張 健，劉志成

(太原工業(yè)學(xué)院，山西 太原 030008)

0 引言

隨著近幾年經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人民生活水平也逐漸得到提高，汽車使用率的不斷上升給人們的日常工作和生活帶來(lái)了很多便利，但是停車難的問(wèn)題也隨之產(chǎn)生，由于絕大部分中小型停車場(chǎng)依舊采用人工方式維持運(yùn)行，這就使得停車場(chǎng)運(yùn)行效率低、人工成本高[1]。

以某小區(qū)的中小型停車場(chǎng)為背景，設(shè)計(jì)一種智能停車場(chǎng)管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)智能開(kāi)關(guān)門閘、門口車位提示、停車場(chǎng)內(nèi)空閑車位指示等功能，使停車場(chǎng)管理系統(tǒng)在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，經(jīng)濟(jì)性、安全性和使用效率得到提高，真正實(shí)現(xiàn)停車場(chǎng)車輛的全自動(dòng)化、無(wú)人化、簡(jiǎn)單化管理。

1 系統(tǒng)整體方案的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)以STM32F103單片機(jī)為信號(hào)分析處理核心，設(shè)計(jì)出一套低成本、安全可靠的智能化停車場(chǎng)管理系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由STM32F103控制器和外部的電源模塊、通信模塊、傳感器模塊、顯示模塊、道閘控制模塊組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 核心控制器

STM32F103單片機(jī)采用了比較先進(jìn)的ARM微型控制器(32位)，一共有十個(gè)定時(shí)器，包括兩個(gè)高級(jí)定時(shí)器、四個(gè)一般定時(shí)器、兩個(gè)基本定時(shí)器，兩個(gè)看門狗定時(shí)器，其中的四個(gè)一般定時(shí)器和一百多個(gè)高效的I/O端口足夠本系統(tǒng)使用。另外，STM32F103集成化程度非常高，功率消耗很低，編程上可采用庫(kù)函數(shù)編程方法，大大降低編程難度。

2.2 光電傳感器

光電傳感器是由一個(gè)發(fā)射探頭和一個(gè)接收探頭構(gòu)成的檢測(cè)裝置，又稱光轉(zhuǎn)電接近開(kāi)關(guān)，它是利用被檢測(cè)物體對(duì)發(fā)射探頭發(fā)出光線的反射或者遮擋，由同步回路接通電路來(lái)檢測(cè)物體是否存在[2]。其工作原理如圖2所示。

圖2 光電傳感器工作原理簡(jiǎn)圖

本系統(tǒng)采用E18-D70NK反射式紅外光電開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)車輛。E18-D70NK額定工作電壓為5 V，檢測(cè)范圍為15 cm～600 cm，信號(hào)發(fā)生時(shí)間低于3 ms，能夠在-15℃～50℃的溫度范圍內(nèi)正常工作。當(dāng)有車輛在檢測(cè)區(qū)域出現(xiàn)時(shí)，傳感器將產(chǎn)生一個(gè)高電平信號(hào)通過(guò)輸出端送至單片機(jī)的IO口，單片機(jī)按照相應(yīng)的程序設(shè)計(jì)分析后產(chǎn)生控制信號(hào)。

2.3 舵機(jī)

舵機(jī)的硬件電路主要由直流電機(jī)、電位器、調(diào)制芯片、控制電路組成。內(nèi)部電路如圖3所示[3]。

控制舵機(jī)工作的信號(hào)通過(guò)接收機(jī)進(jìn)入調(diào)制芯片，來(lái)獲取所需的直流偏置電壓。在舵機(jī)內(nèi)部有一個(gè)可以產(chǎn)生周期為20 ms，寬度為1.5 ms的基準(zhǔn)信號(hào)，將直流偏置電壓與此基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生電壓差輸入到電機(jī)的正負(fù)極，電機(jī)的轉(zhuǎn)速趨于穩(wěn)定時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的減速齒輪帶動(dòng)的定位器調(diào)整電位差使其為零，舵機(jī)動(dòng)作完成。

圖3 舵機(jī)內(nèi)部硬件電路圖

2.4 LCD顯示屏

液晶顯示屏(LCD)是廣泛用于各種顯示場(chǎng)所的一類顯示器。LCD在顯示時(shí)采用了兩片極化材料，在兩者之間是液體狀的水晶溶液，在有電流通過(guò)時(shí)液體會(huì)重新進(jìn)行排列，使光線通過(guò)從而達(dá)到顯示的目的。

2.5 HC-05L藍(lán)牙模塊

HC-05是以藍(lán)牙無(wú)線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的一種用于短距離數(shù)據(jù)交換的模塊，主要用于單片機(jī)之間的短距離無(wú)線通信(使用2.3-2.485GHz的ISH范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)無(wú)線電波)[4]。最初是由愛(ài)立信集團(tuán)于1994年創(chuàng)立，作為RS232數(shù)據(jù)通信的一種替代方案，可以同時(shí)連接多個(gè)設(shè)備，解決了多模塊數(shù)據(jù)同步的難題。

