基于STC89C51的智能車(chē)位鎖設(shè)計(jì)

戴才舟 湯羽 陳雨欣 丁浩

摘 要：文章通過(guò)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(wú)人化車(chē)位鎖管理的目的，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)停車(chē)前對(duì)空缺車(chē)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(chē)場(chǎng)而在道路上巡游的問(wèn)題。

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

中圖分類(lèi)號(hào)：U462.1 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：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(chē)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(chē)數(shù)量的暴增，相應(yīng)的停車(chē)設(shè)施和道路設(shè)施顯得不盡完美。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)的汽車(chē)保有量為1.94億輛。由于我國(guó)的土地成本高昂，停車(chē)位的價(jià)格也是水漲船高，由此，全國(guó)的停車(chē)位數(shù)的增長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上私家車(chē)的數(shù)量。

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

1 總體設(shè)計(jì)

針對(duì)智慧交通中停車(chē)位的重要環(huán)節(jié)進(jìn)行了針對(duì)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(wú)線(xiàn)通信模塊等，實(shí)現(xiàn)閑置車(chē)位的有效利用，并通過(guò)LabVIEW技術(shù)實(shí)時(shí)拍照安全檢測(cè)功能，達(dá)到智能無(wú)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(chē)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(chē)位鎖中使用。

在智能車(chē)位鎖系統(tǒng)中，我們通過(guò)超聲波測(cè)距模塊所采集到的信息，來(lái)操縱蜂鳴器模塊與繼電器模塊實(shí)現(xiàn)車(chē)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(gòu)買(mǎi)通用編程器，而且速度更快。其精簡(jiǎn)指令集結(jié)構(gòu)，內(nèi)部集成MAX810專(zhuān)用復(fù)位電路，使得共享車(chē)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(guò)高或低電平的方式來(lái)控制繼電器吸合繼電器輸出端，NO 為繼電器常開(kāi)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(xiàn)與low短接時(shí)為低電平觸發(fā)及跳線(xiàn)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(kāi)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(lái)檢測(cè)車(chē)輛信息，完成車(chē)位鎖的開(kāi)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(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，將電信號(hào)輸入至單片機(jī)對(duì)應(yīng)端口，即可完成電信號(hào)處理從而得出超聲波傳感器檢測(cè)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(duì)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(duì)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(píng)價(jià)指標(biāo)之一。目前主要通過(guò)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(chē)位鎖實(shí)際工作情況，無(wú)車(chē)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(chē)輛請(qǐng)求進(jìn)出后，根據(jù)用戶(hù)請(qǐng)求信號(hào)完成狀態(tài)轉(zhuǎn)移。使用停車(chē)位流程：車(chē)位收到解鎖信號(hào)，系統(tǒng)對(duì)信號(hào)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(duì)信號(hào)進(jìn)行核驗(yàn)（身份信息、車(chē)位信息等），符合合法車(chē)輛后解鎖車(chē)位鎖，同時(shí)蜂鳴器發(fā)出警報(bào)，允許車(chē)輛進(jìn)入使用該停車(chē)位。離開(kāi)停車(chē)位流程：當(dāng)用戶(hù)駕車(chē)離開(kāi)時(shí)，車(chē)位鎖超聲波測(cè)距模塊，根據(jù)測(cè)距數(shù)據(jù)的變化，自動(dòng)升起車(chē)位鎖，無(wú)需用戶(hù)進(jìn)行人工干預(yù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)無(wú)人化管理。

在其他輔助功能方面，系統(tǒng)增加了系統(tǒng)過(guò)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(guò)流保護(hù)主要對(duì)系統(tǒng)電流大小進(jìn)行監(jiān)測(cè)，解決電流不穩(wěn)定導(dǎo)致的系統(tǒng)故障問(wèn)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(chē)位管理平臺(tái)對(duì)接，當(dāng)車(chē)位鎖出現(xiàn)故障或者遭到惡意破壞時(shí)，及時(shí)通知后臺(tái)管理人員，保障整體系統(tǒng)正常運(yùn)營(yíng)。

在智能車(chē)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(shì)在于方便調(diào)試、測(cè)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(guò)整個(gè)系統(tǒng)收集目標(biāo)停車(chē)位的狀態(tài)信息，結(jié)合當(dāng)前車(chē)輛OBU信息標(biāo)簽（包括車(chē)輛基本信息車(chē)牌、車(chē)型、顏色等）、進(jìn)出時(shí)間、目標(biāo)車(chē)位等。系統(tǒng)管理端能夠整合智能車(chē)位鎖信息，實(shí)時(shí)顯示整個(gè)停車(chē)場(chǎng)或者小區(qū)內(nèi)閑置可用停車(chē)位數(shù)量、已使用停車(chē)位數(shù)量、日均使用量、使用時(shí)長(zhǎng)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(chē)位的利用率。具體實(shí)物展示如圖6所示：

5 結(jié)論

智能車(chē)位鎖項(xiàng)目最主要的可以應(yīng)用在3個(gè)方向。首先，對(duì)政府而言，共享型智能車(chē)位鎖的設(shè)計(jì)可以有效解決城市亂停車(chē)的現(xiàn)象，尤其是醫(yī)院、學(xué)校、文化中心等這些公眾場(chǎng)所，可以改變一個(gè)城市的整體形象。而且，共享型智能車(chē)位鎖的提出也響應(yīng)了習(xí)近平總書(shū)記提出的“共享理念”。其次，對(duì)于開(kāi)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(xiāo)一下共享型智能車(chē)位鎖，他也可以從中獲得一些收益。接著，對(duì)于車(chē)位擁有者而言，可以通過(guò)把車(chē)位放在APP上出租，來(lái)獲得一些收益，最后，對(duì)于那些沒(méi)有車(chē)位的車(chē)主來(lái)說(shuō)或者自駕游出去旅行時(shí)，可以通過(guò)APP，來(lái)獲取最適合自己的停車(chē)位，節(jié)省了時(shí)間、金錢(qián)。

但是在整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面，仍然又很多問(wèn)題需要十分謹(jǐn)慎地考慮。尤其是車(chē)位鎖的安全問(wèn)題，設(shè)計(jì)地不夠縝密。我覺(jué)得想要真正地實(shí)施車(chē)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(lái)規(guī)范當(dāng)前的共享市場(chǎng)，更好地保障公眾的切身利益。

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