吳飛燕

摘 要：為了解決大型商場在高峰時(shí)期車位緊張、車主進(jìn)入車庫后盲目尋找車位引起交通堵塞以及無法實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)當(dāng)天該車位的停車次數(shù)等問題，設(shè)計(jì)了一款基于STM32的智能車位檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)以STM32L431RC微控器作為主控芯片，分別采用超聲波測距模塊作為車位狀態(tài)檢測模塊、光電傳感器模塊進(jìn)行停車車輛的檢測和計(jì)數(shù)操作、火焰探測傳感器模塊作為檢測車位著火模塊、智能路燈模塊作為車位的照明模塊、有機(jī)發(fā)光二極管模塊作為車位停車次數(shù)的顯示模塊，NB-IoT通信模塊將數(shù)據(jù)傳輸至車主手機(jī)上。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了車位狀態(tài)檢測、車位停車次數(shù)統(tǒng)計(jì)和車位著火監(jiān)控等功能。結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：車位檢測;STM32;超聲波測距;BC35G

中圖分類號：U491.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）23-0023-04

Abstract： In order to solve the problems of shortage of parking spaces in large shopping malls during peak hours， car owners blindly look for parking spaces after entering the garage， causing traffic congestion， vehicle safety hazards caused by parking space fire， and unable to count the parking times of the parking space on the same day in real time.This paper designs an intelligent parking space detection system based on STM32.The system takes STM32L431RC microcontroller as the main control chip， and uses ultrasonic ranging module as the detection module of parking space state，the photoelectric sensor module is used as the detection and counting operation of parking vehicles， flame detection sensor module as the detection module of parking space fire.the intelligent street lamp module is used as the lighting module of the parking space， the OLED module is used as the display module of the parking times of the parking space， and the NB-IoT communication module transmits the data to the owner's mobile phone.The system realizes the functions of parking space state detection， parking number statistics and parking space fire monitoring. The results show that the system has real-time， strong stability and easy to implement.

Keywords： parking space detection;STM32;ultrasonic ranging;BC35G

近些年，隨著人們生活水平的大幅提升，私家車數(shù)量迅猛增長。在一些大型購物中心，大多數(shù)停車場采用人工方式進(jìn)行車位管理。由于人力資源有限，工作人員無法及時(shí)了解停車場內(nèi)的車位情況，而引起車主不清楚停車場內(nèi)的車位狀態(tài)，開車?yán)@庫幾圈都找不到車位的尷尬局面[1]。為了方便車主及時(shí)了解停車場車位使用情況，設(shè)計(jì)了一款基于STM32的智能車位檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)以STM32L431RC微控制器作為主控芯片，配備了超聲波測距傳感器、NB-IoT通信、火焰探測傳感器、車流計(jì)數(shù)傳感器、有機(jī)發(fā)光二極管（Organic Light-Emitting Diode，OLED）顯示屏等一系列模塊，能夠提高停車場管理人員的工作效率和服務(wù)質(zhì)量，方便車主實(shí)時(shí)監(jiān)控車位狀態(tài)，減少車主停車時(shí)間。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)主要由STM32主控芯片模塊[2]、超聲波測距傳感器模塊[3]、火焰探測傳感器模塊[4]、光電傳感器模塊[5]、智慧路燈模塊[6]、NB-IoT通信模塊[7]、電源模塊以及OLED模塊構(gòu)成。車流計(jì)數(shù)傳感器主要用于實(shí)時(shí)采集車位停車次數(shù)，實(shí)現(xiàn)智能車位管控;OLED模塊主要用于顯示車位停車次數(shù)信息;火焰探測傳感器模塊主要用于檢測車位是否著火;智慧路燈模塊主要用于檢測車位是否空閑，無車時(shí)燈亮，有車時(shí)燈滅，方便車主停車;NB-IoT通信模塊主要用于將車位狀態(tài)信息上傳至車主手機(jī)，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控;電源模塊主要對系統(tǒng)電源進(jìn)行供電控制，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 微控制器模塊

該系統(tǒng)使用STM32L431RC作為主控制芯片，如圖2所示。為了確保微控制器（Microcontroller Unit，MCU）模塊的正常運(yùn)行，STM32模塊在設(shè)計(jì)上由STM32微控制器、晶振電路和復(fù)位電路等幾個(gè)部分構(gòu)成。主要通過MCU的RX/TX引腳和外設(shè)傳感器傳輸串行數(shù)據(jù)，在MCU內(nèi)部通過移位寄存器和緩沖器將數(shù)據(jù)送至MCU內(nèi)核進(jìn)行處理。

根據(jù)MCU連接每個(gè)模塊的功能要求，對芯片I/O引腳進(jìn)行分配，表1列出了一些該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能的引腳。

2.2 超聲波測距傳感器模塊

系統(tǒng)選用HC-SR04型號的超聲波測距傳感器，該傳感器可提供2～400 cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達(dá)到3 mm，性能穩(wěn)定，模塊精度高，盲區(qū)小。模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器和控制電路。HC-SR04的工作原理是采用I/O口TRIG觸發(fā)測距，一個(gè)控制口發(fā)送一個(gè)10 μs的高電平脈沖觸發(fā)信號。該模塊內(nèi)部自動(dòng)將發(fā)送8個(gè)40 kHz的方波，并自動(dòng)檢測是否有信號返回，一旦檢測到有回波信號，則通過I/O口ECHO輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。其測試距離=（高電平時(shí)間×聲速）/2，聲速為340 m/s。當(dāng)停車位中超聲波測距傳感器測得車到傳感器的距離小于30 cm時(shí)，該車位有車，路燈滅;當(dāng)測得得距離大于30 cm時(shí)，該車位無車，路燈亮。HC-SR04超聲波測距模塊電路如圖3所示。

