基于機(jī)器視覺與大數(shù)據(jù)的智能停車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王浪濤，張晶，齊嘉科，韓團(tuán)軍

（陜西理工大學(xué) 物理與電信工程學(xué)院，陜西漢中，723000)

隨著科技的快速發(fā)展和人均生活水平的不斷提高，我國私家車的數(shù)量正在逐年遞增，目前的停車場管理系統(tǒng)相對落后，停車難的問題也在日益加劇。大多數(shù)城市此類問題矛盾突出，大型停車場也不能滿足市民泊車需求，而緩解公共場所停車難，不能單純依靠新增停車位，而應(yīng)找準(zhǔn)現(xiàn)有資源特點(diǎn)“量身定做”盤活停車資源[1-5]。針對以上問題，本文提出了一種基于機(jī)器視覺與大數(shù)據(jù)的智能化自動停車場控制系統(tǒng)，不僅能解決大型停車場停車難和找車難的問題，而且實(shí)現(xiàn)了自動泊車功能的控制；還能實(shí)現(xiàn)自動計(jì)費(fèi)功能，在很大程度上減少了車主停取車輛的困難，方便停車場統(tǒng)一智能化、信息化管理。

1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

整個設(shè)計(jì)系統(tǒng)由主控模塊，指紋驗(yàn)證模塊，車牌識別模塊，計(jì)費(fèi)管理模塊，自動泊車等部分組成。以STM32F103ZET6芯片作為主控制芯片，車輛到達(dá)停車場門口準(zhǔn)備停車時，主控系統(tǒng)首先會檢查停車場是否有空余車位，有車位的情況下先利用AS608光學(xué)指紋采集模塊錄入車主指紋信息，同時，在指紋采集完利用OV7670攝像頭自動識別車輛車牌信息。車牌和指紋識別完成，將車輛的特征信息、車主指紋信息傳入主控系統(tǒng)后，車主再將車開到指定平臺上，放到平臺后，車主離開，升降平臺會將車升到相對應(yīng)的層數(shù)放入相應(yīng)的車位，并開啟計(jì)費(fèi)，然后平臺返回到初始位置。車庫中裝有溫度傳感器，當(dāng)溫度達(dá)到一定時，車庫中的報(bào)警裝置會自動報(bào)警，并提醒工作人員，這時工作人員開啟降溫裝置，進(jìn)行降溫，當(dāng)車主需要取回停放在停車場的車子時，在指紋識別模塊輸入指紋，主控系統(tǒng)會自動匹配系統(tǒng)中存車的指紋庫，若匹配成功，系統(tǒng)自動給車庫發(fā)出取車主車輛的指令。當(dāng)車子由拖車拖走時，STM32芯片定時器中斷會自動停止計(jì)時，計(jì)費(fèi)系統(tǒng)根據(jù)車輛所停車位的時間，計(jì)算出停車時長并完成費(fèi)用計(jì)算和收取，直到車主將車輛取回結(jié)束。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)的整體框圖

1.1 電源模塊電路設(shè)計(jì)

整體控制系統(tǒng)對電壓有具體要求，分別為3.3V和5V。在參考了韓團(tuán)軍老師在電子器件上的文章離子測量系統(tǒng)中對電源設(shè)計(jì)[6-7]。本設(shè)計(jì)采用AMS1117穩(wěn)壓芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)對各個模塊進(jìn)行供電，具體設(shè)計(jì)電路如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)

1.2 TFTLCD電路設(shè)計(jì)

人機(jī)交互系統(tǒng)部分設(shè)計(jì)采用低功耗的電容3.2英寸TFT-LCD觸摸屏與單片機(jī)上的管腳直接相連工作，該屏幕上開發(fā)者可以直接觀察到所需要顯示的三相電壓電流相位功率溫濕度等參數(shù)。該屏幕亮度大，可讀性高，具有FSMC接口資源，可以降低開發(fā)者的開發(fā)任務(wù)，該屏幕相比傳統(tǒng)的微型顯示器更加穩(wěn)定數(shù)據(jù)不易丟失。設(shè)計(jì)電路如圖3所示。

圖3 TFTLCD顯示電路

2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

整個系統(tǒng)的流程包括指紋識別模塊流程設(shè)計(jì)、車牌識別流程設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)發(fā)送和控制流程設(shè)計(jì)，取車流程等主要流程設(shè)計(jì)。首先，系統(tǒng)通過TFT觸摸屏顯示，引導(dǎo)用戶進(jìn)行操作，當(dāng)觸摸屏檢測停車或取車按鍵被按下時，系統(tǒng)開始執(zhí)行相應(yīng)的程序。系統(tǒng)初始化；檢測屏幕上停車或取車按鍵是否被按下，若停車按鍵被按下，系統(tǒng)開始執(zhí)行存車程序，若取車按鍵被按下，系統(tǒng)則開始執(zhí)行取車程序，若無按鍵被按下，系統(tǒng)則檢測指紋傳感器上是否有指紋，若指紋模塊檢測到有指紋，系統(tǒng)開始執(zhí)行尋找車輛程序，并在顯示屏上顯示該指紋存放車輛的信息提示。系統(tǒng)的總體流程如圖4所示。

