胡 松，劉后文，夏富爾，韓宏飛，侯會(huì)龍

（興義民族師范學(xué)院物理與工程技術(shù)學(xué)院，貴州 興義 562400）

1 智能停車系統(tǒng)的研究背景

目前我國汽車數(shù)量逐年增長，呈現(xiàn)出社會(huì)發(fā)展的新趨勢(shì)，停車位、停車場(chǎng)的數(shù)量往往跟不上汽車數(shù)量增長，越來越多的人為找不到車位泊車感到發(fā)愁。面對(duì)越來越擁擠的城市，找到一個(gè)停車的新環(huán)境變得更加迫切，停車位對(duì)車主自身的安全停車技術(shù)等要求自然會(huì)更高，容易讓人們?cè)谡９ぷ魃钪獾哪硞€(gè)時(shí)間段里焦躁情緒加重，導(dǎo)致生活質(zhì)量降低。對(duì)于怎樣解決停車過程中的不便利、消除安全隱患，使車主能夠迅速、準(zhǔn)確、安全地將汽車停到合適的車位等問題，已受到了廣泛的社會(huì)關(guān)注。

2 智能停車系統(tǒng)的研究目的和意義

隨著科技的飛速發(fā)展，人民的生活水平在不斷提高，作為人類的代步工具的小汽車數(shù)量也在不斷增長，在給人類帶來便利的同時(shí)也帶來了很多的問題。停車?yán)щy是如今面臨的主要問題。一個(gè)好的智能停車系統(tǒng)可以減少交通事故的發(fā)生，提高人們的生活質(zhì)量。

3 智能停車系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思想

以AT89S52單片機(jī)為控制核心，將智能停車系統(tǒng)分為車輛檢測(cè)和閘桿控制、車位檢測(cè)和信息采集、車位引導(dǎo)等組成部分。需要在停車場(chǎng)里安裝汽車引導(dǎo)系統(tǒng)，引導(dǎo)汽車進(jìn)入停車場(chǎng)，進(jìn)行停車動(dòng)作?？梢詰?yīng)用無線或紅外的通信方式實(shí)現(xiàn)智能停車系統(tǒng)與汽車通信，使汽車順利找到車位[1-3]。

4 智能停車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

4.1 車輛檢測(cè)和閘桿控制

目前，在停車場(chǎng)中應(yīng)用的車輛檢測(cè)技術(shù)主要有地感線圈檢測(cè)技術(shù)、超聲波檢測(cè)技術(shù)和紅外檢測(cè)技術(shù)等。本研究對(duì)紅外檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行研究。

紅外檢測(cè)技術(shù)原理：通過紅外線發(fā)射和接收的非接觸線性排列，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車的同步掃描，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車的綜合檢測(cè)。與其他檢測(cè)技術(shù)相比，紅外檢測(cè)技術(shù)安裝簡單、響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)、技術(shù)成熟。它可以檢測(cè)各種各樣的車輛。

對(duì)于本研究而言，當(dāng)車輛駛?cè)胫灵l桿前，紅外發(fā)射管發(fā)射出紅外線，通過對(duì)比紅外接收管接收到的紅外線信號(hào)的多少，判斷閘桿前有無車輛。當(dāng)檢測(cè)到有車輛的時(shí)候，AT89S52單片機(jī)控制器就會(huì)輸出相應(yīng)信息控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，使閘桿上升。

在本研究中，閘桿的控制是通過AT89S52單片機(jī)控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)來進(jìn)行控制的。電機(jī)驅(qū)動(dòng)選取L298模塊構(gòu)成的H橋型驅(qū)動(dòng)電路來控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，可以使其工作效率非常高。

4.2 車位檢測(cè)和信息采集

能夠?qū)崿F(xiàn)車位檢測(cè)的技術(shù)主要有超聲波檢測(cè)技術(shù)、地感線圈檢測(cè)技術(shù)和紅外檢測(cè)技術(shù)。通過對(duì)比分析可知，地感線圈檢測(cè)技術(shù)安裝不容易，成本高；紅外檢測(cè)技術(shù)雖說安裝方便，但其容易受外部光源的影響，其并不適用于大多數(shù)場(chǎng)合，因此本研究選擇超聲波傳感器進(jìn)行車位檢測(cè)，超聲波檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于車位檢測(cè)造價(jià)低、抗靜電干擾強(qiáng)，而且不用附加反射裝置。本研究在每一個(gè)車位上方裝有一個(gè)超聲波傳感器，其發(fā)射與接收的過程在一般情況下就是兩種情況：一是發(fā)射至地面后返回；二是發(fā)射至車頂后返回（見圖1）。有車時(shí)和沒車時(shí)，它的這一過程所用的時(shí)間是不同的，有車時(shí)時(shí)間短，沒車時(shí)時(shí)間長，以此判斷有無車輛停放。然后將實(shí)時(shí)檢測(cè)的結(jié)果上傳至智能停車系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心[4-5]。

