梁皓涵 李玉麗 朱鐵男 賴元雋

（吉林建筑大學(xué)，吉林長春 130118）

隨著國家的宏觀調(diào)控，我國社會的經(jīng)濟被快速發(fā)展起來，人民的生活水平逐年提高，汽車作為一種發(fā)展很久的交通工具，相對于其他交通工具來說，具備很多的優(yōu)點，所以更多的家庭開始以家用轎車來作為自己的交通工具，給人們帶來了很多便利。但是，隨著汽車數(shù)量的的增加，也給人們帶來了特別多的問題，例如停車的問題就變得越來越重要，為了滿足人們?nèi)找嬖鲩L的停車需求，很多公共場所都修建了停車場，甚至于樓層中、地下等修建了停車場。但是，繁瑣的停車手續(xù)以及車位的問題還是困擾著很多人。在目前的停車管理系統(tǒng)中，用戶的每次進場出場以及尋找停車位都特別的麻煩。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)的應(yīng)用，計算機技術(shù)也逐漸被應(yīng)用到了停車場中，本項目以單片機為控制核心，設(shè)計出智能停車場泊車引導(dǎo)服務(wù)系統(tǒng)，提高停車場的引導(dǎo)效率，在方便了駕駛員尋找車位的同時，也能方便停車場管理人員進行管理，提高車位的利用率，不僅有利于減少人工成本，也有利于人們的便利停車、出場入場。

1 系統(tǒng)總設(shè)計方案

這個系統(tǒng)主要分成四塊，分別是檢測車位是否被使用的車位檢測模塊、傳輸檢測信息的輸入模塊、完成數(shù)據(jù)的分析與數(shù)據(jù)的處理的主控模塊以及實現(xiàn)對駕駛員引導(dǎo)的引導(dǎo)模塊，通過這四個模塊，來實現(xiàn)本系統(tǒng)的全部功能。下面就上面四個模塊中的車位的檢測模塊進行具體的描述，對技術(shù)方案的選擇、檢測模塊具體原理及檢測模塊的電路設(shè)計做具體闡述。

系統(tǒng)中有探測器插件負責(zé)收集系統(tǒng)的信息這類工作，也就是系統(tǒng)里的車位余量探測器，它會利用識別技術(shù)檢測車輛，并借此確定是否有車輛停在車位，并將檢測到將的信息傳輸給處理器進行處理。這個設(shè)計分析了紅外線探測、電波偵測、超聲波偵測的利弊，最終從上面三種技術(shù)中選擇了超聲波探測技術(shù)來實現(xiàn)系統(tǒng)中對車位的檢測。

2 探測技術(shù)的選擇

2.1 紅外檢測技術(shù)

紅外線是一種肉眼所不能觀察到的光波，具有光直線傳播的特性，在設(shè)備發(fā)出紅外線后，電磁波在傳入時產(chǎn)生漫射反射。如果擴散反射足夠強大，折射到的紅外線光線就可以用接收器進行接收并設(shè)定。由于紅外線傳送的時間相對于車輛與發(fā)射器間距離是成比例關(guān)系的，因此可以將直接光源受光波照射至紅外線受光波接收的時間乘以此光源傳送速度，進而求出距離。

紅外線檢測技術(shù)的優(yōu)勢有：抗干擾能力強，例如電磁干擾等；電磁波和噪音對其的影響很小等優(yōu)點。但缺點也很明顯，首先當(dāng)出現(xiàn)陰雨、霧等天氣，空氣的溫濕度出現(xiàn)變化時，設(shè)備的靈敏度會被影響，并且傳感器的靈敏度也還會受到其他因素的影響，如灰塵等；同時設(shè)備在安裝時并不方便。所以從停車場內(nèi)檢測設(shè)備長期使用的層面來考慮，紅外檢測并非系統(tǒng)的最優(yōu)解。

2.2 視頻檢測技術(shù)

視頻檢測技術(shù)收集的是系統(tǒng)通過攝影機傳輸回來信息，在檢測的覆蓋面中，車輛存在將影響視頻監(jiān)測區(qū)的亮度值與灰度值，可以通過評估視頻中所產(chǎn)生的累積灰度來評估停車位的使用情況。每一個監(jiān)控攝像頭均安裝在停車位的正上方，將檢測后的信號傳輸給模塊進行處理圖像處理，每個停車位都被同一攝像頭識別監(jiān)控。安裝這個技術(shù)很方便，攝像機也可以發(fā)揮實時監(jiān)控，但是問題也很明顯。首先，安裝安裝成本相對較高，特別是當(dāng)停車場面積夠大時，必須有足夠多的攝像頭安裝;其次，測量的準(zhǔn)確度不穩(wěn)定，特別是在外部環(huán)境不好時，測量的效果更差。因此從成本和影響的角度來看，視頻檢測技術(shù)不是最佳選擇。

