基于STC89C51的智能車位鎖設(shè)計(jì)

戴才舟 湯羽 陳雨欣 丁浩

摘 要：文章通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)智能控制、自動(dòng)計(jì)費(fèi)、安全控制等功能，從而完成智能無人化車位鎖管理的目的，實(shí)現(xiàn)用戶停車前對空缺車位定位和預(yù)定的功能，解決駕駛員因?yàn)檎也坏娇臻e的停車場而在道路上巡游的問題。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);智能化;用戶停車

中圖分類號：U462.1 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）21-22-03

Abstract： Real-time intelligent control， automatic billing， security control and other functions are realized through the Internet of Things technology， so as to complete the purpose of intelligent unmanned parking lock management. The function of locating and booking vacant parking spaces before parking is realized. Solve the problem that the driver is cruising on the road because he cannot find an empty parking lot.

Keywords： Internet technology; Intelligent; User parking

CLC NO.： U462.1 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）21-22-03

前言

私人汽車已經(jīng)步入普通家庭，成為工作、學(xué)習(xí)、生活、旅行的必備交通工具。然而伴隨著私人汽車數(shù)量的暴增，相應(yīng)的停車設(shè)施和道路設(shè)施顯得不盡完美。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國的汽車保有量為1.94億輛。由于我國的土地成本高昂，停車位的價(jià)格也是水漲船高，由此，全國的停車位數(shù)的增長遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上私家車的數(shù)量。

由于城市汽車數(shù)量的增加，大多數(shù)用戶出行時(shí)都需要在幾個(gè)不同的地點(diǎn)停車，但是停車位的數(shù)量是有限的。同時(shí)，私人車位出現(xiàn)了大量的閑置，如車位擁有者開車出行，即出現(xiàn)私有車位大量閑置的現(xiàn)象，車位閑置資源浪費(fèi)嚴(yán)重。如何解決私有車位閑置浪費(fèi)問題？本系統(tǒng)研究了一款智能無人化車位鎖，其能夠有效的整合車位資源，緩解停車難問題。

1 總體設(shè)計(jì)

針對智慧交通中停車位的重要環(huán)節(jié)進(jìn)行了針對性的研究，設(shè)計(jì)了傳感器模塊、安全控制模塊、繼電器模塊、核心處理器模塊、狀態(tài)顯示模塊、系統(tǒng)控制模塊、無線通信模塊等，實(shí)現(xiàn)閑置車位的有效利用，并通過LabVIEW技術(shù)實(shí)時(shí)拍照安全檢測功能，達(dá)到智能無人化管理的目的。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)

結(jié)合車位鎖設(shè)計(jì)需求，系統(tǒng)選取STC89C51單片機(jī)作為系統(tǒng)核心處理單元，其具有體積小、成本低、功耗低、可靠性好、適用范圍寬等特點(diǎn)，從而特別適合在智能車位鎖中使用。

在智能車位鎖系統(tǒng)中，我們通過超聲波測距模塊所采集到的信息，來操縱蜂鳴器模塊與繼電器模塊實(shí)現(xiàn)車位鎖的智能升降。

單片機(jī)STC89C51是基于8051核的ISP在系統(tǒng)可編程芯片，芯片整體工作原理兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，在芯片物理構(gòu)成方面，集成了8位CPU和ISP Flash單元，具有在系統(tǒng)可編程特性，省去了購買通用編程器，而且速度更快。其精簡指令集結(jié)構(gòu)，內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，使得共享車位鎖系統(tǒng)更加可靠方便。

2.2 繼電器

本產(chǎn)品采用雙繼電器形式，DC+接電源正極（電壓按繼電器要求，有不同的選擇），DC-接電源負(fù)極，IN端口可以通過高或低電平的方式來控制繼電器吸合繼電器輸出端，NO 為繼電器常開接口，因此繼電器吸合前懸空，吸合后與COM短接，NC是繼電器常閉接口，繼電器吸合前與COM 短接，吸合后懸空;COM為繼電器公用接口，高低電平觸發(fā)選擇端有跳線與low短接時(shí)為低電平觸發(fā)及跳線與high短接時(shí)為高電平觸發(fā)。繼電器作為半導(dǎo)體模塊的開關(guān)，繼電器電路結(jié)構(gòu)如圖2所示：

2.3 超聲波傳感器

本系統(tǒng)采用超聲波傳感器來檢測車輛信息，完成車位鎖的開關(guān)控制。超聲波傳感器電路原理圖如圖3所示。

傳感器原理圖主要由發(fā)射和接收兩部分電路構(gòu)成。配合單片機(jī)控制系統(tǒng)，超聲波傳感器將超聲波的信號轉(zhuǎn)換成電信號，將電信號輸入至單片機(jī)對應(yīng)端口，即可完成電信號處理從而得出超聲波傳感器檢測數(shù)據(jù)。發(fā)射電路主要由發(fā)射換能器、三極管、反相器構(gòu)成。接收電路主要由換能器、電源控制三極管和CX20106A構(gòu)成。整體傳感器性能穩(wěn)定、應(yīng)用范圍廣、硬件成本低。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 PID算法