2.3 光電傳感器模塊

系統(tǒng)選用型號為E18-D80NK-N光電傳感器用于車位停車次數(shù)計(jì)數(shù)。E18-D80NK-N是一種集發(fā)射與接收于一體的光電傳感器。發(fā)射光經(jīng)過調(diào)制后發(fā)出，接收頭對反射光進(jìn)行解調(diào)輸出。該傳感器具有探測距離遠(yuǎn)、受可見光干擾小、價(jià)格便宜、易于裝配、使用方便等特點(diǎn)。

該模塊的原理為MCU通過GPIO口監(jiān)控光電開關(guān)DI2引腳狀態(tài)。光電開關(guān)傳感器檢測到車流經(jīng)過，會(huì)引起DI2的電平變化，進(jìn)而使PB14電平變化，MCU讀取PB14口電平變化即可判斷車流經(jīng)過，進(jìn)而執(zhí)行計(jì)數(shù)操作。光電傳感器模塊電路如圖4所示。

2.4 無線通信模塊

系統(tǒng)選用QUECTEL系列的BC35G作為NB-IoT無線通信模塊。在設(shè)計(jì)方面，BC35G模塊與GSM/GPRS系列M95模塊兼容[8]。其供電電壓是3.1～4.2 V，典型值為3.6 V。該模塊有激活模式（Active）、空閑模式（Idle）、省電模式（PSM）三種工作模式，在PSM省電模式下，終端空閑時(shí)關(guān)閉收發(fā)信機(jī)，功耗小于1%。BC35G模塊包括1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)SIM卡插槽、1根天線、2個(gè)UART串口、1個(gè)ADC接口和復(fù)位（RESET）等模塊，支持的AT指令包括通用的AT指令和華為LiteOS命令，支持的頻段信息有700/800/850/900/1 800/2 100 MHz。當(dāng)BC35G芯片的NETLIGHT控制引腳為高電平時(shí)，表明網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行;當(dāng)引腳為低電平時(shí)，表明網(wǎng)絡(luò)不能正常運(yùn)行。BC35G模塊通過TXD/RXD引腳發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，并通過存儲(chǔ)在標(biāo)準(zhǔn)SIM卡插槽中的移動(dòng)卡將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送至物聯(lián)網(wǎng)OceanConnect平臺(tái)，并在手機(jī)APP中顯示相應(yīng)數(shù)據(jù)。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 車位狀態(tài)程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)功能主要分為6個(gè)部分，即超聲波測距模塊子程序、光電傳感器子程序、火焰?zhèn)鞲衅髯映绦?、智慧路燈子程序、NB-IoT通信子程序和OLED顯示器模塊子程序。系統(tǒng)初始化后，STM32微控制器向超聲波測距模塊發(fā)出檢測指令，車位通過超聲波測距模塊智能檢測，判斷是否有車輛進(jìn)入車位。當(dāng)微控制器接收到檢測信號后作出相應(yīng)控制，微控制器向NB-IoT通信模塊發(fā)出AT控制指令，并將車位狀態(tài)信息實(shí)時(shí)上傳到車主的手機(jī)APP中，方便車主隨時(shí)查看車位狀態(tài)，減少停車所消耗的時(shí)間。車位狀態(tài)程序設(shè)計(jì)流程如圖5所示。

3.2 NB-IoT程序設(shè)計(jì)

微處理器采用AT指令的方式控制NB-IoT模塊與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交互。AT命令中有4種命令，如表2所示。

AT指令是以A和T這兩個(gè)字符為開始，后面帶通信設(shè)備之間的協(xié)議，并以字符作為結(jié)束。該設(shè)計(jì)中NB-IoT通信模塊主要用來發(fā)送車位狀態(tài)信息。發(fā)送信息設(shè)計(jì)流程如圖6所示。

4 設(shè)計(jì)效果

系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，NB-IoT通信良好，超聲波測距傳感器檢測車位狀態(tài)精準(zhǔn)，OLED顯示屏顯示車位停車次數(shù)準(zhǔn)確，供電穩(wěn)定。顯示屏顯示車位停車次數(shù)效果如圖7所示。NB-IoT通信模塊將車位狀態(tài)信息發(fā)送到車主手機(jī)上，當(dāng)車位為有車狀態(tài)以及車位沒有著火時(shí)的效果如圖8所示。

5 結(jié)語

以STM32L431RC微處理器為主控芯片，設(shè)計(jì)了一款智能車位檢測系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)可以幫助工作人員實(shí)時(shí)檢測車位狀態(tài)，如有火情危險(xiǎn)立即報(bào)警，并合理管理車位，讓車主精準(zhǔn)定位空閑車位，保證停車快捷，降低停車耗費(fèi)的時(shí)間。此系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單，運(yùn)營成本低，易于實(shí)現(xiàn)和推廣。

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