韓進(jìn)，賈富拓

（1.山東科技大學(xué)電子通信與物理學(xué)院，青島266590；2.山東科技大學(xué)）

STM32F107的停車引導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

韓進(jìn)1，賈富拓2

（1.山東科技大學(xué)電子通信與物理學(xué)院，青島266590；2.山東科技大學(xué)）

本文設(shè)計(jì)的停車誘導(dǎo)系統(tǒng)以STM32F107微控制器為核心處理器，由RFID讀卡器組成檢測(cè)電路，用來(lái)檢測(cè)停車場(chǎng)的車輛通過(guò)情況；有源RFID的無(wú)線模塊發(fā)送信號(hào)，由檢測(cè)模塊將檢測(cè)信號(hào)上傳至上位機(jī)，由上位機(jī)控制停車場(chǎng)地面的指示燈（用來(lái)指示是否有車輛通過(guò)）的開(kāi)啟與關(guān)閉。采用Modbus通信協(xié)議進(jìn)行控制和監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了與外界環(huán)境相結(jié)合的人為可控智能閉環(huán)系統(tǒng)。

停車引導(dǎo)系統(tǒng)；STM32F107；RFID；地面指示燈

引言

隨著中國(guó)城市現(xiàn)代化的發(fā)展，在擁擠的市區(qū)里汽車與停車位之間的問(wèn)題越來(lái)越突出。停車場(chǎng)日漸無(wú)法滿足越來(lái)越多的停車需求，如何充分利用有限的資源滿足車輛的泊車需求，成為當(dāng)前急需解決的問(wèn)題?；赟TM32F107的停車引導(dǎo)系統(tǒng)可以通過(guò)提供停車場(chǎng)位置、車位使用及其相關(guān)路線等信息，引導(dǎo)出行者快速有效地找到停車位，充分發(fā)揮停車場(chǎng)的使用率，并具有低功耗、穩(wěn)定性強(qiáng)、通信距離遠(yuǎn)、傳輸速度快、誤碼率低等特點(diǎn)。

1 總體方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要由6部分組成：上位PC機(jī)、RFID讀卡器、微控制器STM32F107、RFID標(biāo)簽、TU8001模塊、燈光引導(dǎo)模塊。每輛汽車都會(huì)配發(fā)一個(gè)RFID標(biāo)簽，標(biāo)簽上有唯一的地址，每0.5 s發(fā)射一次信號(hào)。在汽車行駛過(guò)程中，標(biāo)簽內(nèi)的信息被RFID讀卡器接收，RFID讀卡器通過(guò)RS485總線上傳到上位機(jī)，上位PC機(jī)提供操作界面，通過(guò)modbus協(xié) 議 控制 STM32F107模塊的 高 低電 平，STM32F107控制指示燈的亮滅。微控制器STM32F107通過(guò)的接口電路向RS485總線發(fā)送指令和接收RS485總線各個(gè)節(jié)點(diǎn)的信息；TU8001模塊是串口服務(wù)器模塊，使RS485信號(hào)可以轉(zhuǎn)成網(wǎng)絡(luò)信號(hào)；上位機(jī)和設(shè)備之間可以直接通過(guò)網(wǎng)線連接。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 控制器選型

采用STM32F107網(wǎng)絡(luò)處理器作為系統(tǒng)核心單元，此芯片具備72 MHz運(yùn)行頻率和90 DMIPS的處理性能，集成了以太網(wǎng)、CAN總線、RS485、RS232、USBOTG等各種高性能工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口，其標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)包括10個(gè)定時(shí)器、16路12 位1 Msps的A/D轉(zhuǎn)換器、2路12位D/A轉(zhuǎn)換器等，可以應(yīng)用于多種工業(yè)場(chǎng)合。

2.2 RS485接口電路

RS485接口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò)，一般是兩線制，多采用屏蔽雙絞線傳輸。這種接線方式為總線式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在同一總線上最多可以掛接32個(gè)節(jié)點(diǎn)。在RS485通信網(wǎng)絡(luò)中一般采用的是主從通信方式，即一個(gè)主機(jī)帶多個(gè)從機(jī)。RS485最大的通信距離約為1 219 m，最大傳輸速率為10 Mbps。傳輸速率與傳輸距離成反比，如果需更長(zhǎng)的傳輸距離，可增加485中繼器，以滿足停車場(chǎng)的通信要求。

