智能停車系統(tǒng)的研究

胡 松，劉后文，夏富爾，韓宏飛，侯會龍

（興義民族師范學院物理與工程技術(shù)學院，貴州 興義 562400）

1 智能停車系統(tǒng)的研究背景

目前我國汽車數(shù)量逐年增長，呈現(xiàn)出社會發(fā)展的新趨勢，停車位、停車場的數(shù)量往往跟不上汽車數(shù)量增長，越來越多的人為找不到車位泊車感到發(fā)愁。面對越來越擁擠的城市，找到一個停車的新環(huán)境變得更加迫切，停車位對車主自身的安全停車技術(shù)等要求自然會更高，容易讓人們在正常工作生活之外的某個時間段里焦躁情緒加重，導致生活質(zhì)量降低。對于怎樣解決停車過程中的不便利、消除安全隱患，使車主能夠迅速、準確、安全地將汽車停到合適的車位等問題，已受到了廣泛的社會關(guān)注。

2 智能停車系統(tǒng)的研究目的和意義

隨著科技的飛速發(fā)展，人民的生活水平在不斷提高，作為人類的代步工具的小汽車數(shù)量也在不斷增長，在給人類帶來便利的同時也帶來了很多的問題。停車困難是如今面臨的主要問題。一個好的智能停車系統(tǒng)可以減少交通事故的發(fā)生，提高人們的生活質(zhì)量。

3 智能停車系統(tǒng)的總體設(shè)計思想

以AT89S52單片機為控制核心，將智能停車系統(tǒng)分為車輛檢測和閘桿控制、車位檢測和信息采集、車位引導等組成部分。需要在停車場里安裝汽車引導系統(tǒng)，引導汽車進入停車場，進行停車動作?？梢詰?yīng)用無線或紅外的通信方式實現(xiàn)智能停車系統(tǒng)與汽車通信，使汽車順利找到車位[1-3]。

4 智能停車系統(tǒng)的設(shè)計思路

4.1 車輛檢測和閘桿控制

目前，在停車場中應(yīng)用的車輛檢測技術(shù)主要有地感線圈檢測技術(shù)、超聲波檢測技術(shù)和紅外檢測技術(shù)等。本研究對紅外檢測技術(shù)進行研究。

紅外檢測技術(shù)原理：通過紅外線發(fā)射和接收的非接觸線性排列，實現(xiàn)對汽車的同步掃描，將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，從而實現(xiàn)對汽車的綜合檢測。與其他檢測技術(shù)相比，紅外檢測技術(shù)安裝簡單、響應(yīng)速度快、抗干擾能力強、技術(shù)成熟。它可以檢測各種各樣的車輛。

對于本研究而言，當車輛駛?cè)胫灵l桿前，紅外發(fā)射管發(fā)射出紅外線，通過對比紅外接收管接收到的紅外線信號的多少，判斷閘桿前有無車輛。當檢測到有車輛的時候，AT89S52單片機控制器就會輸出相應(yīng)信息控制電機運轉(zhuǎn)，使閘桿上升。

在本研究中，閘桿的控制是通過AT89S52單片機控制電機運轉(zhuǎn)來進行控制的。電機驅(qū)動選取L298模塊構(gòu)成的H橋型驅(qū)動電路來控制電機運轉(zhuǎn)，可以使其工作效率非常高。

4.2 車位檢測和信息采集

能夠?qū)崿F(xiàn)車位檢測的技術(shù)主要有超聲波檢測技術(shù)、地感線圈檢測技術(shù)和紅外檢測技術(shù)。通過對比分析可知，地感線圈檢測技術(shù)安裝不容易，成本高；紅外檢測技術(shù)雖說安裝方便，但其容易受外部光源的影響，其并不適用于大多數(shù)場合，因此本研究選擇超聲波傳感器進行車位檢測，超聲波檢測技術(shù)應(yīng)用于車位檢測造價低、抗靜電干擾強，而且不用附加反射裝置。本研究在每一個車位上方裝有一個超聲波傳感器，其發(fā)射與接收的過程在一般情況下就是兩種情況：一是發(fā)射至地面后返回；二是發(fā)射至車頂后返回（見圖1）。有車時和沒車時，它的這一過程所用的時間是不同的，有車時時間短，沒車時時間長，以此判斷有無車輛停放。然后將實時檢測的結(jié)果上傳至智能停車系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心[4-5]。