進(jìn)一步研究系統(tǒng)的控制機(jī)制，對PID控制算法進(jìn)行了詳細(xì)研究，首先在PID控制和模糊PID控制算法方面進(jìn)行了針對性分析，從仿真結(jié)果得出，模糊PID控制具有較好的控制效果。

自適應(yīng)能力是模糊PID控制的重要評價(jià)指標(biāo)之一。目前主要通過設(shè)計(jì)變換域提升模糊PID控制的自適應(yīng)能力，本文設(shè)計(jì)了基于特定的函數(shù)模型和模糊控制規(guī)則的變換域，自適應(yīng)系統(tǒng)輸入量而自動(dòng)調(diào)整。

3.2 主程序的設(shè)計(jì)

結(jié)合智能車位鎖實(shí)際工作情況，無車輛進(jìn)出時(shí)，整體系統(tǒng)處于靜默待機(jī)狀態(tài)，當(dāng)有車輛請求進(jìn)出后，根據(jù)用戶請求信號完成狀態(tài)轉(zhuǎn)移。使用停車位流程：車位收到解鎖信號，系統(tǒng)對信號進(jìn)行解碼并將解鎖結(jié)果發(fā)送至單片機(jī)處理單元，單片機(jī)對信號進(jìn)行核驗(yàn)（身份信息、車位信息等），符合合法車輛后解鎖車位鎖，同時(shí)蜂鳴器發(fā)出警報(bào)，允許車輛進(jìn)入使用該停車位。離開停車位流程：當(dāng)用戶駕車離開時(shí)，車位鎖超聲波測距模塊，根據(jù)測距數(shù)據(jù)的變化，自動(dòng)升起車位鎖，無需用戶進(jìn)行人工干預(yù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)無人化管理。

在其他輔助功能方面，系統(tǒng)增加了系統(tǒng)過流保護(hù)、自動(dòng)升鎖保護(hù)、警報(bào)機(jī)制等功能。系統(tǒng)過流保護(hù)主要對系統(tǒng)電流大小進(jìn)行監(jiān)測，解決電流不穩(wěn)定導(dǎo)致的系統(tǒng)故障問題。自動(dòng)升鎖保護(hù)以防惡意占位等現(xiàn)象。警報(bào)機(jī)制與停車位管理平臺對接，當(dāng)車位鎖出現(xiàn)故障或者遭到惡意破壞時(shí)，及時(shí)通知后臺管理人員，保障整體系統(tǒng)正常運(yùn)營。

在智能車位鎖軟件設(shè)計(jì)方面，采用傳統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)思路。分別按照頂層設(shè)計(jì)、主程序設(shè)計(jì)、模塊設(shè)計(jì)思路完成軟件部分。模塊化設(shè)計(jì)的優(yōu)勢在于方便調(diào)試、測試、維護(hù)等。

3.3 流程圖

4 主體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要利用多傳感器技術(shù)，通過整個(gè)系統(tǒng)收集目標(biāo)停車位的狀態(tài)信息，結(jié)合當(dāng)前車輛OBU信息標(biāo)簽（包括車輛基本信息車牌、車型、顏色等）、進(jìn)出時(shí)間、目標(biāo)車位等。系統(tǒng)管理端能夠整合智能車位鎖信息，實(shí)時(shí)顯示整個(gè)停車場或者小區(qū)內(nèi)閑置可用停車位數(shù)量、已使用停車位數(shù)量、日均使用量、使用時(shí)長等信息。在此基礎(chǔ)上，提供可預(yù)約服務(wù)功能，從而大大提高了閑置車位的利用率。具體實(shí)物展示如圖6所示：

5 結(jié)論

智能車位鎖項(xiàng)目最主要的可以應(yīng)用在3個(gè)方向。首先，對政府而言，共享型智能車位鎖的設(shè)計(jì)可以有效解決城市亂停車的現(xiàn)象，尤其是醫(yī)院、學(xué)校、文化中心等這些公眾場所，可以改變一個(gè)城市的整體形象。而且，共享型智能車位鎖的提出也響應(yīng)了習(xí)近平總書記提出的“共享理念”。其次，對于開發(fā)商而言，可以用最小的成本謀求最大的利益，而且在售房的時(shí)候，推銷一下共享型智能車位鎖，他也可以從中獲得一些收益。接著，對于車位擁有者而言，可以通過把車位放在APP上出租，來獲得一些收益，最后，對于那些沒有車位的車主來說或者自駕游出去旅行時(shí)，可以通過APP，來獲取最適合自己的停車位，節(jié)省了時(shí)間、金錢。

但是在整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面，仍然又很多問題需要十分謹(jǐn)慎地考慮。尤其是車位鎖的安全問題，設(shè)計(jì)地不夠縝密。我覺得想要真正地實(shí)施車位鎖項(xiàng)目，必須在安全方面謹(jǐn)慎設(shè)計(jì)可以在此基礎(chǔ)上加一些防盜功能，可以在里面加一個(gè)GPS定位與自己的手機(jī)相連。同時(shí)，也期待一些法規(guī)，來規(guī)范當(dāng)前的共享市場，更好地保障公眾的切身利益。

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