4.3 計(jì)費(fèi)設(shè)置

結(jié)合紅外檢測(cè)技術(shù)，以AT89S52單片機(jī)為控制核心，當(dāng)紅外傳感器檢測(cè)到有車輛時(shí)，閘桿升起時(shí)開始記時(shí)；當(dāng)出口處檢測(cè)到有車輛駛出時(shí)，通過車位來判斷是哪一輛車輛駛出，結(jié)束計(jì)時(shí)，通過車庫的收費(fèi)管理*元/輛或*元/h來進(jìn)行收費(fèi)。

4.4 顯示設(shè)置

當(dāng)車輛駛?cè)胲噹鞎r(shí)，會(huì)在入口處顯示牌顯示“**車牌號(hào)**車位”，在駛?cè)氲牡缆飞嫌幸壕э@示器（Liquid Crystal Display，LCD） 指示牌指引路線，在相應(yīng)車位上也有顯示牌顯示“*號(hào)車位”，在出口處有顯示牌顯示“**車牌號(hào)*車位停車*小時(shí)”。

4.5 車位引導(dǎo)設(shè)置

采用LCD1602 信號(hào)指示燈進(jìn)行車位引導(dǎo)。LCD1602通過AT89S52單片機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以顯示數(shù)字、文字和圖形。通過LCD1602顯示出車位的方向，駕駛員可以快速地找到自己的停車位并駛?cè)搿?/p>

5 智能停車系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

智能停車系統(tǒng)硬件主要由電源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、紅外傳感器模塊、超聲波傳感器模塊、顯示模塊和PC機(jī)以及RS232串行通信接口模塊組成。

當(dāng)閘桿處通過紅外傳感器檢測(cè)到車輛，將相應(yīng)信號(hào)傳送至AT89S52單片機(jī)，AT89S52單片機(jī)輸出一個(gè)高電平給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，閘桿抬起，車輛駛?cè)?，PC機(jī)端會(huì)根據(jù)就近原則分配一個(gè)車位給該車輛，并且在入口處顯示牌上顯示出來。計(jì)費(fèi)系統(tǒng)開始計(jì)時(shí)。在車輛駛?cè)脒^程中，AT89S52單片機(jī)會(huì)根據(jù)車位的信息給出行進(jìn)路線并且在行駛途中的車位指引顯示牌上顯示出行進(jìn)路線，直至找到車位。當(dāng)車輛駛?cè)胪＼囄煌Ｏ潞?，車位檢測(cè)設(shè)備（超聲波傳感器） 會(huì)進(jìn)行檢測(cè)并且發(fā)送信息至AT89S52單片機(jī)，AT89S52單片機(jī)將該車位的狀態(tài)傳送至RS232串行通信接口，之后由RS232串行通信接口傳輸?shù)絇C機(jī)，車位狀態(tài)顯示牌也顯示有車。當(dāng)車輛駛出車庫時(shí)，出口處的車輛檢測(cè)設(shè)備（紅外傳感器） 檢測(cè)到有車輛駛出，閘桿抬起并在出口處顯示牌顯示車輛信息、所停車位和所停時(shí)間。圖2為智能停車系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)框圖。

5.1 電源模塊及電源電路設(shè)計(jì)

在AT89S52單片機(jī)控制系統(tǒng)中，穩(wěn)壓電源起著非常重要的作用。它不僅為系統(tǒng)提供多個(gè)電源電壓，而且在系統(tǒng)的抗干擾性能和技術(shù)方面有著非常關(guān)鍵的用途。如今，傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源已經(jīng)被高效率的穩(wěn)壓電源所取代，最典型的例子是開關(guān)電源的廣泛應(yīng)用，為設(shè)計(jì)出更加環(huán)保、更加節(jié)能、更加高效的新型電源創(chuàng)造了極好的條件。在本研究的電源電路設(shè)計(jì)中，選擇的是穩(wěn)壓電源電路，能使電壓穩(wěn)定在+5 V。圖3為穩(wěn)壓電源電路圖。

5.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊及電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

通過查找資料，本研究選取直流減速電機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)很多：體積小、質(zhì)量比較輕、轉(zhuǎn)矩大、操作比較方便。由于其內(nèi)部高速電機(jī)提供原裝動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)速度（減速） 齒輪組，可產(chǎn)生更大的扭矩[6]。

