停車位狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘" 要：為解決城市停車位的短缺和私家車飛速增長(zhǎng)之間的矛盾，特別是僵尸車長(zhǎng)期占車位，建設(shè)一個(gè)停車位狀態(tài)的云平臺(tái)管理系統(tǒng)是十分必要的。該文提出一個(gè)停車位狀態(tài)的檢測(cè)設(shè)計(jì)方案，該方案以控制器STM32F103C8T6為核心，通過(guò)地磁傳感器能檢測(cè)停車位是否停有車輛。車位的狀態(tài)信息通過(guò)Wi-Fi模塊傳至ONENET云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)車位狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)上傳和終端的遠(yuǎn)程訪問(wèn)。通過(guò)與ONENET云平臺(tái)的結(jié)合，數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)上傳和存儲(chǔ)，并通過(guò)生成二維碼進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問(wèn)，方便快捷地獲取車位的狀態(tài)。實(shí)踐結(jié)果表明，采用該方案建設(shè)的停車位狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)能夠基本滿足城市停車位管理的需要。

關(guān)鍵詞：停車位；遠(yuǎn)程監(jiān)控；地磁檢測(cè)；云平臺(tái)；地磁信號(hào)

中圖分類號(hào)：TP271" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2025）03-0137-04

Abstract： In order to solve the contradiction between the shortage of urban parking spaces and the rapid growth of private cars， especially zombie cars that have long occupied parking spaces. It is necessary to build a cloud platform management system for parking space status. This paper proposes a design scheme for detecting the status of a parking space. The scheme takes the controller STM32F103C8T6 as the core and can detect whether a vehicle is parked in the parking space through a geomagnetic sensor. The status information of the parking space is transmitted to the ONENET cloud platform through the Wi-Fi module， realizing real-time uploading of the parking space status information and remote access to the terminal. Through the combination with the ONENET cloud platform， data can be uploaded and stored in real time， and can be accessed remotely by generating QR codes to easily and quickly obtain the status of parking spaces. The practical results show that the parking space status detection system built using this plan can basically meet the needs of urban parking space management.

Keywords： parking space; remote monitoring; geomagnetic detection; cloud platform; geomagnetic signal

城市機(jī)動(dòng)車數(shù)量與日俱增，導(dǎo)致城市中車位與車輛的矛盾日益尖銳，特別是中大型城市停車更是困難。城市公共停車位利用率有待提高，實(shí)現(xiàn)城市公共停車位的信息化、網(wǎng)絡(luò)化可以緩解這一難題，給城市的管理也帶來(lái)方便。特別是近些年來(lái)，很多學(xué)者對(duì)地磁檢測(cè)車位進(jìn)行了大量的研究[1-3]。地磁檢測(cè)除去檢測(cè)停車位之外，用多組數(shù)據(jù)還可以檢測(cè)速度和位置，以至于也有應(yīng)用研究地磁導(dǎo)航設(shè)計(jì)[4]。

1" 研究?jī)?nèi)容

本系統(tǒng)中以 STM32F103C8T6 超低功耗單片機(jī)為控制核心，使用HMC5983高性能各向異性磁阻傳感器作為車位檢測(cè)傳感器，地磁傳感器采集完車位地磁強(qiáng)度后，經(jīng) MCU處理判別后，得出停車位的使用狀態(tài)。通過(guò)ESP8266接入云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，用戶可以通過(guò)手機(jī)端查詢車位狀態(tài)。

圖1為地磁車位檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，由終端節(jié)點(diǎn)、云平臺(tái)以及上位機(jī)這3部分組成。MCU最小系統(tǒng)模塊、地磁車位傳感檢測(cè)電路模塊和ESP8266無(wú)線遠(yuǎn)程傳輸模塊共同構(gòu)成了系統(tǒng)的終端節(jié)點(diǎn)。緊接著，獲取完車位狀態(tài)數(shù)據(jù)后，經(jīng)有效處理得到車位檢測(cè)結(jié)果，將結(jié)果傳送到云平臺(tái)，車位狀態(tài)信息展示給用戶。

2" 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1" 主控電路設(shè)計(jì)

