基于单片机控制的智能停车场系统设计

InternalCombustionEngine&PartshLLp://kns.cnki.ncL/kcms/dcLail/13.1397.Tn.20170614.0901.002.hLml基于单片机控制的智能停车场系统设计DesignofaSmartParkingLotSystemwiththeApplicationofaMCU何舒华HEShu-hua(荆楚理工学院电子信息工程学院，荆门448000)摘要：随着经济的发展，汽车已经逐步成为人们的代步工具，然而我国现有的停车场却存在设计老旧、信息服务落后、使用不便等缺点。本论文的主要内容是设计一个低成本的智能化停车场。利用廉价的51系列单片机以及超声波测距模块、RFID读写模块、地感车辆检测器、电机等，设计一个具有现代化、智能化、自动化的智能停车场系统。本系统使用地感车辆检测器来检测车辆的到来与离开，以射频识别技术作为身份凭证，以超声波测距模块来检索停车场的空车位，从而形成一个具有自动升降电机道闸、智能空位指示、自动计算停车费用等功能的智能停车场系统，其适合运用于中小型的停车场。Abstract：Withthedevelopmentoftheeconomy,thecarshavegraduallybecomeanautotransportationway.However,forthepresentparkinglotsinChina,therearesomeshortcomingssuchasolddesign,out-datedinformationservice,awkwarduseandsoon.Themaincontentofthispaperistodesignalowcostsmartparkinglotsystem.Inthissystem,acheap51SeriesMCU,aultrasonicrangingmodule,aRFIDread-writemodule,agroundvehicledetectorandtherelatedmotorshavebeenused,whichhasmodern,smartandautomatedcharacteristics.Inthissystem,thegroundvehicledetectorisusedtodetectthearrivalanddepartureofthecars,theradiofrequencyidentificationtechnologyisadoptedtoidentifythedifferentcars,theultrasonicrangingmoduleisemployedtosearchtheemptyparkingspaces.Eventually,asmartparkinglotsystemisrealized,includingaliftingmotorwithautomaticgate,asmartemptyspaceindicator,anautomaticcalculatorofparkingfees,whichcanbeappliedforthesmallandmiddlescaleparkinglots.关键词院智能停车场;51系列单片机;RFID;超声波测距Keywords:smartparkinglots；51seriesMCU；RFID；ultrasonicranging〇引言随着生活水平的提高，汽车已经逐步成为人们的代步工具。然而汽车在方便我们出行的同时，也会给我们带来一些不便，比如停车位置问题。特别是在寸土寸金的一线城市，修建停车场就非常有必要了。在停车场中采用现代智能停车管理系统可以使得车辆进出程序变得简单，安全性变高。智能停车管理系统因为其具有自动检测、计费、统计、显示等功能，从而可以大大节省人力资源，提高工作效率。在整个停车管理系统中，对车辆检测技术是系统的关键。本设计是一个停车场车辆检测系统，通过分布在进出□和停车位的车辆传感器，实现对道阐机的控制和车位状态提示功能。当智能停车场入□的控制器检测到位于停车场入口道路下的车辆传感器感应到车辆到来时，控制器启动射频识别系统，对来车电子标签进行识别并写入时间信息。停车位使用超声波测距模块来检测车位状态，经处理后用来引导车辆，避免了停车场中寻找车位的不便，从而提高了停车效率。出□处采取与出□处一样的结构，利用软件实现停车计费功能。本设计以单片机为控制核心，结合射频识别技术、超声波测距技术等，将自动升降电机道闸、空位指示、自动计算停车费用等功能联系成一个整体，形成一个具有现代化气息的智能停车场。1系统总体设计根据设计要求，整个停车场分为入□系统、车位检测系统、出□计费系统三个子系统。为了简化停车场的布线，作者简介：何舒华（1992-),男，广西平南人，本科在读，荆楚理工学院电子信息工程学院，电气工程及其自动化专业。停车场入□系统、出□计费系统分别使用一块微处理器进行控制。而车位检测系统根据停车场的大小，可分为多个区域，每个区域分别使用一块微处理器进行控制。为了协调这些微处理器工作，并使整个设计联系成一个总体，可使用一块微处理器作为主机，使用串□通讯来对这些子系统从机进行协调工作。图1系统结构框图1.1停车场入□子系统的结构停车场入□系统的功能为：自动检测车辆的到来，并启动读卡程序，主动寻找电子标签，与电子标签建立联系后，写入系统时间信息并开启道闸，待车辆入场后自动关闭道闸。