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盛群杯初赛作品创意书

2012年重庆地区第五届“盛群杯”大学生单片机应用设计竞赛

作品创意书

智能车位向导系统

重庆邮电大学

自动化学院

（指导老师）老师

参赛学生：

公元2011年12月30日

作品创意书

一．摘要

智能车位向导系统是基于HT46R24单片机，结合现行停车场系统开发出的用单片机控制的智能作品。

作品的基本功能有剩余车位识别及显示、分区检修、快捷收费系统、智能导航、剩余车位识别及显示几个模块，将解决现有停车场找车位难，找车耗时长，收费繁琐（人工收费）等情况，能够帮助司机朋友快速地找到停车位，以此节约大量时间。

本文将介绍智能车位向导系统的工作原理、作品结构、作品特色以及市场前景等相关信息，旨在明确阐述本作品的设计意图及创作方向。

二.作品介绍

前言：

今时代，汽车作为新一代的代步工具早已在近20年内融入了千家万户。

中国作为世界上人口第一大国，车辆的基数也可谓是庞大，但与此同时，由于种种国情以及城市化程度的限制，国内实现智能化管理的大型停车场数量远远不及国外，导致各大城市汽车停车困难的问题十分严峻，还进一步导致了乱停乱放现象屡见不鲜，使有车一族的出行变得很麻烦。

针对这一问题，国内外技术人士开发出的现代化停车场系统，在一定程度上缓解停车难的问题。

我们针对现有的停车场系统进行了进一步的改进，增加了一些实际可行的功能，在原有的自动收费，停车记录查询之外，让司机朋友们能直观的了解该停车场车位的空余情况。

现行停车场：

基本没有智能导航及空余车位显示功能，司机寻找车位耗时，收费标准复杂，不便于停车场的整体管理。

需要管理人员驻守，实时观测进出车辆并进行手动收费，耗费人力物力。

设计停车场：

动态实时显示停车场剩余车位数量，并设计智能导航，指引司机快速找到车位，节约大量时间。

同时通过单片机的控制系统，显示停车场分区车位剩余数量，并对进出车辆检验，对车辆驶入及驶离时间统计，并由此由单片机系统自动计费，在车辆驶离时，由出口处由机器自动感应IC卡收费，整个过程方便、快捷，也便于管理人员查看。

作品的主要功能：

停车场外大屏幕直观的反映停车场内部空余车位数，停车场内路口设置本区域空位数（停车场车位分区查看），并由各个车位顶部的红绿灯（红灯表示此位有车，绿灯表示此位空闲）指示，红绿灯的转换和大屏幕显示的空余车位数均由车位上方的超声波感应器识别后发往单片机系统，由其统一控制，实时显示车位上由车辆的进出引起的空余车位数量的变化，并通过单片机对进入车辆进行LCD液晶导航，方便司机快速找到停车位。

作品的创新：

第一点：

停车场外的大屏幕直观地显示该停车场的车位空余数及其分区情况，避免了传统停车场里众车抢位的局面，同时也能节约司机朋友们的时间；第二点：

停车场内LCD对进入车辆进行导航指引，由感应器对空余车位进行检测并实时显示，便于司机朋友们能快速的、顺利的找到停车位；第三点：

车位上红绿提示灯的转换，较之于普通日关灯来说，更加的直观，在电费更省的同时，红绿灯的交互使用，也延长了灯泡的使用寿命。

第四点：

无需派工作人员驻守，整个停车计费﹑收费功能由大门出IC卡感应区自动完成。

三．工作原理

本停车场系统采用SKDIP/SOP封装的盛群MCUHT46R24作为主控CPU,它内部提供了8通道10位分辨率A/D转换;2通道4位PWM高频载波输出12C总线串行接口;可编程分频PFD等，系统可分为几个基本模块，如图所示:

