基于STM32的智能車(chē)位檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吳飛燕

摘 要：為了解決大型商場(chǎng)在高峰時(shí)期車(chē)位緊張、車(chē)主進(jìn)入車(chē)庫(kù)后盲目尋找車(chē)位引起交通堵塞以及無(wú)法實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)當(dāng)天該車(chē)位的停車(chē)次數(shù)等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一款基于STM32的智能車(chē)位檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)以STM32L431RC微控器作為主控芯片，分別采用超聲波測(cè)距模塊作為車(chē)位狀態(tài)檢測(cè)模塊、光電傳感器模塊進(jìn)行停車(chē)車(chē)輛的檢測(cè)和計(jì)數(shù)操作、火焰探測(cè)傳感器模塊作為檢測(cè)車(chē)位著火模塊、智能路燈模塊作為車(chē)位的照明模塊、有機(jī)發(fā)光二極管模塊作為車(chē)位停車(chē)次數(shù)的顯示模塊，NB-IoT通信模塊將數(shù)據(jù)傳輸至車(chē)主手機(jī)上。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了車(chē)位狀態(tài)檢測(cè)、車(chē)位停車(chē)次數(shù)統(tǒng)計(jì)和車(chē)位著火監(jiān)控等功能。結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：車(chē)位檢測(cè);STM32;超聲波測(cè)距;BC35G

中圖分類(lèi)號(hào)：U491.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2021）23-0023-04

Abstract： In order to solve the problems of shortage of parking spaces in large shopping malls during peak hours， car owners blindly look for parking spaces after entering the garage， causing traffic congestion， vehicle safety hazards caused by parking space fire， and unable to count the parking times of the parking space on the same day in real time.This paper designs an intelligent parking space detection system based on STM32.The system takes STM32L431RC microcontroller as the main control chip， and uses ultrasonic ranging module as the detection module of parking space state，the photoelectric sensor module is used as the detection and counting operation of parking vehicles， flame detection sensor module as the detection module of parking space fire.the intelligent street lamp module is used as the lighting module of the parking space， the OLED module is used as the display module of the parking times of the parking space， and the NB-IoT communication module transmits the data to the owner's mobile phone.The system realizes the functions of parking space state detection， parking number statistics and parking space fire monitoring. The results show that the system has real-time， strong stability and easy to implement.

Keywords： parking space detection;STM32;ultrasonic ranging;BC35G

近些年，隨著人們生活水平的大幅提升，私家車(chē)數(shù)量迅猛增長(zhǎng)。在一些大型購(gòu)物中心，大多數(shù)停車(chē)場(chǎng)采用人工方式進(jìn)行車(chē)位管理。由于人力資源有限，工作人員無(wú)法及時(shí)了解停車(chē)場(chǎng)內(nèi)的車(chē)位情況，而引起車(chē)主不清楚停車(chē)場(chǎng)內(nèi)的車(chē)位狀態(tài)，開(kāi)車(chē)?yán)@庫(kù)幾圈都找不到車(chē)位的尷尬局面[1]。為了方便車(chē)主及時(shí)了解停車(chē)場(chǎng)車(chē)位使用情況，設(shè)計(jì)了一款基于STM32的智能車(chē)位檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)以STM32L431RC微控制器作為主控芯片，配備了超聲波測(cè)距傳感器、NB-IoT通信、火焰探測(cè)傳感器、車(chē)流計(jì)數(shù)傳感器、有機(jī)發(fā)光二極管（Organic Light-Emitting Diode，OLED）顯示屏等一系列模塊，能夠提高停車(chē)場(chǎng)管理人員的工作效率和服務(wù)質(zhì)量，方便車(chē)主實(shí)時(shí)監(jiān)控車(chē)位狀態(tài)，減少車(chē)主停車(chē)時(shí)間。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)主要由STM32主控芯片模塊[2]、超聲波測(cè)距傳感器模塊[3]、火焰探測(cè)傳感器模塊[4]、光電傳感器模塊[5]、智慧路燈模塊[6]、NB-IoT通信模塊[7]、電源模塊以及OLED模塊構(gòu)成。車(chē)流計(jì)數(shù)傳感器主要用于實(shí)時(shí)采集車(chē)位停車(chē)次數(shù)，實(shí)現(xiàn)智能車(chē)位管控;OLED模塊主要用于顯示車(chē)位停車(chē)次數(shù)信息;火焰探測(cè)傳感器模塊主要用于檢測(cè)車(chē)位是否著火;智慧路燈模塊主要用于檢測(cè)車(chē)位是否空閑，無(wú)車(chē)時(shí)燈亮，有車(chē)時(shí)燈滅，方便車(chē)主停車(chē);NB-IoT通信模塊主要用于將車(chē)位狀態(tài)信息上傳至車(chē)主手機(jī)，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控;電源模塊主要對(duì)系統(tǒng)電源進(jìn)行供電控制，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 微控制器模塊