STM32F103具有高性能和豐富的外設(shè)，適用于各種嵌入式應(yīng)用。STM32F103主控芯片的核心電路分為如下幾點(diǎn)。

2.1.1" 供電電路

STM32F103芯片的工作電壓為3.3 V，為了使單片機(jī)的電源穩(wěn)定，在其每個(gè)電源引腳都放置濾波電容來(lái)穩(wěn)定電壓。并且在電源輸入處也添加濾波電容，可以有效去除電源噪聲，最終為STM32F103芯片提供了穩(wěn)定可靠的電源。

2.1.2" 外部晶振電路

STM32F103C8T6芯片需要外部晶振來(lái)提供系統(tǒng)時(shí)鐘。選擇的晶振頻率為8 M，并連接到芯片的相應(yīng)引腳。晶振需要配合2個(gè)電容器，根據(jù)芯片手冊(cè)選擇的電容為22 pF，以確保穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)。

復(fù)位電路：在電路板上布置一個(gè)機(jī)械式按鈕，用于手動(dòng)觸發(fā)芯片的復(fù)位操作。按鈕一端連接到芯片的復(fù)位引腳（例如NRST引腳），另一端接到地。

在復(fù)位按鈕和芯片的復(fù)位引腳之間，添加一個(gè)電阻和電容的組合，其中電阻阻值為10 kΩ，電容為100 μF的電解電容。這個(gè)組合電路用于提供復(fù)位脈沖，并沖，并確保復(fù)位信號(hào)的穩(wěn)定。

電阻連接復(fù)位按鈕和芯片的復(fù)位引腳。這個(gè)電阻起到限流作用，防止短路和過(guò)大的電流流過(guò)按鈕。

電容連接芯片的復(fù)位引腳和地。這個(gè)電容用于消除復(fù)位脈沖的抖動(dòng)，提供穩(wěn)定的復(fù)位信號(hào)。

在復(fù)位引腳和VDD電源之間，添加一個(gè)外部上拉電阻（10 kΩ）。這個(gè)電阻用于確保復(fù)位引腳在復(fù)位按鈕未按下時(shí)保持高電平狀態(tài)，以防止誤觸發(fā)復(fù)位[5-8]。

STM32F103C8T6主控電路如圖2所示。

2.2" Wi-Fi模塊ESP8266電路設(shè)計(jì)

當(dāng)STM32和ESP8266使用同一串口的時(shí)候，需要將它們之間的串口通信線連接起來(lái)。一般情況下，STM32的串口2是可以配置成同時(shí)支持收發(fā)數(shù)據(jù)的，而ESP8266的串口也可以同時(shí)支持收發(fā)數(shù)據(jù)。

其次，由ESP-12F的芯片手冊(cè)可知，當(dāng)芯片正常工作時(shí)RST引腳EN引腳IO引腳要置為高電平。ESP8266-12F電路設(shè)計(jì)如圖3所示。

2.3" 地磁傳感器設(shè)計(jì)

地磁車位傳感器模塊選用HMC5883L模塊。

TXD（發(fā)送引腳）：連接到STM32F103微控制器的PA9引腳，用于向微控制器發(fā)送車位狀態(tài)數(shù)據(jù)。RXD（接收引腳）：連接到STM32F103微控制器的PA10引腳，用于接收來(lái)自控制器的指令或配置數(shù)據(jù)。

通過(guò)HMC5883L地磁車位傳感器模塊來(lái)監(jiān)測(cè)車位狀態(tài)。地磁車位傳感器模塊通常包含一個(gè)磁力傳感器，用于檢測(cè)車輛的磁場(chǎng)變化。

車位狀態(tài)監(jiān)測(cè)過(guò)程如下。

讀取傳感器狀態(tài)：通過(guò)GPIO引腳連接到單片機(jī)的輸入引腳，將GMS1001地磁車位傳感器模塊輸出的信號(hào)連接到GPIO引腳上。然后，通過(guò)讀取該引腳的狀態(tài)（高電平或低電平），獲取車位傳感器的狀態(tài)信息。

判斷車位狀態(tài)：根據(jù)傳感器的輸出狀態(tài)，判斷車位的狀態(tài)。通常，地磁車位傳感器在有車輛停放時(shí)輸出高電平，無(wú)車輛時(shí)輸出低電平。因此，代碼可以通過(guò)檢測(cè)GPIO引腳的電平狀態(tài)來(lái)確定車位是否被占用。

