陳長征，竇寶茹，師 亮

(1.西安航空學(xué)院 a.創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院 b.電子工程學(xué)院，西安 710077; 2.陜西省地方病防治研究所，西安 710003)

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，私家車的數(shù)量在逐年增長，然而由于停車場車位管理系統(tǒng)落后，停車難的問題也愈加嚴(yán)重。因此，急需采取有效方案解決這個問題[1]。本文設(shè)計(jì)了一種利用單片機(jī)來控制停車場的車位管理系統(tǒng)，可以有效解決停車場車位緊張問題。

本文設(shè)計(jì)使用STM32單片機(jī)的最小系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)停車場車位管理系統(tǒng)軟硬件的綜合設(shè)計(jì)與模擬調(diào)試，實(shí)現(xiàn)停車場車位的狀態(tài)監(jiān)控、自動計(jì)費(fèi)、報警、時間顯示等功能。系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)較為簡單，操作流程也方便易操作，可以快速在各個停車場內(nèi)安裝投入使用，降低管理成本的同時也可以有效節(jié)省人力資源，在停車場空間資源有限的情況下，規(guī)范且高效的管理調(diào)度停車場，使緊張的車位得到合理的安排使用。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)使用的STM32F103C8T6單片機(jī)是一款基于ARM Cortex-M 內(nèi)核的STM32系列的三十二位單片機(jī)，它的程序存儲器容量為64KB，工作電壓為2V～3.6V，工作溫度為-40°C～85°C，封裝為LQFP48[2]。它結(jié)合了高性能的精簡指令集計(jì)算機(jī)內(nèi)核以及高速內(nèi)嵌存儲器，運(yùn)行頻率可以達(dá)到72MHz，并且擁有增強(qiáng)范圍的強(qiáng)化輸入/輸出，同時外部連接至兩個APB總線。還具有12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器、計(jì)時器、PWM計(jì)時器、標(biāo)準(zhǔn)和高級通訊接口等，如圖1所示。

圖1 硬件電路圖

停車場車位管理系統(tǒng)系統(tǒng)包含了傳感器、顯示屏幕、電路電源、鍵盤輸入等多個工作模塊[3]。它可以實(shí)現(xiàn)自動計(jì)費(fèi)、設(shè)置車位數(shù)等功能，并且擁有3個模擬的停車位用來顯示車輛停放的具體位置。系統(tǒng)框圖如圖2所示。

1.1 電源電路

電源電路主要有兩部分組成：

(1)供電電路：可以使用普通的USB接口電路，5V電源輸出,如圖3所示。

圖2系統(tǒng)框圖

(2)降壓電路：USB輸入5V電壓，然后降壓輸出為3.3V，如圖4所示。

圖4 降壓電路

1.2 晶振電路

晶振電路為主控芯片提供系統(tǒng)時鐘信號，電路的芯片和外部設(shè)備工作都要基于時鐘信號的控制，如圖5所示。

1.3 復(fù)位電路

主控芯片是低電平復(fù)位(引腳NRST)，硬件按鍵復(fù)位屬于系統(tǒng)復(fù)位之一(另外還有軟件復(fù)位，看門狗計(jì)數(shù)終止復(fù)位等)。其中的電容C2的目的是按鍵消抖，防止在按鍵剛剛接觸/松開時的電平抖動引發(fā)誤動作。按鍵閉合/松開的接觸過程大約有10ms的抖動，這對于主控芯片I/O控制來說已經(jīng)是很長的時間，足以執(zhí)行多次復(fù)位動作[4]。由于電容電壓不會突變，所以采用電容濾波，防止抖動復(fù)位誤動作，如圖6所示。

圖5晶振電路

1.4 顯示電路

本設(shè)計(jì)需要具備信息顯示功能，因此需要選擇一款合適的顯示屏幕。OLED屏幕是近年來新興的屏幕顯示技術(shù)，因?yàn)榫哂凶陨砜砂l(fā)光的特性，所以亮度和對比度更高，而且功耗降低，被廣泛應(yīng)用。OLED使用的是自發(fā)光材料，不需要背光板就能發(fā)光，而且具有顯示視角廣、畫質(zhì)好、響應(yīng)速度快、更容易彩色顯示等諸多優(yōu)點(diǎn)[5]。因此本文設(shè)計(jì)的顯示屏幕選用這種屏幕，選擇分辨率為128*64、屏幕尺寸為0.96寸的OLED屏幕，如圖7所示。

