郭蕓君，張 麟

（三亞學(xué)院理工學(xué)院，海南 三亞 572000）

基于Arduino的智能停車場(chǎng)設(shè)計(jì)

郭蕓君，張 麟

（三亞學(xué)院理工學(xué)院，海南 三亞 572000）

文章以Arduino系列的單片機(jī)作為主控終端，通過連接各種傳感器以構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)為原型的智能停車場(chǎng)。該設(shè)計(jì)通過單片機(jī)與Ethernet W5100進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)端口的連接，將采集的信息傳送到服務(wù)器，經(jīng)過處理后上傳到Web交互平臺(tái)，通過微信公眾號(hào)平臺(tái)的自動(dòng)回復(fù)功能，實(shí)現(xiàn)查詢和預(yù)約功能，使停車場(chǎng)能夠更高效、更智能化。

Arduino；智能停車場(chǎng)；物聯(lián)網(wǎng)；微信公眾號(hào)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速的發(fā)展，機(jī)動(dòng)車數(shù)量迅速增加，選擇汽車出行的居民越來越多，“停車難，難停車”的問題在每個(gè)城市日漸顯著，亂收費(fèi)、違章停車、進(jìn)出停車場(chǎng)困難等現(xiàn)象普遍存在，這既影響了城市景觀，更影響著和諧發(fā)展動(dòng)態(tài)交通的方針。大部分城市的停車場(chǎng)還屬于傳統(tǒng)停車場(chǎng)，功能單一、效率低下、自動(dòng)化程度低，許多停車場(chǎng)嚴(yán)重短缺停車標(biāo)志、停車泊位線、導(dǎo)向箭頭、減速墊、車輛誘導(dǎo)標(biāo)志等停車管理設(shè)施，加大了停車的難度[1]。

因此，開發(fā)和設(shè)計(jì)一套完整的智能停車管理系統(tǒng)非常必要?；贏rduino單片機(jī)開發(fā)下的智能停車場(chǎng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控停車場(chǎng)內(nèi)情況，方便了解空車位數(shù)量，同時(shí)還有燈光控制系統(tǒng)，能夠?qū)Ш竭M(jìn)入車庫(kù)的車快速找到空車位。為了節(jié)省時(shí)間，智能停車場(chǎng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，執(zhí)行局域網(wǎng)內(nèi)預(yù)約停車，極大方便了車主尋找車。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案及框圖

系統(tǒng)整體如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體

主控單元的一號(hào)單片機(jī)的工作流程：當(dāng)有車輛駛?cè)胲囄粫r(shí)，紅外檢測(cè)傳感器檢測(cè)到車位上有車輛，將高電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為低電平信號(hào)傳輸給單片機(jī)I/O口，單片機(jī)得到信號(hào)進(jìn)行判斷后打開當(dāng)前車位上的紅色LED開關(guān)提示車位有車，并關(guān)掉導(dǎo)航到此車位的綠色LED導(dǎo)航燈的開關(guān)。當(dāng)車輛駛出車位時(shí)，紅外檢測(cè)傳感器檢測(cè)到車位上無車輛，將低電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為高電平信號(hào)傳輸給單片機(jī)I/O口，單片機(jī)得到信號(hào)進(jìn)行判斷后關(guān)閉當(dāng)前車位上的紅色LED開關(guān)并打開導(dǎo)航到此車位的綠色LED導(dǎo)航燈，并保持狀態(tài)到下次的狀態(tài)改變。

主控單元的二號(hào)單片機(jī)的工作流程：當(dāng)有車輛駛?cè)霗z測(cè)車道時(shí)，超聲波傳感器產(chǎn)生固定PWM信號(hào)，將收集到的信號(hào)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)的PWM口，計(jì)算出高電平的時(shí)間，并用公式計(jì)算出車輛離檢測(cè)口的距離，從而定位車輛位置，并打開當(dāng)前車輛前方及正上方的燈開關(guān)。在靠近出入口的位置或者是雙層停車場(chǎng)的道路口，二號(hào)主控單片機(jī)還設(shè)有紅外檢測(cè)傳感器和舵機(jī)，出入口的方式不同，出口的程序中，當(dāng)紅外檢測(cè)檢測(cè)到車輛駛?cè)霑r(shí)，紅外傳感器將高電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為低電平信號(hào)傳輸給單片機(jī)I/O口，單片機(jī)得到信號(hào)后輸出PWM信號(hào)控制舵機(jī)開門，當(dāng)紅外檢測(cè)狀態(tài)變化時(shí)，單片機(jī)輸出關(guān)門PWM信號(hào)。入口程序中，由于添加了預(yù)約和確定滿車的問題，需要一個(gè)外控制端來判斷是否滿足開門條件，并傳入開門信號(hào)，當(dāng)紅外檢測(cè)到車已經(jīng)進(jìn)入停車場(chǎng)后，關(guān)閉入口舵機(jī)門。