根据入□系统的功能，入□系统在硬件结构上必需要具有能检测车辆到来和离去的传感器模块、能够对电子标签进行读写的RFID读写模块、能够提供实时时间的时钟模块、能够开启与关闭道闸的电机及其驱动电路，当然还必须要有能够控制这些模块正常工作的微处理器。（图2)1.2出□收费子系统的结构停车场出□收费系统的功能为：自动检测车辆的到•2•内燃机与配件图2入口子系统框图来，并启动读卡程序，主动寻找电子标签。与电子标签建立联系后，读取电子标签上车辆入场时记录的时间，处理器通过比较当前时间，计算出停车时间并计算出停车费用，待确认缴费后开启道闸，待车辆出场后自动关闭道闸。根据出□收费系统的功能，除了在软件上的设计不一致，其主要硬件结构与入□系统基本一样。（图3)2单片机多机通讯电路设计本设计单片机多机通讯使用主从式结构，即多块单片机中有一个作为主机，其余的作为从机，主机能给所有从机发送的数据，而机只能给主机发送数据。（图4)本设计使用RS-485串□通讯。RS-485通讯最大传输速率为10Mbps最大传输距离为1219米。其传输速率与传输距离成反比，距离越远，速率越慢。51单片机串□通讯有方式0到方式3四种工作方式，其中方式0作为移位寄存器使用，方式1一帧只能传输8位数据，方式2和方式3可以传输9位数据，由于本设计涉及到多机通讯，所以为了方便从机区分地址信息以及数据信息，本设计只能采用方式2和方式3工作方式进行数据通讯。方式2与方式3的区别主要在波特率的计算方式不同，由于本设计使用的RFID模块是使用串□通讯与单片机通讯的，而且其固有通讯波特率为19.2kbps，在单片机使用11.0592MHz晶振时串□工作在方式2时其波特率不符合19.2kbps。所以本设计所有的单片机串□工作方式都选择方式3。本设计使用串□通讯，为了简化源程序的编写以及使系统运行更快捷，本系统使用自定义的通讯协议，其协议内容具体如下：①从机不主动访问主机，平时在完成自己的固有任务。②主机只发送地址给从机，不会发送数据给从机，从机根据接收到9数据的第9位来判断接收到的数据是地址信息还是数据信息。③主机先以广播地址的方式寻找从机，所有从机产生中断，并检验是否为本机地址，对应地址的从机直接发送数据给主机，而其他从机则直接中断返回。从机对于数据信息不要理睬。3系统软件设计3.1入□从机软件设计入□从机工作的主要流程：当检测到入□车辆检测器输出电平变低时，单片机查询主机单片机的场满警报是否触发，若触发则拒绝读卡，发出警报。若场满警报未触发，此时启动RFID读卡程序，读取电子标签信息并写入当前时间，完成后打开道闸，车位检测器检测到汽车入场后自动关闭道闸。在这期间遇到有串□中断则去执行中断程序，中断程序完成后返回。开始工系统初始化3.2出□从机软件设计出□从机工作的主要流程：当车辆检测器检测到有车要出场时，启动RFID读卡程序读取卡片信息，并根据用当前时间与电子标签上的记录的时间进行对比，计算出停车费用。若电子标签上有会员标志并且没有过期，则自动打开道闸。若有会员标志但已过期，则实行人工收费，人工确认后打开道闸。当车辆检测器检测到车辆离开后，自动关闭道闸。在这期间遇到有串□中断则去执行中断程序，中断程序完成后返回。（图6)3.3车位检测从机软件设计车位检测系统主要为对车位状态的检测以及对车辆进行简单的指引，使人们能够更快地发现空停车位，同时也使得停车场利用率变得更高。为了方便寻找空停车位，系统不仅为每个停车位定义一个标志位，而且把停车位进行分区处理。每32个车位为1个分区，系统为每个分区设立一个标志位，32个车位满时标志位为1，有空车位时为图5入口从机主程序流程InternalCombustionEngine&Parts图6出口从机主程序流程0。同时系统用LED灯把标志位的状态表示出来，1用红灯表示，0用绿灯表示。车位检测从机的主要流程为：在完成系统初始化后，系统循环查询各车位状态并在对应标志位记录状态，1为有车，0为无车。期间每查询32个停车位改变一次分区标志位。在这期间遇到有串□中断则去执行中断程序，中断程序完成后返回。（图7)图7车位检测从机主程序流程3.4从机串□中断程序设计由于单片机SBUF寄存器在发送数据完成和接收数据完成后都会产生中断，所有必须区分好是哪种中断。本设计所有单片机都只响应接收中断，对于发送中断选择屏蔽处理。入□从机的中断程序的主要流程：单片机响应中断后，先确认是哪种中断，对于发送中断，中断程序直接返回。接下来判断接收到的数据第9位是否为0(0时说明是其他从机正在发送数据给主机），如果是0中断程序也直接返回。当第9位为1时，从机把接收到的8位地址与自身地址进行比较，如果不一致，中断直接返回。如果地址一致，则把车辆入场情况有关的数据发送给主机，完成后程序返回。（图8)中断入口接收中断？N地址数据?本机地址?发送数据给主机中断返回图8入口从机串口中断程序流程4总结本设计采用单片机作为停车场系统的控制核心，结合射频识别技术、超声波测距技术等，将自动升降电机道闸、空位指示、自动计算停车费用等功能联系成一个整体，形成一个具有现代化气息的智能停车场。本系统在节省停车场管理成本的同时，还大大地方便了停车场用户，使得顾客不仅能够更流畅地进出停车场，还可以迅速得发现停车场内的空车位。参考文献：[1]庞瑞帆，钟翔，胡泷，何云龙，徐毅刚，倪宏伟.双频金属探测器的研究[J].解放军理工大学学报（自然科学版），200(02).[2]郝琦玮，李树华.开关电源的原理与设计[J].内蒙古大学学报（自然科学版）,2003(04).[3]张静华，李田泽.数字散斑干涉技术在振动分析中的应用[J].山东电子，2000(01).[4]李卫兵，王洪刚.TTL门电路的Pspice仿真分析[J].聊城师院学报（自然科学版），2003(02).