ADM2582E/ADM2587E是具備±15 kV ESD保護(hù)功能的完全集成式隔離數(shù)據(jù)收發(fā)器，適合用于多點(diǎn)傳輸線路上的高速通信，ADM2582E/ADM2587E包含一個(gè)集成式隔離DC/DC電源，不再需要外部DC/DC隔離模塊。該器件針對(duì)均衡的傳輸線路而設(shè)計(jì)，符合ANSI/TIA/EIA RS-485-A-98和ISO 8482：1987（E）標(biāo)準(zhǔn)；采用ADI公司的iCoupler技術(shù)，在單個(gè)封裝內(nèi)集成了一個(gè)三通道隔離器、一個(gè)三態(tài)差分線路驅(qū)動(dòng)器、一個(gè)差分輸入接收機(jī)和一個(gè)isoPowerTM DC/DC轉(zhuǎn)換器；采用5 V或3.3 V單電源供電，從而實(shí)現(xiàn)了完全隔離的RS485解決方案。設(shè)計(jì)電路如圖2所示。

圖2 RS485接口電路

2.3 標(biāo)簽和讀卡器設(shè)計(jì)

標(biāo)簽和讀卡器都采用nRF24LE1模塊。nRF24LE1采用了Nordic公司無(wú)線和超低功耗技術(shù)，具有掉電和等待多種低功率工作模式。當(dāng)以-6 dBm的功率發(fā)送時(shí)，工作電流只有8.8 mA；當(dāng)以0 dBm功率發(fā)射時(shí)，工作電流僅11.1 mA；而在2 MHz接收時(shí)，工作電流僅13.3 mA。因此，nRF24LE1模塊在一個(gè)極小封裝中集成了 2.4 GHz nRF24L01+和增強(qiáng)型8051Flash高速單片機(jī)，具有豐富的外設(shè)資源，內(nèi)置128位AES硬件加密器、32位硬件乘除協(xié)處理器、6～12位ADC、兩路PWM、I2C總線、UART接口、硬件隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器件、WDT、RTC、模擬比較器等。在室內(nèi)距離可達(dá)30～40 m，室外可達(dá)100～200 m?？罩兴俾首罡哌_(dá)2 Mbps，為開(kāi)發(fā)應(yīng)用帶來(lái)了方便，很適合應(yīng)用于各種2.4 GHz的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。原理圖如圖3所示。

RFID讀卡器加 RS485芯片隔離，讀卡器中的nRF24LE1模塊接收到標(biāo)簽中nRF24LE1模塊的信號(hào)之后，向上位機(jī)發(fā)送讀卡器的地址信息，則上位機(jī)可以控制讀卡器附近的地面指示燈亮起。對(duì)于nRF24LE1通過(guò)設(shè)置RF_SETUP寄存器中的RF_DR，可將空中速率設(shè)置為250 kbps、1 Mbps、2 Mbps。使用高速率可以獲得較低的平均電流，從而減少空中受干擾和碰撞的機(jī)率；使用較低的速率將會(huì)獲得更好的接收靈敏度。注意接收方和發(fā)送方必須設(shè)定為同一速率方可通信。

2.4 串口通信模塊

采用TU8001-DC模塊，這款是RS485轉(zhuǎn)TCP/IP串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器，TCP/IP轉(zhuǎn)串口RS485、RS422，TCP/IP串口服務(wù)器/串口聯(lián)網(wǎng)模塊，支持雙向傳輸。具有10/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)接口，支持AUTO MDI/MDIX，可使用交叉網(wǎng)線或平行網(wǎng)線連接，波特率在115.2 kbps以上并且可以選擇手動(dòng)或自動(dòng)設(shè)置?？蛇x擇TCP Sever、TCP Client、UDP工作模式，支持虛擬串口工作模式、工作端口、目標(biāo)IP地址和端口號(hào)均可以用管理軟件輕松設(shè)定，可以使用AT指令通過(guò)串口配置模塊參數(shù)，使網(wǎng)絡(luò)斷開(kāi)后可以自動(dòng)斷開(kāi)連接，保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可靠地建立TCP連接、靈活的串口數(shù)據(jù)分幀設(shè)置，滿足用戶各種分包需求，UDP方式下禁止了包廣播、在高速收發(fā)數(shù)據(jù)的情況下，發(fā)熱比較低，支持DNS動(dòng)態(tài)域名遠(yuǎn)程連接。

3 軟件設(shè)計(jì)