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的工作流程：由主控系統(tǒng)的一號(hào)單片機(jī)接收的4個(gè)車位的停車狀態(tài)，經(jīng)過處理得到數(shù)據(jù)后經(jīng)過HTML5編輯Web保存在服務(wù)端，當(dāng)手機(jī)接入無線局域網(wǎng)時(shí)，網(wǎng)頁(yè)登入http://192.168.1.177/或者關(guān)注微信號(hào)回復(fù)“查詢”或“預(yù)約”即可跳出界面?？梢赃x擇預(yù)約，界面提示預(yù)約號(hào)，入口設(shè)有LCD1602提示停車場(chǎng)目前空車位數(shù)量，并設(shè)有4x4矩陣按鍵來輸入預(yù)約號(hào)。預(yù)約系統(tǒng)是將預(yù)約數(shù)和空車位數(shù)作對(duì)比，當(dāng)兩個(gè)相等時(shí)，關(guān)閉預(yù)約按鈕和無預(yù)約開門程序，車輛只能通過輸入預(yù)約號(hào)進(jìn)入，輸入預(yù)約號(hào)后，預(yù)約數(shù)將減一位，后再和停車場(chǎng)空車位作對(duì)比，當(dāng)空車位大于預(yù)約車位數(shù)時(shí)，可以直接點(diǎn)擊開門按鍵進(jìn)入。

2 系統(tǒng)主要芯片和模塊分析

Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺(tái)，包含各種型號(hào)的Arduino板和傳感器和軟件（Arduino IDE）。Arduino能通過各種各樣的傳感器來感知環(huán)境，通過控制燈光、馬達(dá)和其他的裝置來反饋、影響環(huán)境[2]?；贏rduino平臺(tái)，可以快速搭建各種模擬物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的電子原型[3]。

2.1 Arduino Ethernet W5100

Arduino Ethernet是一個(gè)基于ATmega328的微控制器，其網(wǎng)絡(luò)芯片采用W5100，是一款多功能的單片網(wǎng)絡(luò)接口芯片，內(nèi)部集成有10/100 Mbps以太網(wǎng)控制器，其功能使可以和計(jì)算機(jī)或者其他微控制器進(jìn)行通信，同時(shí)支持TWI和SPI通信[4]。

2.2 紅外避障傳感器模塊

紅外避障傳感器能夠測(cè)量2～30cm可控范圍內(nèi)的物體，通電后能一直產(chǎn)生紅外信號(hào)，經(jīng)過待測(cè)物體反射后接收端接收信號(hào)，返回的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后，進(jìn)行電壓比較，從信號(hào)口輸出高低電平。

2.3 HC-SR04超聲波測(cè)距傳感器模塊

HC-SR04超聲波測(cè)距傳感器可以在2～400 cm內(nèi)測(cè)出物體與模塊間的距離，其精度可達(dá)到3 mm。用單片機(jī)的I/O口給Trig發(fā)送一個(gè)至少10 μs的高電平信號(hào)，模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40 kHz的方波，并檢測(cè)信號(hào)的返回，將信號(hào)從Echo口輸出到單片機(jī)，通過檢測(cè)高電平的時(shí)間來計(jì)算物體到超聲波傳感器的距離，測(cè)試距離（cm）=輸出的高電平信號(hào)/58。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

3.1 紅外檢測(cè)及導(dǎo)航燈和指示燈程序

紅外檢測(cè)需要循環(huán)對(duì)4個(gè)車位上的紅外傳感器（infra）進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，當(dāng)車位的紅外采集到低電平時(shí)，表示當(dāng)前車位上有車，關(guān)閉當(dāng)前車位上的導(dǎo)航燈并打開紅色指示燈；反之，關(guān)閉紅色指示燈并打開相對(duì)應(yīng)的導(dǎo)航燈。為了程序的簡(jiǎn)潔采用了數(shù)組定義各個(gè)接口并用多個(gè)for語(yǔ)句循環(huán)嵌套，減少單片機(jī)的程序存儲(chǔ)空間，提高運(yùn)行速度。