1.5 傳感器電路

光電傳感器的檢測方法具有精度高、響應(yīng)速度快、無接觸、參數(shù)可測試性強(qiáng)、傳感器結(jié)構(gòu)簡單、形式多樣等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于檢測與控制[6]。只要有車輛通過，只要在傳感器的檢測范圍內(nèi)就輸出高電平；如果無車輛通過，則傳感器輸出低電平。使用光電傳感器檢測出入口是否有車輛經(jīng)過和車位是否空閑，如圖8所示。

圖7OLED顯示電路

圖8傳感器電路

1.6 報警電路

當(dāng)停車場內(nèi)沒有空余停車位時，如果有汽車?yán)^續(xù)進(jìn)入則蜂鳴器就會發(fā)出報警聲音，提醒司機(jī)此停車場內(nèi)車位已滿，司機(jī)就不必進(jìn)入停車場浪費(fèi)時間，可以直接離開尋找其它停車場。蜂鳴器在電路中通過一個PNP型的三極管驅(qū)動，如圖9所示。

1.7 按鍵模塊

按鍵電路的主要作用是手動調(diào)整時間和車位數(shù)，如圖10所示。

圖9蜂鳴器報警電路

1.8 硬件實(shí)物

硬件電路實(shí)物如圖11所示。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)工作流程

當(dāng)入口處傳感器感應(yīng)范圍內(nèi)感應(yīng)到車輛時，傳感器將接收到的信號解調(diào)后傳輸給主控芯片，芯片對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后對停車場內(nèi)是否有空余車位作出判斷。若沒有空余車位則控制蜂鳴器報警示意駕駛員，若有空余車位則控制道閘開啟放行。當(dāng)車輛進(jìn)入停車位被停車位處的傳感器感應(yīng)到時開始計(jì)費(fèi)，同時車位的狀態(tài)信息發(fā)送至屏幕顯示[7]。車輛離開停車位時計(jì)費(fèi)終止，繳費(fèi)成功后即可離開。系統(tǒng)工作流程如圖12所示。

圖11硬件實(shí)物圖

2.2 主程序設(shè)計(jì)

主程序是軟件設(shè)計(jì)的整體設(shè)計(jì)思路和框架，其功能是掃描鍵盤，接收并處理時鐘信號，做出邏輯判斷，控制各種中斷，并將數(shù)據(jù)送入顯示模塊。

在判斷車輛是否進(jìn)出中，本系統(tǒng)使用了四個紅外光電傳感器，一個用來檢測出大門是否有車輛進(jìn)入，另外三個用來檢測模擬車位的狀態(tài)。當(dāng)入口處傳感器感應(yīng)到車輛且有空余停車位的情況下開啟道閘放行，車位上的傳感器檢測到有車輛停放時開始計(jì)費(fèi)。若停車場內(nèi)沒有空余車位時，入口處器檢測到有車輛準(zhǔn)備駛?cè)霑r則報警示意，如圖13所示。

圖12系統(tǒng)工作流程

3 結(jié)語

智能停車場車位管理系統(tǒng)正逐漸融入廣大人民群眾的日常生活當(dāng)中，系統(tǒng)對停車場進(jìn)行自動化的管理，減輕了工作人員的工作量，提高了停車場運(yùn)作的整體效率，并降低了整體管理成本，確保停車場能夠高效穩(wěn)定的運(yùn)作。本系統(tǒng)通過傳感器模塊起到對停車場內(nèi)車位狀態(tài)監(jiān)控的作用，并將數(shù)據(jù)傳送至指控芯片進(jìn)行處理判斷，進(jìn)而控制LED指示燈、出入口、蜂鳴器報警以及顯示屏幕協(xié)同運(yùn)作，最終將車位狀態(tài)、計(jì)費(fèi)等其它信息通過顯示屏顯示方便管理人員了解停車場內(nèi)情況。