本研究運(yùn)用L298N 芯片來進(jìn)行電路連接，L298N 芯片采用15 腳封裝、四通道邏輯電路，是二相和四相電機(jī)的特用驅(qū)動(dòng)器，即內(nèi)部有兩個(gè)H 橋型驅(qū)動(dòng)電路的全橋驅(qū)動(dòng)器。其主要特點(diǎn)是工作電壓高、輸出電流大。它可以驅(qū)動(dòng)電流低于2 A、電壓低于46 V 的電機(jī)。它還可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電機(jī)，0UTl，OUT2 和0UT3，0UT4。引腳5、7、10、12連接至輸入控制電平，以控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)；控制啟用端連接至ENA、ENB引腳，以控制電機(jī)停止。圖4為H橋型驅(qū)動(dòng)電路圖[7-8]。

5.3 RS232串行通信接口模塊

為了使AT89S52單片機(jī)和PC機(jī)之間能夠進(jìn)行正常的信息傳遞，使用RS232串行通信接口當(dāng)作它們之間的橋梁。AT89S52單片機(jī)和PC機(jī)之間的一切數(shù)據(jù)和指令都必須通過RS232串行通信接口來完成，使用電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232實(shí)現(xiàn)TTL邏輯電平和RS232串行通信接口電平之間的互相轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換之后的串行信號(hào)TXD，RXD直接和PC機(jī)的串行通信接口連接[9]。

6 智能停車系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

6.1 車位檢測(cè)程序流程

通過在停車位上方安裝的超聲波傳感器發(fā)射超聲波和接收超聲波進(jìn)行車位檢測(cè)，超聲波發(fā)出和返回時(shí)間的計(jì)算公式為

式中：t 為時(shí)間；L 為距離；v 為超聲波速率。如果t≥L/340，那么該車位沒車；反之則有車，指示燈亮起。通過RS232 串行通信接口進(jìn)行AT89S52 單片機(jī)和PC 機(jī)的信息傳輸，將該車位狀態(tài)信息傳送到PC 機(jī)上。圖5 為車位檢測(cè)程序流程圖。

6.2 車輛檢測(cè)程序流程

當(dāng)車輛來到停車場(chǎng)門口駛?cè)胫灵l桿前，紅外發(fā)射管發(fā)射出紅外線，通過對(duì)比接收管接收到的紅外線信號(hào)的多少，判斷閘桿前有無車輛。當(dāng)檢測(cè)到有車輛的時(shí)候，紅外接收管接收到的信號(hào)就會(huì)變少，AT89S52 單片機(jī)輸出一個(gè)高電平給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)。閘桿抬起，車輛駛?cè)?。圖6 為車輛檢測(cè)程序流程圖。

7 結(jié)束語

本文對(duì)智能停車系統(tǒng)的研究可以安全迅速地幫駕駛員找到車位并停入，大大減少了車禍的發(fā)生，同時(shí)也能夠減少對(duì)司機(jī)不必要的壓力，還能對(duì)停車場(chǎng)智能化有一個(gè)較好的提升作用，提高車庫的附加值，從而可以促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益的巨大化。通過利用AT89S52單片機(jī)提供主控制器的設(shè)計(jì)的策略，以各種傳感器對(duì)車輛四周進(jìn)行判斷以及車位的查找，以該控制器為基準(zhǔn)，整合了紅外檢測(cè)電路、超聲波檢測(cè)電路、燈光引導(dǎo)電路以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，進(jìn)而完成和優(yōu)化了最初智能停車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本文通過理論模型的準(zhǔn)確性，得出汽車在行駛和停車過程中，能夠安全、準(zhǔn)確、快速地找到停車位并停入。除此之外，結(jié)構(gòu)簡單、成本低是這個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。

本次研究的是智能停車系統(tǒng)，在研究過程中也遇到了各種各樣的困難，比如在停車場(chǎng)設(shè)計(jì)上，對(duì)車位檢測(cè)都一直想不到該用哪種傳感器適合，后來通過在網(wǎng)上查找大量的資料后，這個(gè)問題才得以解決。因?yàn)槌醮谓佑|實(shí)際設(shè)計(jì)，所以缺乏經(jīng)驗(yàn)，通過這次設(shè)計(jì)對(duì)AT89S52單片機(jī)有了更深的認(rèn)識(shí)。在本次設(shè)計(jì)中由于經(jīng)驗(yàn)缺乏，系統(tǒng)設(shè)計(jì)可能會(huì)有很多缺點(diǎn)，今后會(huì)加強(qiáng)學(xué)習(xí)，不斷完善該系統(tǒng)設(shè)計(jì)。