主要功能的是1號系統(tǒng)、以停車場內(nèi)部車位檢測為主要功能是2號系統(tǒng)、以入口智能顯示為主要功能是3號系統(tǒng)。各系統(tǒng)之間通過藍牙通訊模塊進行數(shù)據(jù)交換。

圖4 系統(tǒng)總體電路圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

本文采用了模塊化編程的思想進行相應的程序設(shè)計，將整個系統(tǒng)的軟件設(shè)計分成了以下幾個模塊：道閘自動控制程序，停車場內(nèi)部車位信息檢測程序，串口通訊程序，入口顯示屏顯示程序等。系統(tǒng)主程序運行流程圖如圖5所示。三個最小系統(tǒng)中主程序的執(zhí)行以二號系統(tǒng)為基礎(chǔ)，二號系統(tǒng)通過對內(nèi)部車位信息檢測產(chǎn)生的數(shù)據(jù)直接決定著其他各個系統(tǒng)是否動作。二號系統(tǒng)的單片機將車位信息以二進制數(shù)的形式通過串口發(fā)送，此時一號和三號單片機仍處于等待狀態(tài)，當一號和三號系統(tǒng)接收到串口中斷信息后讀取相關(guān)數(shù)據(jù)開始執(zhí)行主程序。整個程序運行周期以二號單片機進入主程序為開始標志，以一號和三號單片機控制端開始動作為一個運行周期結(jié)束的標志。

圖5 系統(tǒng)主程序流程圖

4 系統(tǒng)組裝與調(diào)試

4.1 道閘控制系統(tǒng)調(diào)試

在系統(tǒng)硬件電路搭建及軟件設(shè)計完成的基礎(chǔ)上，設(shè)計道閘控制系統(tǒng)，并搭建在由亞克力板材組成的道閘門框架上來進行實際測試。在道閘框架搭建好后就可以將舵機、傳感器、控制模塊、電源模塊等硬件進行安裝，然后進行上電調(diào)試。

4.2 車位信息檢測系統(tǒng)調(diào)試

本系統(tǒng)的調(diào)試需要建立在相應模型框架基礎(chǔ)上進行驗證，通過模型模擬出停車場內(nèi)的基本情況，并將硬件系統(tǒng)安裝到模型上進行基本功能的實現(xiàn)，從而檢測是否符合設(shè)計要求。即在停車場模型的基礎(chǔ)上，在相應位置安裝傳感器和控制系統(tǒng)，安裝完成后進行上電實驗，通過不斷調(diào)試修改參數(shù)使其達到設(shè)計要求。

4.3 測試結(jié)果

系統(tǒng)搭建完成后通過對各模塊部件檢查后，即可模擬停車場日常工作情況對系統(tǒng)進行測試。上電運行效果圖如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)實物圖

5 結(jié)語

基于部分中小型停車場只是簡單的通過人為控制道閘開關(guān)來管理停車場，運行效率低的缺陷，本文設(shè)計了一種基于單片機的智能停車場管理系統(tǒng)，采用模塊化設(shè)計方法，通過對道閘控制模塊、停車場內(nèi)部車位檢測系統(tǒng)、LCD顯示模塊的設(shè)計，實現(xiàn)道閘的自動開關(guān)，各車位使用情況的實時顯示等功能，通過系統(tǒng)組裝調(diào)試及實物模擬驗證，效果良好。