謝強(qiáng)寶，蔣一，周文滔，李雨晴

（安徽新華學(xué)院電子工程學(xué)院，安徽合肥，230088）

0 研究背景

隨著人口的增加、經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，以及人們的購買力和物質(zhì)生活水平的提高，私家車的數(shù)量逐年攀升，這樣也使得我們所需的停車場越建越大，層數(shù)越建越多。雖然停車場的規(guī)模在增加為人們提供了便利，但是帶來便利的同時，也帶來了使用上的煩惱，有一部分的車主沒有辦法適應(yīng)停車場的“成長”。

面對偌大的停車場，即使有指引牌，對于一些方向感弱的車主，恐怕也會在停車場“迷失”，可能無法快速地找到空車位，取車時也面臨同樣的找車難的問題，給車主增加了不必要的煩惱，甚至于大大降低了一些車主出行或者購物的熱情?；诖?，現(xiàn)推出智能“尋”車項目，通過現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)有效解決以上停車難、找車難的問題，使得原本讓人頭疼的找車問題變成一次快樂、享受的科技服務(wù)體驗(yàn)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

該設(shè)計以單片機(jī)最小系統(tǒng)為主控電路，采用模塊化設(shè)計，包括掃描檢測模塊、超聲波定位模塊、電源電路以及路線導(dǎo)航模塊等[1-2]。利用掃描檢測模塊實(shí)現(xiàn)對于車輛信息及車位信息的獲取，基于超聲波定位原理實(shí)現(xiàn)車輛精準(zhǔn)定位停放，利用路線導(dǎo)航模塊實(shí)現(xiàn)最優(yōu)停車及尋車路線的選擇，并能結(jié)合二維碼掃描等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)同時實(shí)現(xiàn)線上繳費(fèi)等功能[3]。系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)原理框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

■2.1 單片機(jī)主控電路

系統(tǒng)的主控芯片選用 STC89C52單片機(jī)，該芯片具有較高的實(shí)時性、較低的功耗、豐富的片外擴(kuò)展能力、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力等。

該設(shè)計利用52單片機(jī)最小系統(tǒng)，或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng)，是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)[4]。對52系列單片機(jī)來說，最小系統(tǒng)一般包括單片機(jī)主控芯片、晶振電路、復(fù)位電路幾個部分。具體電路如圖2所示。

■2.2 掃描檢測模塊

2.2.1 車輛掃描

采用機(jī)器視覺、圖像處理和模式識別等互相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對車牌的掃描識別與信息錄入。它的硬件基礎(chǔ)包括觸發(fā)裝置、照明裝置、攝像裝置、圖像采集裝置、識別車牌號碼的處理機(jī)，其軟件核心包括車牌定位、字符分割、字符識別等算法[5]。掃描識別的同時與單片機(jī)相連接，對掃描的內(nèi)容進(jìn)行防誤判處理并將識別的信息傳輸給其他模塊。具體操作如圖3所示。

圖2 單片機(jī)主控電路圖

圖3 車輛掃描識別圖

2.2.2 車位監(jiān)控

停車位會放置一個掃描裝置用以對停泊的汽車車牌進(jìn)行監(jiān)測。掃描裝置采集每輛車的信息（車牌號、車輛型號）將采集的信息代入這個停車位的坐標(biāo)點(diǎn)，然后將信息發(fā)送到數(shù)據(jù)庫服務(wù)端，用以記錄停車地點(diǎn)、停車時間以及停車所收取的費(fèi)用。如果有汽車停泊，則掃描識別系統(tǒng)掃描到車牌，此時對數(shù)據(jù)庫服務(wù)器發(fā)送“無車位”的信息；如果沒有汽車停泊，則掃描識別系統(tǒng)未掃描到車牌，此時對數(shù)據(jù)庫服務(wù)器發(fā)送“有車位”的信息；數(shù)據(jù)庫服務(wù)器通過對有無車位的識別，將“有車位”的信息記為綠色，“無車位”的信息記為紅色，通過二維網(wǎng)格的形式發(fā)送給客戶端。

