許倫輝，張雪

（江西理工大學(xué) 電氣工程及自動化學(xué)院，江西 贛州 341000）

0 引言

隨著汽車作為一種快速舒適的交通工具進(jìn)入千家萬戶，交通擁堵、停車難等問題也隨之而來，給人們的出行帶來了一些煩惱。為了提高人們的生活質(zhì)量和出行安全，很多停車場管理系統(tǒng)的研究成果在一定程度上緩解了交通壓力，解決了部分停車難的問題［1］。目前，越來越多的設(shè)計(jì)方案趨于信息化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，也成為我們研究的重點(diǎn)。

1 設(shè)計(jì)思路

內(nèi)部停車場常見的一般有小汽車和面包車兩種汽車類型，面包車長度比小汽車長度要長，所以停車場內(nèi)分為面包車停放區(qū)域和小汽車停放區(qū)域［2］。為了能讓車輛不停車進(jìn)入停車場（前提是持永久卡的車輛）并快速找到停車位而提出了一種IC卡結(jié)合藍(lán)牙無線通訊方式的遠(yuǎn)距離不停車刷卡停車場管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

當(dāng)車輛進(jìn)入識別區(qū)域，主機(jī)控制系統(tǒng)通過藍(lán)牙無線模塊獲取IC卡信息，包括車主身份、汽車類型、賬戶余額等信息，并根據(jù)停車場內(nèi)空車車位信息的反饋，合理分析并分配車輛車位，然后將信息記錄寫入IC卡，并將IC卡的卡號和分配好的車位號在顯示屏中顯示出來，同時(shí)啟動道閘，開始計(jì)時(shí)計(jì)費(fèi)系統(tǒng)。當(dāng)車輛駛出停車場時(shí)，通過藍(lán)牙模塊，主機(jī)控制系統(tǒng)與IC卡互通信息，在開啟道閘時(shí)停止計(jì)時(shí)計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，并自動扣除停車費(fèi)用。

整體設(shè)計(jì)采用模塊化方式設(shè)計(jì)，操作方便，具有很高的擴(kuò)展性。該系統(tǒng)包括主機(jī)模塊、藍(lán)牙模塊、顯示模塊、存儲器模塊、處理器監(jiān)控模塊、時(shí)鐘模塊等，其系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

2 硬件設(shè)計(jì)

主電路包含了藍(lán)牙模塊、顯示模塊、存儲器模塊、處理器監(jiān)控模塊、時(shí)鐘模塊等，該系統(tǒng)主要對藍(lán)牙模塊、存儲器模塊、處理器監(jiān)控模塊選型并進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。

2.1 主控芯片的選型

本系統(tǒng)采用的主控芯片是三星公司生產(chǎn)的S3C2440芯片。三星公司的16/32位精簡指令集（RISC）微處理器S3C2440是一款低功耗、高性能的小型芯片，整體系統(tǒng)成本低且提供了豐富的內(nèi)部設(shè)備，具有獨(dú)立的16 KB指令高速緩存和16 KB數(shù)據(jù)高速緩存。S3C2440A芯片集成的片上功能有外部存儲控制器（SDRAM控制）、4通道DMA（存儲器直接訪問控制器）、3通道UART（通用異步收發(fā)器）、2通道SPI（串行外設(shè)接口）、4通道PWM定時(shí)器和1通道內(nèi)部定時(shí)器/看門狗定時(shí)器、8通道10位ADC和觸摸屏接口、具有日歷功能的RTC和攝像頭接口等［3］，為整個停車場管理系統(tǒng)提供了較全面的硬件設(shè)計(jì)平臺，可拓展性強(qiáng)。

2.2 藍(lán)牙模塊電路設(shè)計(jì)

2.2.1 藍(lán)牙射頻前端模塊

圖2 RDAT212模塊結(jié)構(gòu)圖

藍(lán)牙無線通訊模式在手機(jī)、車載等領(lǐng)域已有廣泛的應(yīng)用，無需傳統(tǒng)的電線模式，且通訊距離可以在0到100 m內(nèi)設(shè)定。根據(jù)發(fā)射出不同的輸出功率，藍(lán)牙傳輸距離可以分為三段:Class1為100m 左右;Class2為10 m左右，Class3在2～3 m之間。在該設(shè)計(jì)中，選擇發(fā)射功率小于4 mW，即藍(lán)牙傳輸距離在10 m左右。銳迪科微電子公司的RDAT212芯片集成了PA（功率放大器）、LNA（低噪聲放大器）、T/R射頻開關(guān) Switch、PA bypass和LNA bypass功能于一體。當(dāng)在PA bypass狀態(tài)下不消耗電流，在LNA bypass狀態(tài)下不但可以作為省電模式，還能增大接收機(jī)的動態(tài)范圍［4］。其RDAT212模塊結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.2.2 藍(lán)牙模塊與主控芯片的連接

藍(lán)牙模塊采用GC－02芯片，該芯片自帶高效板載天線，有豐富的電路接口，是高質(zhì)量的Class2藍(lán)牙模塊［5］。

當(dāng)車輛進(jìn)入藍(lán)牙射頻區(qū)域，RDAT212射頻前端模塊將射頻信號放大，通過射頻開關(guān)將信號傳送到天線，射頻信號經(jīng)低噪聲放大器放大后在GC－02芯片下變頻，并通過UART將IC卡內(nèi)的信息傳送給主機(jī)［6］。GC－02芯片的UART－RXD、UART－TXD分別連接到主控芯片的TXD0和RXD0管腳上，該兩個管腳負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸。GC－02芯片的四個SPI管腳分別連接到主控芯片的SPIMOSI、SPIMISO、SPICLK和nSS_SPI管腳上，用于應(yīng)用軟件的編程接口，方便軟件編程的調(diào)試。其電路連接如圖3所示。