工作流程：

汽车进入停车场时，观察大门上方引导屏（显示剩余车位数量及位置），若有空位可刷卡（刷卡后大门开启）进入停车场，并开始计时收费。

当汽车进入停车场后，通过传感器实时采集到的信号与单片机处理，将剩余车位个数与位置显示在引导屏上,并通过车位上方的LED灯颜色提示空车位的位置（红灯有车，绿灯无车），同时由停车场内的LCD液晶显示指示仪引导司机快速找到停车位。

当汽车顺利停入车位时，超声波检测模块将信号采集并发送给单片机进行处理，经过处理后改变显示模块和指示灯原有状态，显示实时数据。

驶出停车位时，同样通过红外传感器和单片机协同作用改变显示模块和指示灯原有状态，显示实时数据。

驶离停车场前，在出口处刷卡（刷卡后停止计时收费并从卡上扣除此次停车费用）后大门开启，车辆驶离。

1、超声波检测模块：

安装在车场内每个停车位上，用于检测汽车的停车位信号．送单片机作相应处理。

超声波检测模块由超声波发射电路和超声波接收电路组成。

2、大门控制模块：

通过IC卡和车位监控系统共同作用，执行停车场大门的开闭功能。

3、单片机控制中心：

采用SKDIP/SOP封装的盛群MCUHT4R24单片机系统，它是本系统的核心部分，主要功能是处理传感器输入的信息、监控停车场位状态、控制大门开闭、控制停车场内外显示屏按要求显示空车位的个数和空车位的方位等信息。

4、停车场外部显示模块：

显示停车场内总剩余车位数信息。

5、停车场内部显示模块：

显示停车场内各个区域（如A区、B区）的方位和剩余车位数。

6、LED灯指示空车位模块：

每个车位上方装有车位状态显示灯，红灯为有车，绿灯为无车。

四．作品功能、特色

特色功能：

剩余车位识别及显示：

由车位上方的超声波感应装置进行检测，并将结果（有或无）传给HT46RU232，HT46RU232对各车位采集到的数据进行实时处理，并将剩余车位信息显示在停车场入口处的屏幕上。

同时，车位一旦有车停放，HT46RU232将把车位上方的红灯点亮（车位空闲时显示绿灯），方便后来车辆直观查看。

智能导航：

HT46RU232对车位信息进行处理后，通过对剩余车位的分区判定（预先设定分区优先级），自动寻找车位，并点亮LED灯的箭头标示，指引司机快速找到车位。

快捷收费系统：

在停车场入口处通过感应IC卡对进入车辆进行信息采取（停车起始时间等）同时开启大门，并将信息发送至HT46RU232，HT46RU232接受到信号后开始进行计费，车辆驶离前在出口处打卡并由HT46RU232对停车时间计算，并对IC卡自动扣除此次停车费用。

分区检修：

设定检修开关，检修时该区域显示无空余车位，方便工作人员及时安全地处理停车位的硬件故障。

五．作品结构

1、车位监控模块：

方案一：

采用红外探测器检测是否有车停在该车位上。

红外探测器通过内部发射管经过调制后发出红外光，接收管接收到反射回来的超声波后进行解调，输出检测结果，不受可见光影响，一般检测距离为2-50厘米。

价格便宜，但是易受行人干扰产生误报。

方案二：

采用超声波探测器检测是否有车停在该车位上。

采用超声波测距的工作原理，利用超声波发射、被测物体反射、回波接收后的时差来测量被测距离的一种非接触式测量仪器。

能可靠检测车辆是否在停车位上，具有防误检功能，如防相邻车位误检、人员在停车位误检、障碍物误检等。

使用先进的超声波侦测方式，不会象使用红外线、微波等侦测方式容易受外在环境变化或干扰而造成误报的问题。

测定物位距离时不接触被测物体，无活动部分，安装、调试简单，维修、保养方便，测量精度高。

探测器功耗极低，接口简单、安全可靠，稳定性好。

所以本设计采用方案二。

超声波检测模块工作原理：

图上的电路通过P1.0激发出一串方波，然后通过电路将方波加载到T上面（加载到T两端的就是高低逻辑信号，任何时刻都是一段高，另一端低，这样T两端电压的变化范围由[0,Vcc]变成了[-Vcc,+Vcc]），T是换能器，将电信号转换成振动信号，这样就激发出了声波了，单片机加载的方波的频率如果超过20K，它激发出去的就是超声波（当然，前提是T的响应频率要达到20K以上才行）。