3" 程序設(shè)計(jì)

3.1" 檢測(cè)算法設(shè)計(jì)

HMC5883L地磁模塊帶有3軸數(shù)據(jù)，分別為X、Y、Z軸，通過(guò)傳感器得到地磁數(shù)據(jù)后，得到3個(gè)軸的地磁強(qiáng)度不同，從而判斷車位是否有車輛。但是這種檢測(cè)容易有誤差，特別是接近閾值附近的值容易誤判，因此本文加入補(bǔ)充檢測(cè)程序。

因此，車輛經(jīng)過(guò)車位上方時(shí)，Z軸的磁場(chǎng)強(qiáng)度變化最大，采用軸峰谷值差為閾值。軸峰谷值差為Z軸無(wú)車1 uT，Z軸有車時(shí)候9 uT。經(jīng)過(guò)多次測(cè)量和比對(duì)采用8 uT為判斷閾值。

程序開(kāi)始后，首先地磁傳感器檢測(cè)數(shù)據(jù)，如果Z軸的數(shù)值小于閾值的80%，直接判定為無(wú)車；如果Z軸的數(shù)值大于閾值的120%，直接判定為有車；如果Z軸的數(shù)值在閾值的80%到120%之間，啟動(dòng)補(bǔ)充判定程序。補(bǔ)充判定程序開(kāi)始后會(huì)連續(xù)3次檢測(cè)是否處于閾值范圍之間，不是則判定為無(wú)車，如果是則獲取X、Y軸數(shù)和閾值比較數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充判定。這個(gè)思想借鑒于數(shù)字電子技術(shù)課程中0和1的判別。具體流程圖分別如圖4、圖5所示。

3.2" ESP8266模塊的程序設(shè)計(jì)

ESP8266是一款高度集成的Wi-Fi芯片，官方提供了AT指令固件，使得開(kāi)發(fā)人員可以通過(guò)串口發(fā)送指令與ESP8266進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行配置、連接Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)、發(fā)送HTTP請(qǐng)求等操作[9]。AT指令固件通過(guò)簡(jiǎn)單的指令，實(shí)現(xiàn)了對(duì)ESP8266芯片的復(fù)雜控制，方便開(kāi)發(fā)人員進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，具體如圖6所示。

3.3" ONENET云平臺(tái)的數(shù)據(jù)傳輸

采用ONENET云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備與云端之間的數(shù)據(jù)傳輸[10]，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備與ONENET云平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)傳輸和交互。提供了一個(gè)可靠的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，方便數(shù)據(jù)的收集、存儲(chǔ)、處理和展示，以及對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和監(jiān)控。圖7為云平臺(tái)數(shù)據(jù)上傳代碼。

4" 結(jié)論

本文的設(shè)計(jì)精度只能說(shuō)對(duì)于停車位管理系統(tǒng)來(lái)說(shuō)足夠了。盡管加入了補(bǔ)充程序，但是在實(shí)測(cè)中仍有誤判的可能。按大多數(shù)論文的說(shuō)法，基本上認(rèn)為地球同一個(gè)地點(diǎn)的地磁信號(hào)不變，可是初期拿到的地磁長(zhǎng)時(shí)測(cè)試數(shù)據(jù)效果并不好，一度懷疑是傳感器的問(wèn)題。

室內(nèi)盡量減少其他干擾后得到的結(jié)果，漂移范圍上下波動(dòng)80左右。同樣在室外檢測(cè)了一組數(shù)據(jù)（夏），數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)與溫度變化趨勢(shì)有相關(guān)性。

如果說(shuō)車輛長(zhǎng)時(shí)停放時(shí)數(shù)據(jù)漂移嚴(yán)重，此期間不能進(jìn)行基線更新，那么以此作為判斷出庫(kù)的標(biāo)志顯然是不明智的。

本文主要是針對(duì)戶外公共停車位、大型停車場(chǎng)性質(zhì)、功能和管理?xiàng)l件的特殊性。利用現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)城市公共停車位狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，提高城市公共資源的利用效率，為建設(shè)數(shù)字化城市作出貢獻(xiàn)。

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