■2.3 超聲波定位模塊

利用超聲波傳感器作為發(fā)射端和接收端，通過發(fā)射和接收超聲波，利用時間差和聲音傳播速度，可以計算出模塊到停車位的距離[6-7]。發(fā)射端向被探測的區(qū)域?qū)崟r發(fā)射等幅的超聲波，接收端接收反射回來的超聲波。在反射回來的超聲波是相同頻率時，代表沒有車輛進(jìn)入被探測區(qū)域，當(dāng)反射回來的超聲波幅度不斷變化，則代表有車輛進(jìn)入被探測區(qū)域時。

由52單片機(jī)產(chǎn)生的頻率信號，通過整形電路后發(fā)送到超聲波發(fā)射端使其發(fā)出特定頻率的超聲波，超聲波接收端接受反射回來的超聲波。當(dāng)沒有車輛處于被探測區(qū)域內(nèi)時，反射回來的超聲波是等幅的；當(dāng)有車輛處于被探測區(qū)域內(nèi)時，接收器接收到的超聲波幅度不斷發(fā)生變化，接收電路接收到信號后，經(jīng)過放大、檢波、濾波及電平比較后，轉(zhuǎn)換成電平信號，發(fā)送給單片機(jī)，由單片機(jī)進(jìn)行處理。模塊電路設(shè)計如圖4所示。

圖4 超聲波測距電路設(shè)計圖

■2.4 路線導(dǎo)航模塊

采集云端預(yù)處理之后的數(shù)據(jù)，利用超聲波芯片對其進(jìn)行加工處理，選擇出最優(yōu)的導(dǎo)航路線，通過顯示模塊為使用者導(dǎo)航。用單片機(jī)編程定時器T1中斷產(chǎn)生40kHz的方波，使用for語句每隔一段時間產(chǎn)生方波，同時用定時器定時，超聲波用超聲波接收頭接收，當(dāng)接收端收到方波，利用CX20106檢波放大變換后，單片機(jī)產(chǎn)生中斷信號，定時器停止計數(shù)，讀取時間，通過時間測算距離，通過語音顯示模塊導(dǎo)航找車[8]。具體操作流程如圖5所示。

LCD顯示由音頻處理器與顯示器組合而成，通過音頻處理器為使用者進(jìn)行語音導(dǎo)航同時通過顯示器為其展現(xiàn)當(dāng)前狀況。具體使用LCD1602液晶顯示，通過單片機(jī)計算的距離，由于數(shù)據(jù)原碼不能直接用于顯示，在數(shù)據(jù)顯示程序中加入換算成能顯示的BCD碼。

圖5 路線導(dǎo)航流程

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

設(shè)計系統(tǒng)主程序流程如圖6所示。系統(tǒng)主要完成硬件初始化、路線導(dǎo)航、計時收費(fèi)等功能。其中，整個系統(tǒng)將分為兩個模式，模式1為用戶模式（尋車模式），該模式主要服務(wù)用戶來尋車；模式2為內(nèi)部模式（計時收費(fèi)模式），該模式主要用來實(shí)現(xiàn)計時收費(fèi)功能[9]。

4 結(jié)語

基于超聲波定位技術(shù)的智能導(dǎo)航尋車系統(tǒng)設(shè)計，工作原理類似于鴿子依靠體內(nèi)器官感覺地磁場的變化能準(zhǔn)確的為主人送信，具有實(shí)時精準(zhǔn)的特性。通過圖像識別采集車輛信息、車位實(shí)時監(jiān)控、停車路線導(dǎo)航，再到最后超聲波定位尋找車輛，整體使用超聲波定位可以解決停車場找車問題，給車主提供極大的便利。由于到目前為止，尋車主要依靠車牌、停車位置、標(biāo)記等方式，這導(dǎo)致尋車效率低下、精準(zhǔn)性不高，所以考慮到未來私家車數(shù)目的增多、尋車的效率性等因素，基于超聲波定位技術(shù)的智能導(dǎo)航尋車系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)定位、實(shí)時監(jiān)控和語音導(dǎo)航，從而提升尋車效率和準(zhǔn)確性，市場潛力極大。本設(shè)計相較于目前已有的尋車方式而言，具有顯而易見的極大競爭優(yōu)勢。

圖6 主程序流程圖