該系統(tǒng)使用STM32L431RC作為主控制芯片，如圖2所示。為了確保微控制器（Microcontroller Unit，MCU）模塊的正常運(yùn)行，STM32模塊在設(shè)計(jì)上由STM32微控制器、晶振電路和復(fù)位電路等幾個(gè)部分構(gòu)成。主要通過(guò)MCU的RX/TX引腳和外設(shè)傳感器傳輸串行數(shù)據(jù)，在MCU內(nèi)部通過(guò)移位寄存器和緩沖器將數(shù)據(jù)送至MCU內(nèi)核進(jìn)行處理。

根據(jù)MCU連接每個(gè)模塊的功能要求，對(duì)芯片I/O引腳進(jìn)行分配，表1列出了一些該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能的引腳。

2.2 超聲波測(cè)距傳感器模塊

系統(tǒng)選用HC-SR04型號(hào)的超聲波測(cè)距傳感器，該傳感器可提供2～400 cm的非接觸式距離感測(cè)功能，測(cè)距精度可達(dá)到3 mm，性能穩(wěn)定，模塊精度高，盲區(qū)小。模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器和控制電路。HC-SR04的工作原理是采用I/O口TRIG觸發(fā)測(cè)距，一個(gè)控制口發(fā)送一個(gè)10 μs的高電平脈沖觸發(fā)信號(hào)。該模塊內(nèi)部自動(dòng)將發(fā)送8個(gè)40 kHz的方波，并自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回，一旦檢測(cè)到有回波信號(hào)，則通過(guò)I/O口ECHO輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。其測(cè)試距離=（高電平時(shí)間×聲速）/2，聲速為340 m/s。當(dāng)停車(chē)位中超聲波測(cè)距傳感器測(cè)得車(chē)到傳感器的距離小于30 cm時(shí)，該車(chē)位有車(chē)，路燈滅;當(dāng)測(cè)得得距離大于30 cm時(shí)，該車(chē)位無(wú)車(chē)，路燈亮。HC-SR04超聲波測(cè)距模塊電路如圖3所示。

2.3 光電傳感器模塊

系統(tǒng)選用型號(hào)為E18-D80NK-N光電傳感器用于車(chē)位停車(chē)次數(shù)計(jì)數(shù)。E18-D80NK-N是一種集發(fā)射與接收于一體的光電傳感器。發(fā)射光經(jīng)過(guò)調(diào)制后發(fā)出，接收頭對(duì)反射光進(jìn)行解調(diào)輸出。該傳感器具有探測(cè)距離遠(yuǎn)、受可見(jiàn)光干擾小、價(jià)格便宜、易于裝配、使用方便等特點(diǎn)。

該模塊的原理為MCU通過(guò)GPIO口監(jiān)控光電開(kāi)關(guān)DI2引腳狀態(tài)。光電開(kāi)關(guān)傳感器檢測(cè)到車(chē)流經(jīng)過(guò)，會(huì)引起DI2的電平變化，進(jìn)而使PB14電平變化，MCU讀取PB14口電平變化即可判斷車(chē)流經(jīng)過(guò)，進(jìn)而執(zhí)行計(jì)數(shù)操作。光電傳感器模塊電路如圖4所示。