2.6 系統(tǒng)總體電路

系統(tǒng)的總體電路如圖4所示。系統(tǒng)以STM32F103單片機(jī)為控制核心，用到三個(gè)32單片機(jī)。每個(gè)單片機(jī)有自己的電源模塊和通信模塊，組成獨(dú)立的系統(tǒng)。每個(gè)系統(tǒng)有自己特殊的功能，以控制道閘為主要功能的是1號(hào)系統(tǒng)、以停車場(chǎng)內(nèi)部車位檢測(cè)為主要功能是2號(hào)系統(tǒng)、以入口智能顯示為主要功能是3號(hào)系統(tǒng)。各系統(tǒng)之間通過(guò)藍(lán)牙通訊模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

圖4 系統(tǒng)總體電路圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本文采用了模塊化編程的思想進(jìn)行相應(yīng)的程序設(shè)計(jì)，將整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)分成了以下幾個(gè)模塊：道閘自動(dòng)控制程序，停車場(chǎng)內(nèi)部車位信息檢測(cè)程序，串口通訊程序，入口顯示屏顯示程序等。系統(tǒng)主程序運(yùn)行流程圖如圖5所示。三個(gè)最小系統(tǒng)中主程序的執(zhí)行以二號(hào)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，二號(hào)系統(tǒng)通過(guò)對(duì)內(nèi)部車位信息檢測(cè)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)直接決定著其他各個(gè)系統(tǒng)是否動(dòng)作。二號(hào)系統(tǒng)的單片機(jī)將車位信息以二進(jìn)制數(shù)的形式通過(guò)串口發(fā)送，此時(shí)一號(hào)和三號(hào)單片機(jī)仍處于等待狀態(tài)，當(dāng)一號(hào)和三號(hào)系統(tǒng)接收到串口中斷信息后讀取相關(guān)數(shù)據(jù)開(kāi)始執(zhí)行主程序。整個(gè)程序運(yùn)行周期以二號(hào)單片機(jī)進(jìn)入主程序?yàn)殚_(kāi)始標(biāo)志，以一號(hào)和三號(hào)單片機(jī)控制端開(kāi)始動(dòng)作為一個(gè)運(yùn)行周期結(jié)束的標(biāo)志。

圖5 系統(tǒng)主程序流程圖

4 系統(tǒng)組裝與調(diào)試

4.1 道閘控制系統(tǒng)調(diào)試

在系統(tǒng)硬件電路搭建及軟件設(shè)計(jì)完成的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)道閘控制系統(tǒng)，并搭建在由亞克力板材組成的道閘門框架上來(lái)進(jìn)行實(shí)際測(cè)試。在道閘框架搭建好后就可以將舵機(jī)、傳感器、控制模塊、電源模塊等硬件進(jìn)行安裝，然后進(jìn)行上電調(diào)試。

4.2 車位信息檢測(cè)系統(tǒng)調(diào)試

本系統(tǒng)的調(diào)試需要建立在相應(yīng)模型框架基礎(chǔ)上進(jìn)行驗(yàn)證，通過(guò)模型模擬出停車場(chǎng)內(nèi)的基本情況，并將硬件系統(tǒng)安裝到模型上進(jìn)行基本功能的實(shí)現(xiàn)，從而檢測(cè)是否符合設(shè)計(jì)要求。即在停車場(chǎng)模型的基礎(chǔ)上，在相應(yīng)位置安裝傳感器和控制系統(tǒng)，安裝完成后進(jìn)行上電實(shí)驗(yàn)，通過(guò)不斷調(diào)試修改參數(shù)使其達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4.3 測(cè)試結(jié)果

系統(tǒng)搭建完成后通過(guò)對(duì)各模塊部件檢查后，即可模擬停車場(chǎng)日常工作情況對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。上電運(yùn)行效果圖如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)實(shí)物圖

5 結(jié)語(yǔ)

基于部分中小型停車場(chǎng)只是簡(jiǎn)單的通過(guò)人為控制道閘開(kāi)關(guān)來(lái)管理停車場(chǎng)，運(yùn)行效率低的缺陷，本文設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的智能停車場(chǎng)管理系統(tǒng)，采用模塊化設(shè)計(jì)方法，通過(guò)對(duì)道閘控制模塊、停車場(chǎng)內(nèi)部車位檢測(cè)系統(tǒng)、LCD顯示模塊的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)道閘的自動(dòng)開(kāi)關(guān)，各車位使用情況的實(shí)時(shí)顯示等功能，通過(guò)系統(tǒng)組裝調(diào)試及實(shí)物模擬驗(yàn)證，效果良好。