2.3 存儲器模塊電路設(shè)計(jì)

存儲器模塊用來存儲各類信息，包括用戶個人資料、汽車資料、用戶賬戶資料及出入停車場資料。AT24C08提供8192位的串行電可擦寫可編程只讀存儲器（EEPROM），通過I2C總線接口可以實(shí)現(xiàn)一個專門的寫保護(hù)功能，適用于許多要求低功耗和低電壓操作系統(tǒng)［7］。SCL是一個串行時(shí)鐘輸入管腳，連接到主控芯片GPE14管腳上，用于產(chǎn)生器件所有數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的時(shí)鐘;SDA是一個開漏輸出管腳，連接到主控芯片GPE15管腳上，用于器件所有數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收;A0、A1、A2是器件地址輸入端，全部接地。存儲器電路如圖4所示。

2.4 處理器監(jiān)控模塊電路設(shè)計(jì)

圖3 藍(lán)牙模塊電路

圖4 存儲器電路

若在沒有人的情況下CPU運(yùn)行出現(xiàn)異常導(dǎo)致系統(tǒng)卡在一個地方時(shí)，一般電路中會設(shè)計(jì)一個處理器監(jiān)控電路，它具有掉電復(fù)位、手動復(fù)位及看門狗等功能。該系統(tǒng)選用EM6323芯片，通過程序控制不斷喂狗，即定時(shí)地將高電平送到WDI管腳上［8］，此時(shí)若出現(xiàn)異常，寫看門狗引腳的程序便不能被執(zhí)行，EM6323芯片上的WDI管腳就得不到高電平信號，從而發(fā)出一個復(fù)位信號，使程序從程序存儲器的起始位置執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)自動復(fù)位功能，確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。處理器監(jiān)控電路如圖5所示，/MR為手動復(fù)位端，WDI是看門狗管腳，RESET是復(fù)位端，連接到主控芯片nRESET管腳上。

圖5 處理器監(jiān)控電路

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件編程采用模塊化管理方式，分別設(shè)計(jì)了IC卡管理子系統(tǒng)、信息管理子系統(tǒng)、車輛進(jìn)出子系統(tǒng)、計(jì)時(shí)計(jì)費(fèi)子系統(tǒng)和藍(lán)牙通信子系統(tǒng)等。

圖6 主程序流程圖

藍(lán)牙通信子系統(tǒng)主要是將IC卡內(nèi)的數(shù)據(jù)與上位機(jī)交換，實(shí)現(xiàn)讀卡和修改卡的功能;IC卡管理子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)用戶卡的發(fā)行、初始化設(shè)置和掛失等操作;信息管理子系統(tǒng)又包括數(shù)據(jù)存儲子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)查詢子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)。數(shù)據(jù)存儲子系統(tǒng)主要對車輛進(jìn)出信息及停車費(fèi)用進(jìn)行記錄。數(shù)據(jù)查詢子系統(tǒng)主要是生成各類報(bào)表，方便從數(shù)據(jù)庫中查詢目標(biāo)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份、修改和整理等功能;車輛進(jìn)出子系統(tǒng)主要是控制道閘的開啟和預(yù)防砸人砸車功能;計(jì)時(shí)計(jì)費(fèi)子系統(tǒng)主要用來計(jì)算停車場費(fèi)用。其主程序流程圖如圖6所示。

通過主程序協(xié)調(diào)各類子系統(tǒng)程序，從而使系統(tǒng)有條不紊的運(yùn)行。

4 結(jié)束語

本文分析了目前停車場管理系統(tǒng)的狀況，針對智能化不停車進(jìn)入停車場管理提出了一種IC卡結(jié)合藍(lán)牙無線通訊方式的遠(yuǎn)距離不停車刷卡停車場管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。本文重點(diǎn)對藍(lán)牙模塊硬件部分進(jìn)行了分析，并對存儲模塊和處理器監(jiān)控模塊作了介紹，由于受篇幅的限制，省略了時(shí)鐘模塊、顯示模塊和道閘模塊等電路設(shè)計(jì)。對軟件設(shè)計(jì)也只作了簡單的介紹。該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，還可以擴(kuò)展語音播報(bào)器、報(bào)警器等功能，為系統(tǒng)以后的完善提供條件。該設(shè)計(jì)方案基本上實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的不停車管理，但在安全等方面沒有完善，還需進(jìn)一步改進(jìn)。不停車讀卡，大大提高了停車場管理效率，是智能化停車場管理系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

［1］劉文利.國內(nèi)停車場管理系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2011，1（1）:20－20.

［2］文斐.遠(yuǎn)程讀卡在停車場的應(yīng)用［J］.科技資訊，2010，1（11）:4－5.

［3］三星公司.S3C2440A32位CMOS RISC微控制器用戶手冊［DB/OL］.（2011－09－22）［2012 －07 －28］.http://www.linuxidc.com/Linux/2011 －09/43528.htm.

［4］李勇.基于藍(lán)牙的智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.武漢:華中科技大學(xué)，2008，22－24.

［5］南京國春電氣設(shè)備有限公司.GC－02藍(lán)牙模塊數(shù)據(jù)手冊［DB/OL］.（2008－07）［2012－07－28］.

［6］姜煒軍.基于藍(lán)牙技術(shù)的智能停車場管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.武漢:華中科技大學(xué)，2007，24－25.

［7］李宏佳，巍權(quán)利，徐曉曉，等.基于非接觸IC卡自動計(jì)時(shí)停車收費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)［J］.嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2007，23（29）:28－29.

［8］ EM微電子.EM6323中文數(shù)據(jù)手冊［DB/OL］.（2006－03－06）［2012－07－28］.