3.2 超聲波測(cè)距及燈光控制程序

超聲波傳感器至少需要10 μs高電平的啟動(dòng)PWM信號(hào)，因此，程序給出10 ms的高電平，狀態(tài)改變時(shí)立即用pulshIn ()函數(shù)檢測(cè)脈沖寬度，由計(jì)算公式得出相應(yīng)距離并進(jìn)行判斷，駛?cè)胲嚨罆r(shí)打開前面所有照明燈光，隨著車輛的位置關(guān)閉車后面的燈光。當(dāng)車駛出道路時(shí)自動(dòng)關(guān)閉燈光。為了程序的簡(jiǎn)潔采用了數(shù)組定義各個(gè)接口并用for語(yǔ)句嵌套判斷語(yǔ)句，判斷語(yǔ)句中當(dāng)距離小于t×9 cm時(shí)，打開第t段照明燈，用for循環(huán)后即可實(shí)現(xiàn)打開從開始端到max（t）段的照明燈光。

3.3 添加微信公眾號(hào)功能

由于系統(tǒng)需要接入局域網(wǎng)，網(wǎng)址相對(duì)難記住，通過微信掃碼關(guān)注公眾號(hào)后收取網(wǎng)址登入方便。首先用微信注冊(cè)一個(gè)公眾號(hào)，登入微信公眾號(hào)平臺(tái)，在自定義菜單中編輯相應(yīng)的文字，輸入網(wǎng)址并保存。在自動(dòng)回復(fù)中選擇關(guān)鍵字自動(dòng)回復(fù)，設(shè)置“查詢”“預(yù)約”“停車場(chǎng)”為關(guān)鍵字后，回復(fù)框輸入網(wǎng)址即可。

4 結(jié)語(yǔ)

本文是基于ArduinoUNO單片機(jī)、微信公眾號(hào)、物聯(lián)網(wǎng)的智能停車場(chǎng)，其核心處理器ATmega328通過控制超聲波傳感器的占空比來控制導(dǎo)航燈的亮度，以保證車輛安全迅速地找到車位，利用車位上方的紅外檢測(cè)模塊配合單片機(jī)的處理，來提示車主此車位是否有車；網(wǎng)絡(luò)部分采用ATmega2560配合Ethernet W5100進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)端口的搭建，利用HTML5和CSS編程設(shè)計(jì)出良好的交互界面，車主可以通過微信公眾號(hào)平臺(tái)來查詢和預(yù)訂停車位。該智能停車系統(tǒng)可方便廣大車友快速找到停車位，減少交通擁堵，同時(shí)也降低車場(chǎng)的人工成本和提高車場(chǎng)的利用率，為智慧城市添磚加瓦。

[1]王中生，韓康.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能停車系統(tǒng)研究設(shè)計(jì)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2016（20）：99-102.

[2]施智雄.Arduino在大學(xué)工科教學(xué)中應(yīng)用探索[J].西昌學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012（4）：50-54.

[3]蔡睿妍.Arduino的原理及應(yīng)用[J].電子設(shè)計(jì)工程，2012（16）：155-157.

[4]汪新舜.基于Arduino與LabVIEW的智能廠房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)[D].大連：大連理工大學(xué)，2016.

Design of intelligent parking lot based on Arduino

GuoYunjun, Zhang Lin
（Engineering Branch Sanya College, Sanya 572022, China）

With the single chip of Arduino series as the main control terminal, this article establishes the intelligent parking lot in the prototype of internet of things through the connection of various sensor.Through the connection of the single chip with Ethernet W5100 network port, this design transmits the collected information to the server and then uploads it to the WEB interactive platform after processing.It achieves the query and booking functions through the automatic response function of WeChat public number platform so that the car park can be much more efficient and intelligent.

Arduino; intelligent parking lot; internet of things; WeChat public number

海南省教育廳教改項(xiàng)目；項(xiàng)目名稱：Hnjg2015-61。

郭蕓君（1985— ），女，海南瓊海，本科，中級(jí)實(shí)驗(yàn)師；研究方向：移動(dòng)通信。