主流程圖如圖4所示。系統(tǒng)初始化完成后，RS485總線通過(guò)TU8001模塊發(fā)送給上位機(jī)指令，上位機(jī)收到指令后快速尋找停車位。二進(jìn)制搜索算法是一種典型的確定性防碰撞算法，通過(guò)多次比較逐一讀出所有標(biāo)簽的序列號(hào)。為了從一組標(biāo)簽中讀出一個(gè)標(biāo)簽的序列號(hào)，上位機(jī)軟件首先發(fā)送閱讀命令，檢查碰撞情況，如果發(fā)生碰撞，則將響應(yīng)的標(biāo)簽進(jìn)行分組，選擇其中的一組進(jìn)行下一輪搜索，直到讀出一個(gè)完整的序列號(hào)為止。

圖4 主程序流程圖

4 設(shè)計(jì)具體實(shí)現(xiàn)

通過(guò)TU8001的轉(zhuǎn)接口實(shí)現(xiàn)RS485總線與PC機(jī)串口的數(shù)據(jù)交換。讀卡器在未檢測(cè)到標(biāo)簽信息時(shí)，每2 s檢測(cè)一次，當(dāng)讀卡器檢測(cè)到標(biāo)簽信息時(shí)，改為每秒上傳一次信息。

讀卡器讀到標(biāo)簽的數(shù)據(jù)后，通過(guò)Socket（Socket調(diào)試工具是一款網(wǎng)絡(luò)TCP/UDP通信調(diào)試工具）上傳給上位機(jī)，上位機(jī)接收到標(biāo)簽的數(shù)據(jù)后與數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的信息進(jìn)行比對(duì)，計(jì)算出持有標(biāo)簽的該車的停車位，檢測(cè)到標(biāo)簽信息的讀卡器附近的指示燈會(huì)亮起，從而指引汽車順利到達(dá)指定的停車位。

當(dāng)車行駛過(guò)去之后，讀卡器檢測(cè)不到標(biāo)簽的信息，指示燈就會(huì)自動(dòng)熄滅。具體實(shí)現(xiàn)如圖5所示。

結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)以STM32F107微控制器為核心，同TU8001通信轉(zhuǎn)換器、RFID以及上位機(jī)組成引導(dǎo)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了RS485通信，采用了內(nèi)部嵌入單片機(jī)的射頻收發(fā)芯片nRF24LE1實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和檢測(cè)，達(dá)到了對(duì)燈光設(shè)備的可控性和閉環(huán)自身調(diào)節(jié)的目的?；赟TM32F107微控制器，通過(guò)RS485總線控制的智能停車引導(dǎo)系統(tǒng)，具有功能強(qiáng)大、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、穩(wěn)定可靠、便于擴(kuò)展等特點(diǎn)，應(yīng)用前景良好。

圖5 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)圖

［1］郎為民.射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)原理與應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

［2］ST.STM32F10xxx參考手冊(cè)，2010.

［3］馮春艷.RFID防碰撞算法研究［D］.廣州：中山大學(xué)，2008.

［4］劉勃，宋慶恒，胡三慶.基于 RFID的停車場(chǎng)智能管理系統(tǒng)［J］.計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2008（5）.

［5］夏志國(guó).RFID系統(tǒng)標(biāo)簽防碰撞算法及安全協(xié)議研究［D］.長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2010.

［6］吳釗炯，嚴(yán)仍友.2.4 GHz無(wú)線收發(fā)芯片nRF24E1的原理及應(yīng)用［J］.國(guó)外電子元器件，2004（9）.

Parking Guidance System Based on STM32F107

Han Jin1，Jia Futuo2

（1.School of electronic communication and physics，Shandong University of Science and Technology，Qingdao 266590，China；2.College of information science and engineering，Shandong University of Science and Technology）

The system of parking guidance takes the STM32F107 microcontroller as the core processor and the detection circuit is composed of a RFID card reader which is used to detect the condition of vehicles.When the active RFID wireless module sends a signal，the detection module will detect the signal and upload to the host computer which controls the opening and closing of the indicator light（used to indicate whether the vehicle pass or not）buried in the parking ground.With the usage of Modbus communication protocol to control and monitor，the design realizes an artificially controlled intelligent closed-loop system combined with the external environment.

parking guidance system；STM32F107；RFID；ground lights

TP273

A

楊迪娜

2014-10-04）

青島經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)重點(diǎn)科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（No：2013-1-62）；山東科技大學(xué)研究生教育創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目（KDYC13012）資助。