2.3 超聲波檢測技術(shù)

超聲波檢測非常準(zhǔn)，傳輸時間內(nèi)能量損失非常小，超聲波可以在很遠的空中傳播，而能量損耗很低。根據(jù)這樣的性能，這項技術(shù)就可以用來測量距離。因此在本次設(shè)計里，超聲波探測技術(shù)被用作車位探測技術(shù)。每個停車位上的正上方超聲波發(fā)射器都會發(fā)出特定的超聲波，同時在設(shè)備上安裝了一個接收器接收反射的被超聲波，可以通過計算超聲波輸出和接收時間來計算總距離。

超聲波檢測儀具有強大的穩(wěn)定性、低成本、穩(wěn)定性，但它是很容易受到溫度、氣流和其他因素的影響的，必要時利用公式計算進行補償以消除不必要的誤差。

綜上結(jié)合以上三種車位檢測技術(shù)的討論，最終選擇超聲波檢測技術(shù)作為智能停車場泊車引導(dǎo)服務(wù)系統(tǒng)的車位檢測模塊。

3 車位檢測模塊的工作原理

在超聲波被發(fā)射前，會被預(yù)設(shè)被發(fā)射的方向，在超聲波發(fā)射時，定時器同時也會記錄時間。部分超聲波遇到車輛后會反彈到接收器，并被接收器接收，見圖1 通過計時器記錄所用的時間。

圖1 超聲波發(fā)送接收

根據(jù)超聲波檢測的原理，利用公式（1）：

（L 為超聲波傳播的歷程，v 為超聲波在空氣中傳播的速度，t 為計時器記錄的時間）

超聲波發(fā)射器和接收器之間的距離不能夠被忽略，在超聲波被發(fā)射后，在通過一個角度被反射回來，通過測量時間，便能夠得到傳感器與車輛的垂直距離，見公式（2）：

想要減小運算時的難度，所以就要在安裝時讓超聲波的發(fā)射器與接收器之間的距離小于50mm，H 大于等于1m，此時的θ 小于15°，于是得公式（3）：

被發(fā)射出來的超聲波在空氣中傳播，其速度被多個因素影響，并非是一個恒定值。例如溫度就是其中的一個影響因素。經(jīng)查詢，超聲波的傳播速度與溫度(攝氏度)的關(guān)系見公式（4）：

（v 為超聲波在空氣中的傳播速度；T 為所處的環(huán)境溫度）

表1 是超聲波在不同溫度（℃）下的傳播速度：

經(jīng)調(diào)查，停放在停車場內(nèi)的車輛一般在1.5m 左右；在有無車輛停放的時候，均對檢測時的溫度影響不大，并且停車場內(nèi)沒有對環(huán)境溫度產(chǎn)生影響的因素，所以不用進行溫度補償?shù)挠嬎恪?/p>

4 車位檢測模塊總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

在本次設(shè)計中，車位檢測模塊由四部分組成，分別為：負責(zé)處理信息的主控模塊（單片機）、發(fā)射超聲波的發(fā)射電路、接受被反射的超聲波的接收電路和以及將結(jié)果展示出來的LED 指示燈。具體結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 車位檢測模塊結(jié)構(gòu)圖

4.1 超聲波發(fā)射電路

發(fā)射電路由發(fā)射器進行驅(qū)動的驅(qū)動電路和發(fā)射傳感器組成。晶振電路中，單片機其自身的驅(qū)動能力不足，無法發(fā)射頻率很高的超聲波，所以利用放大電路將發(fā)射信號加到超聲波發(fā)射器的兩極，來提高超聲波的強度。

4.2 超聲波接收電路

經(jīng)過長距離傳播、反射后的超聲波，其信號強度會衰減的很弱，被接收器所接收后，通過比較電路，信號放大電路轉(zhuǎn)化后變?yōu)檩^強的信號傳輸給單片機。

信號通過放大電路處理后變?yōu)榱四M量，但是單片機能夠處理的是數(shù)字信號，所以需要比較電路，將放大電路處理后的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號后，傳輸給單片機進行數(shù)據(jù)的處理與分析。比較電路如圖3 所示。

圖3 比較電路

利用對電平從高到低轉(zhuǎn)化時間的測量，并利用原理中所提及的公式，便能夠知道超聲波傳輸?shù)木唧w路程。

5 結(jié)論

本文從智能停車場的檢測模塊入手，從探測技術(shù)的選擇、超聲波探測原理的分析以及對具體電路的設(shè)計，闡述檢測模塊，最終使停車場內(nèi)的車位檢測得以實現(xiàn)，并完善停車場內(nèi)的檢測系統(tǒng)，能夠讓停車場的管理者和駕駛員都能對停車場內(nèi)的空余數(shù)量一目了然，進而提高停車場的整體服務(wù)效率。