一般情况下，激发的同时，启动接收电路和计时器，这样超声波探测器发出去的声波经过多长时间传达到接收换能器上就能知道了，通过时间和声速，就能测试距离。

当有车停入车位时，超声波探测出来的距离发生改变，引起单片机响应中断服务程序。

2、数码显示模块：

在停车场外部装有大屏数码管显示停车场内总剩余车位数量。

数码管采用共阳极接法，单片机在接收到红外传感器采集数据改变后，响应相应程序，在数码管上显示相应数据。

如当有一辆车进入停车场时显示屏上显示数值减一。

当剩余量为零时，大门不再打开。

LED数码管（LEDSegmentDisplays）是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。

LED数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点，还有一种是类似于3位“+1”型。

位数有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等....，LED数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解LED的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。

图中是共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。

颜色有红，绿，蓝，黄等几种。

LED数码管广泛用于仪表，时钟，车站，家电等场合。

选用时要注意产品尺寸颜色，功耗，亮度，波长等。

下面介绍常用LED数码管内部引脚图。

每一笔划都是对应一个字母表示DP是小数点.  

数码管分为共阳极的LED数码管、共阴极的LED数码管两种。

下图例举的是共阳极的LED数码管，共阳就是7段的显示字码共用一个电源的正。

led数码管原理图示意：

引脚示意图  

从上图可以看出，要是数码管显示数字，有两个条件：

1、是要在VT端（3/8脚）加正电源；2、要使（a,b,c,d,e,f,g,dp）端接低电平或“0”电平。

这样才能显示的。

共阳极LED数码管的内部结构原理图图4：

 共阳极LED数码管的内部结构原理图 

下表显示数字对应的二进制电平信号

LED数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数位，因此根据LED数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。

本设计采用动态显示。

数码管动态显示介面是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位元选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。

透过分时轮流控制各个LED数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。

在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极体的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示资料，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O口，而且功耗更低。

3、停车场内部引导模块：

本设计将停车场内部按规律划分为两个区（A区，B区），在各区入口装有LCD屏幕，显示该区域剩余车位数量和方向指示。

本设计采用SED1520芯片控制的122×32图形点阵液晶显示屏，它主要由行驱动/列驱动及122×32全点阵液晶显示器组成，可完成图形显示，也可显示七个半（16×16点阵）汉字。

主要技术参数和显示特性如下:

电源:

VDD为+3V～+5V;LCD外接驱动电压VDD-VLCD=5.0V。

显示内容:

122（列）×32（行）点。

显示颜色:

黄绿底蓝字。

显示角度:

6点钟直视。

STN正视反射模式。

驱动方式:

1/32Duty，1/6Bias。

驱动电流:

最大240μA。

液晶显示模块驱动原理图如图1所示。

液晶显示模块引脚特性如表1所示。

部分传送指令表如表2所示。

四线点阵液晶显示屏驱动电路

　　四线点阵液晶显示屏驱动电路如图2所示。

系统采用一片74LS164以串入并出方式与点阵液晶显示模块FM12232C连接，通过四条信号线（SDA串行数据线、CLK/A0串行时钟线即液晶显示模块的A0数据/指令控制线、E1主驱动芯片使能线、E2从驱动芯片使能线）实现点阵液晶显示屏的驱动。