2.4 無(wú)線通信模塊

系統(tǒng)選用QUECTEL系列的BC35G作為NB-IoT無(wú)線通信模塊。在設(shè)計(jì)方面，BC35G模塊與GSM/GPRS系列M95模塊兼容[8]。其供電電壓是3.1～4.2 V，典型值為3.6 V。該模塊有激活模式（Active）、空閑模式（Idle）、省電模式（PSM）三種工作模式，在PSM省電模式下，終端空閑時(shí)關(guān)閉收發(fā)信機(jī)，功耗小于1%。BC35G模塊包括1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)SIM卡插槽、1根天線、2個(gè)UART串口、1個(gè)ADC接口和復(fù)位（RESET）等模塊，支持的AT指令包括通用的AT指令和華為L(zhǎng)iteOS命令，支持的頻段信息有700/800/850/900/1 800/2 100 MHz。當(dāng)BC35G芯片的NETLIGHT控制引腳為高電平時(shí)，表明網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行;當(dāng)引腳為低電平時(shí)，表明網(wǎng)絡(luò)不能正常運(yùn)行。BC35G模塊通過(guò)TXD/RXD引腳發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，并通過(guò)存儲(chǔ)在標(biāo)準(zhǔn)SIM卡插槽中的移動(dòng)卡將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送至物聯(lián)網(wǎng)OceanConnect平臺(tái)，并在手機(jī)APP中顯示相應(yīng)數(shù)據(jù)。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 車(chē)位狀態(tài)程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)功能主要分為6個(gè)部分，即超聲波測(cè)距模塊子程序、光電傳感器子程序、火焰?zhèn)鞲衅髯映绦?、智慧路燈子程序、NB-IoT通信子程序和OLED顯示器模塊子程序。系統(tǒng)初始化后，STM32微控制器向超聲波測(cè)距模塊發(fā)出檢測(cè)指令，車(chē)位通過(guò)超聲波測(cè)距模塊智能檢測(cè)，判斷是否有車(chē)輛進(jìn)入車(chē)位。當(dāng)微控制器接收到檢測(cè)信號(hào)后作出相應(yīng)控制，微控制器向NB-IoT通信模塊發(fā)出AT控制指令，并將車(chē)位狀態(tài)信息實(shí)時(shí)上傳到車(chē)主的手機(jī)APP中，方便車(chē)主隨時(shí)查看車(chē)位狀態(tài)，減少停車(chē)所消耗的時(shí)間。車(chē)位狀態(tài)程序設(shè)計(jì)流程如圖5所示。

3.2 NB-IoT程序設(shè)計(jì)

微處理器采用AT指令的方式控制NB-IoT模塊與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交互。AT命令中有4種命令，如表2所示。

AT指令是以A和T這兩個(gè)字符為開(kāi)始，后面帶通信設(shè)備之間的協(xié)議，并以字符作為結(jié)束。該設(shè)計(jì)中NB-IoT通信模塊主要用來(lái)發(fā)送車(chē)位狀態(tài)信息。發(fā)送信息設(shè)計(jì)流程如圖6所示。

4 設(shè)計(jì)效果

系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，NB-IoT通信良好，超聲波測(cè)距傳感器檢測(cè)車(chē)位狀態(tài)精準(zhǔn)，OLED顯示屏顯示車(chē)位停車(chē)次數(shù)準(zhǔn)確，供電穩(wěn)定。顯示屏顯示車(chē)位停車(chē)次數(shù)效果如圖7所示。NB-IoT通信模塊將車(chē)位狀態(tài)信息發(fā)送到車(chē)主手機(jī)上，當(dāng)車(chē)位為有車(chē)狀態(tài)以及車(chē)位沒(méi)有著火時(shí)的效果如圖8所示。

5 結(jié)語(yǔ)

以STM32L431RC微處理器為主控芯片，設(shè)計(jì)了一款智能車(chē)位檢測(cè)系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)可以幫助工作人員實(shí)時(shí)檢測(cè)車(chē)位狀態(tài)，如有火情危險(xiǎn)立即報(bào)警，并合理管理車(chē)位，讓車(chē)主精準(zhǔn)定位空閑車(chē)位，保證停車(chē)快捷，降低停車(chē)耗費(fèi)的時(shí)間。此系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，運(yùn)營(yíng)成本低，易于實(shí)現(xiàn)和推廣。

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