4.3 計費設(shè)置

結(jié)合紅外檢測技術(shù)，以AT89S52單片機為控制核心，當紅外傳感器檢測到有車輛時，閘桿升起時開始記時；當出口處檢測到有車輛駛出時，通過車位來判斷是哪一輛車輛駛出，結(jié)束計時，通過車庫的收費管理*元/輛或*元/h來進行收費。

4.4 顯示設(shè)置

當車輛駛?cè)胲噹鞎r，會在入口處顯示牌顯示“**車牌號**車位”，在駛?cè)氲牡缆飞嫌幸壕э@示器（Liquid Crystal Display，LCD） 指示牌指引路線，在相應(yīng)車位上也有顯示牌顯示“*號車位”，在出口處有顯示牌顯示“**車牌號*車位停車*小時”。

4.5 車位引導設(shè)置

采用LCD1602 信號指示燈進行車位引導。LCD1602通過AT89S52單片機驅(qū)動，可以顯示數(shù)字、文字和圖形。通過LCD1602顯示出車位的方向，駕駛員可以快速地找到自己的停車位并駛?cè)搿?/p>

5 智能停車系統(tǒng)的硬件設(shè)計

智能停車系統(tǒng)硬件主要由電源模塊、電機驅(qū)動模塊、紅外傳感器模塊、超聲波傳感器模塊、顯示模塊和PC機以及RS232串行通信接口模塊組成。

當閘桿處通過紅外傳感器檢測到車輛，將相應(yīng)信號傳送至AT89S52單片機，AT89S52單片機輸出一個高電平給電機驅(qū)動器，驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)，閘桿抬起，車輛駛?cè)?，PC機端會根據(jù)就近原則分配一個車位給該車輛，并且在入口處顯示牌上顯示出來。計費系統(tǒng)開始計時。在車輛駛?cè)脒^程中，AT89S52單片機會根據(jù)車位的信息給出行進路線并且在行駛途中的車位指引顯示牌上顯示出行進路線，直至找到車位。當車輛駛?cè)胪＼囄煌Ｏ潞?，車位檢測設(shè)備（超聲波傳感器） 會進行檢測并且發(fā)送信息至AT89S52單片機，AT89S52單片機將該車位的狀態(tài)傳送至RS232串行通信接口，之后由RS232串行通信接口傳輸?shù)絇C機，車位狀態(tài)顯示牌也顯示有車。當車輛駛出車庫時，出口處的車輛檢測設(shè)備（紅外傳感器） 檢測到有車輛駛出，閘桿抬起并在出口處顯示牌顯示車輛信息、所停車位和所停時間。圖2為智能停車系統(tǒng)的硬件設(shè)計框圖。

5.1 電源模塊及電源電路設(shè)計

在AT89S52單片機控制系統(tǒng)中，穩(wěn)壓電源起著非常重要的作用。它不僅為系統(tǒng)提供多個電源電壓，而且在系統(tǒng)的抗干擾性能和技術(shù)方面有著非常關(guān)鍵的用途。如今，傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源已經(jīng)被高效率的穩(wěn)壓電源所取代，最典型的例子是開關(guān)電源的廣泛應(yīng)用，為設(shè)計出更加環(huán)保、更加節(jié)能、更加高效的新型電源創(chuàng)造了極好的條件。在本研究的電源電路設(shè)計中，選擇的是穩(wěn)壓電源電路，能使電壓穩(wěn)定在+5 V。圖3為穩(wěn)壓電源電路圖。

5.2 電機驅(qū)動模塊及電機驅(qū)動電路設(shè)計

通過查找資料，本研究選取直流減速電機，其優(yōu)點很多：體積小、質(zhì)量比較輕、轉(zhuǎn)矩大、操作比較方便。由于其內(nèi)部高速電機提供原裝動力，驅(qū)動速度（減速） 齒輪組，可產(chǎn)生更大的扭矩[6]。