与液晶显示模块所提供的电路连接方式相比，四条线与单片机2051连接至少减少7根口线，这样大大节省了小型电子产品中宝贵的单片机口线资源，使产品更加人性化和智能化。

根据液晶显示屏的控制指令及时序可知，只要在对模块写入数据的同时保证模块指令操作延时足够，就可以不检查模块状态，达到直接控制的目的。

点阵液晶显示屏的一个点对应存储器中的一位，置位则显示，清除则不显示，因此只要控制相应的数据位就可控制液晶显示屏的显示。

液晶显示模块的显示数据采用分页方式存储（存储器的划分请参阅相关资料）。

　　数据传送时，首先选择使能端“E1”或“E2”，送数据到74LS164，然后送指令/数据选择信号“A0”，关闭使能端，实现数据和指令的传送，使液晶显示屏显示图形或汉字等。

4、空余车位提示模块：

所有LED节能灯串联。

因为实际情况下输入的电压并不稳定，通过串联的方法可以缓冲电压对LED节能灯的影响，从而起到保护LED节能灯的作用。

恒流源是输出电流保持不变的电流源，而理想的恒流源为：

（1）不因负载（输出电压）变化而改变。

（2）不因环境温度变化而改变。

（3）内阻为无限大。

恒流源之电路符号：

理想的恒流源实际的恒流源

恒流源比较

理想的恒流源，其内阻为无限大，使其电流可以全部流出外面。

实际的恒流源皆有内阻R。

我们搭建的恒流源电路由电源变压器、整流电路、二极管稳压电路加上滤波电容所组成。

具体电路参数如电路图所示：

恒流源电路

5、手动强制开关模块

手动开关主要用于线路的检修，将其的优先级别通过51单片机设为最高。

当设备出现故障时，可实现在任何时候都能强制点亮或关闭LED灯的功能，方便日常的维护。

手动强制开关模块的设计较为简单，就是接入一个可控开关，该模块电路如下图所示：

手动强制点亮LED的开关电路

6、单片机控制中心的设计

单片机控制中心控制着本系统所有信号的输入、处理与输出，将各个模块有机地联系起来，它是系统的核心部分。

硬件设置

本控制中心采用89C51单片机系统。

因为系统所需存储容量不大，所以只使用89C51的内部RAM即可，不需要外扩RAM。

该单片机采用上电与按钮复位电路，内部时钟频率为12MHz，通过软件构成系统时钟。

定时器，I10设置为最高中断优先级，保证系统时间的准确性。

在I／0口的设置上，单片机的P0口作为数据口．P0.0～P0．7分别与微型打印机的DB0～DB7相连。

P1．0～P1．5作为外部中断源扩展口。

P2．0～P2．2分别与红、绿、黄灯相连，作为停车场状态信号指示灯。

自动停车收费管理系统要处理的中断比较多（包括汽车出入停车场中断、驶入驶出停车位中断等），而且要求响应速度很快，所以采用软件查询的方法进行中断优先级排队满足不了要求。

因此本系统采用74LS148优先编码器扩展单片机外部中断源，对应不同的中断处理（例如开始和停止计时、计费等），并送显示器显示。

单片机控制中心电路图（包含在中心控制电路中）比较复杂，由于篇幅所限，这里将其

单片机控制模块：

本设计采用盛群MCUHT46R24作为主控CPU，原理图如下。

六．作品市场前景：

停车场解决了现有停车场找车位难，找车耗时长，收费繁琐（人工收费）的情况，能够帮助司机快速找到停车位，节约大量时间。

同时收费明晰，非常方便。

在我们从目前调查及了解到的市场情况来看，现有的停车场大多不是智能系统，还在采用人工管理，不仅效率不高，而且人力物力占用较大。

而另一部分采用了智能系统的停车场，由于软件设计复杂，硬件设施较多（如摄像头识别，车位感应），耗费很大。

本设计考虑了两者的优缺点并做出了改进，能够进行智能引导，硬件设施更为简单（采用更简单的感应器件进行识别），花费更少，软件也不复杂，能够一定程度上实现智能化，具有较高的性价比和市场前景。