圖4 整個系統(tǒng)的總流程

2.1 指紋識別模塊流程

指紋識別模塊通過控制指令先獲取一幅指紋圖像，當(dāng)成功獲取圖像后，則通過TFT屏顯示提示信息，表示指紋特征生成成功，通過指紋特征搜索目標(biāo)指紋，搜索成功后顯示鑒別信息，當(dāng)無法鑒別成功，則顯示指紋信息錯誤[8-11]。指紋鑒別流程如圖5所示。

圖5 指紋鑒別流程

■ 2.2 停放車輛控制操作程序設(shè)計(jì)

當(dāng)系統(tǒng)檢測到屏幕上停車按鍵被按下時，如果有空余車位，則開始執(zhí)行存車函數(shù)，交互屏幕上顯示出提示信息，指紋模塊開始檢測指紋，通過采集兩次指紋圖像對比，若兩幅指紋圖像一致，則指紋對比成功，然后攝像頭開始工作，采集車牌圖像并識別字符，當(dāng)車牌識別完成后，系統(tǒng)開始檢測空余車位并分配一個合適的車位給該車輛之后，通過LoRa模塊給板車發(fā)送存車標(biāo)志，并通過繼電器將分配到車位的電磁引導(dǎo)信號導(dǎo)通，等待車輛完成存放后，車位計(jì)時器開始計(jì)時，停車操作完成，退出存車程序。停車子函數(shù)流程圖如圖6所示。

圖6 排線接口

圖6 停車子函數(shù)流程

2.3 取車控制操作軟件設(shè)計(jì)

當(dāng)系統(tǒng)檢測到屏幕上取車按鍵被按下時，開始執(zhí)行取車控制程序。首先，指紋模塊開始采集一幅指紋圖像，生成指紋特征后，與系統(tǒng)中存放車輛的指紋數(shù)據(jù)庫進(jìn)行對比，并通過交互屏幕顯示提示信息，若匹配成功，通過LoRa模塊給板車發(fā)送取車標(biāo)志，并通過繼電器控制對應(yīng)車位的電磁引導(dǎo)信號導(dǎo)通，板車開始執(zhí)行取車程序，此時，系統(tǒng)計(jì)算該車輛的停車時間，若停車超過30分鐘，則計(jì)算停車費(fèi)用，若停車在30分鐘內(nèi)則計(jì)費(fèi)為零，待板車將該車位停放的車輛成功取出后，交互屏幕顯示出時間與費(fèi)用信息，清除該車為的車輛信息。取車完成，退出取車程序。取車子函數(shù)流程圖如圖7所示。

圖7 取車子函數(shù)流程

3 系統(tǒng)測試及分析

通過軟硬件設(shè)計(jì)，完成了整個系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)。模型是通過3D打印完成了，模型是按照1：1000進(jìn)行制作。系統(tǒng)3D打印模型和打印實(shí)物效果如圖8所示。

圖8 系統(tǒng)3D打印模型及實(shí)物圖

智能化停車場采取全封閉式的且全自動化的管理，分為內(nèi)區(qū)和外區(qū)，停取車輛通過自動傳送，包括垂直停取和橫向傳送。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)可以調(diào)整來簡化設(shè)備，節(jié)約內(nèi)部空間、降低制造成本。通過最終的調(diào)試與優(yōu)化，在實(shí)物模型模擬過程中，系統(tǒng)各模塊均工作正常，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的各種工作，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，達(dá)到預(yù)期效果。測試系統(tǒng)工作的主頁面圖如圖9所示。

圖9 系統(tǒng)主頁面

在主頁面，可以按KEY0來顯示車位中是否停車，如果車位沒有停車的話，可以按停車，此時系統(tǒng)啟動開始錄取指紋，并進(jìn)行停車，并開始計(jì)時，在30分鐘以內(nèi)是不需要收費(fèi)的，當(dāng)時間超過30分鐘時，開始計(jì)費(fèi)2元/時，當(dāng)車主想將車去走時，可以按取車，此時系統(tǒng)開始工作，將車取出，并放在停車場門口。也可以按K-UP鍵將停車場中的所有車全部取出。當(dāng)車入庫后系統(tǒng)開始計(jì)時，工作主頁面車入庫后

如圖10所示。

圖10 系統(tǒng)主頁面（車入庫后）

車主想取走車時，系統(tǒng)開始工作，錄入相應(yīng)的指紋，并取出相應(yīng)的車，并顯示停車時間，計(jì)算出停車費(fèi)用。取車時的系統(tǒng)主頁面如圖11所示。

圖11 系統(tǒng)主頁面（取車時）

4 結(jié)論

本文完成了智能泊車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)對于停車場可以進(jìn)行自動化管理，大幅度減輕了司機(jī)與工作人員的工作量，大大提高了了停車場整體的運(yùn)作效率，并降低了人工輸出成本，確保停車場可以做到高效穩(wěn)定地運(yùn)作。本設(shè)計(jì)通過傳感器模塊起到對場內(nèi)車位狀態(tài)實(shí)時監(jiān)控的作用，并將數(shù)據(jù)傳送返回至主控中心進(jìn)行處理判斷，從而控制拖車臺、進(jìn)出數(shù)量以及顯示屏幕的協(xié)同工作，最終將車位狀態(tài)、計(jì)費(fèi)等其它信息通過顯示屏顯示，方便工作人員了解停車場內(nèi)情況以及高效率停取車。該系統(tǒng)具有實(shí)時性、便捷性、性價比高、操作簡單等特點(diǎn)，可以方便監(jiān)測停車場內(nèi)車位狀態(tài)，在自動化停車方面具有很重要的意義。