本研究運用L298N 芯片來進行電路連接，L298N 芯片采用15 腳封裝、四通道邏輯電路，是二相和四相電機的特用驅(qū)動器，即內(nèi)部有兩個H 橋型驅(qū)動電路的全橋驅(qū)動器。其主要特點是工作電壓高、輸出電流大。它可以驅(qū)動電流低于2 A、電壓低于46 V 的電機。它還可以驅(qū)動兩個電機，0UTl，OUT2 和0UT3，0UT4。引腳5、7、10、12連接至輸入控制電平，以控制電機的正反轉(zhuǎn)；控制啟用端連接至ENA、ENB引腳，以控制電機停止。圖4為H橋型驅(qū)動電路圖[7-8]。

5.3 RS232串行通信接口模塊

為了使AT89S52單片機和PC機之間能夠進行正常的信息傳遞，使用RS232串行通信接口當作它們之間的橋梁。AT89S52單片機和PC機之間的一切數(shù)據(jù)和指令都必須通過RS232串行通信接口來完成，使用電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232實現(xiàn)TTL邏輯電平和RS232串行通信接口電平之間的互相轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換之后的串行信號TXD，RXD直接和PC機的串行通信接口連接[9]。

6 智能停車系統(tǒng)的軟件設(shè)計

6.1 車位檢測程序流程

通過在停車位上方安裝的超聲波傳感器發(fā)射超聲波和接收超聲波進行車位檢測，超聲波發(fā)出和返回時間的計算公式為

式中：t 為時間；L 為距離；v 為超聲波速率。如果t≥L/340，那么該車位沒車；反之則有車，指示燈亮起。通過RS232 串行通信接口進行AT89S52 單片機和PC 機的信息傳輸，將該車位狀態(tài)信息傳送到PC 機上。圖5 為車位檢測程序流程圖。

6.2 車輛檢測程序流程

當車輛來到停車場門口駛?cè)胫灵l桿前，紅外發(fā)射管發(fā)射出紅外線，通過對比接收管接收到的紅外線信號的多少，判斷閘桿前有無車輛。當檢測到有車輛的時候，紅外接收管接收到的信號就會變少，AT89S52 單片機輸出一個高電平給電機驅(qū)動器，電機開始轉(zhuǎn)動。閘桿抬起，車輛駛?cè)搿D6 為車輛檢測程序流程圖。

7 結(jié)束語

本文對智能停車系統(tǒng)的研究可以安全迅速地幫駕駛員找到車位并停入，大大減少了車禍的發(fā)生，同時也能夠減少對司機不必要的壓力，還能對停車場智能化有一個較好的提升作用，提高車庫的附加值，從而可以促進經(jīng)濟效益的巨大化。通過利用AT89S52單片機提供主控制器的設(shè)計的策略，以各種傳感器對車輛四周進行判斷以及車位的查找，以該控制器為基準，整合了紅外檢測電路、超聲波檢測電路、燈光引導電路以及電機驅(qū)動電路，進而完成和優(yōu)化了最初智能停車系統(tǒng)的設(shè)計。本文通過理論模型的準確性，得出汽車在行駛和停車過程中，能夠安全、準確、快速地找到停車位并停入。除此之外，結(jié)構(gòu)簡單、成本低是這個系統(tǒng)的優(yōu)勢。

本次研究的是智能停車系統(tǒng)，在研究過程中也遇到了各種各樣的困難，比如在停車場設(shè)計上，對車位檢測都一直想不到該用哪種傳感器適合，后來通過在網(wǎng)上查找大量的資料后，這個問題才得以解決。因為初次接觸實際設(shè)計，所以缺乏經(jīng)驗，通過這次設(shè)計對AT89S52單片機有了更深的認識。在本次設(shè)計中由于經(jīng)驗缺乏，系統(tǒng)設(shè)計可能會有很多缺點，今后會加強學習，不斷完善該系統(tǒng)設(shè)計。