基于单片机的停车场管理系统设计Word格式文档下载.docx

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北京工业大学的王湘斌对智能停车场内部控制系统的通信进行了研究，提出了基于LonWorks现场总线技术的智能化停车场控制系统设计；

但我国的停车场管理系统大多还存在智能化、集成度低的缺点，注重收费的自动化，而忽视了停车过程的自动化、安全监控的自动化。

各个管理子系统没有有效地综合集成起来，这样直接导致了停车场安全性、管理智能化水平和整体运行效率的降低。

本项目采用了红外传感器配合使用，基于单片机平台完成智能选择车位，车位地灯自动引导，空余车位提示、当日限号显示等功能，智能化的贴近实际生活，最大限度的达到节电的目的，提示司机空车位信息，大大方便了司机的停车。

具有实际的应用价值和研究意义。

关键词：

单片机；

停车场；

车位管理；

地灯引导；

Abstract

WiththerapiddevelopmentofChina'

sscienceandtechnologyandintelligentproductsinpeople'

slivesbecomingmorecommon,moreandmorehigh-techproductscomeintopeople'

slivesandmakespeopleliveanmoreintelligentwayoflife.

Asweallknow,energyisanimportantsecondaryenergy,usedinallaspectsofmodernsociety.Atpresent,theenergysituationisgrim,especiallyintheworld'

senergycrisis.Soweshouldsaveenergyfromthelittlethingsindailylife.Mostofparkinglotatnighttendtobebrightlylitatnightinchina.Therefore,intelligentparkingisparticularlyimportant.Atpresent,peoplehavedonealotofresearchonsmartparkinglot,NingQiupingfromDalianUniversityofTechnologyhaddesignedthenon-contactICcardintheparkinglotmanagementsystemapplicationwhichwasdesignedtoimprovethebillingsystem.

WangXiangBinfromBeijingUniversityofcommunicationhadgivenanintelligentparkingsystemofinternalcontrols,basedontheLonWorksFieldbusintelligentparkingcontrolsystemdesign;

However,TheparkinglotmanagementsystemsstillhavethedrawbacksofmostlyintelligentandlowintegratedinChina,whichFocusonautomationcharges,whileignoringtheautomaticparkingprocess,securitymonitoringautomation.Variousmanagementsubsystemdoesnoteffectivelyintegratecomprehensiveanditledtotheparkinglotsecurity,intelligentmanagementlevelandoveralloperationalefficiencydirectly.

Thisprojectusesaninfraredsensorandcompleteintelligentselectionofparking,parkinglightsautomaticallyboot,spareparkingtips,restrictingthenumberofdaydisplayfunctionsbasedonSCM（Single-ChipMicrocomputer）,whichIntelligentclosetoreallifeandachievemaximumenergy-savingpurposes,alertdriverstoemptyparkinginformation,greatlyfacilitatethedriver'

sparking.Ithaspracticalvalueandsignificance.

Keywords:

SCM;

parkinglot;

Intelligent;

摘要I

第一章绪论1

1.1课题研究背景和意义2

1.2智能停车场发展概况和趋势2

1.3课题的主要研究内容2

第二章智能停车场管理系统概述4

2.1单片机Arduino介绍5

2.2数码管应用介绍5

2.3红外传感技术介绍5

2.4车位显示及停车引导系统概述6

第三章智能停车场管理系统设计方案7

3.1智能停车场管理系统框图7

3.2入口设计9

3.3车位引导系统设计9

3.4红外车辆检测系统设计11

3.5限号及车位空余显示系统设计12

第四章智能停车场实现13

第五章总结20

结束语21

谢辞22

参考文献23

第一章绪论

1.1课题研究的背景和意义

随着经济的发展，人们生活的富裕，越来越多的私家车走进家庭，随之而来的城市交通堵塞和停车难的问题，已经成为影响和制约城市建设和经济发展的一个重要因素。

为了解决停车难的问题，城市兴建了大量停车场，但是目前停车场智能化系统是市场现状比较落后，大大落后于动态交通的市场化发展。

我国停车场水平相对世界其他国家而言比较落后，大部分停车场都需要投入很多人力来管理运营，随着社会水平的不断提高以及人们的时间观念的提高，车主对停车场的要求也越来越高，例如存（取）车的时间尽量缩短、入场无需停车、智能收费、停车诱导、车位定位以及视频防盗系统等。

本课题基于Arduino单片机、红外感应技术及数码管显示技术相结合，实现了一套集车辆入场检测、空余车位判断与显示、车位自动引导于一体的停车场管理系统，并集成了当日车辆限号提醒的功能，极大的缩短了车主从入车场到停泊到车位的总体时间，基本实现停车场智能化，极大的节约了停车场管理的人力成本，对促进社会的经济的发展具有极高的意义。

1.2智能停车场发展状况和趋势

　智能停车场管理系统是现代化停车场车辆收费及设备自动化管理的统称。

是将停车场完全置于计算机统一管理下的高科技机电一体化产品。

他以感应卡IC卡或ID卡（最新技术有两卡兼容的停车场）为载体，通过智能设备使感应卡记录车辆及持卡人进出的相关信息，同时对其信息加以运算、传送并通过字符显示、语音播报等人机界面转化成人工能够辨别和判断的信号，从而实现计时收费、车辆管理等目地。

停车场智能系统的市场现状比较落后，大大落后于动态交通的智能化市场发展，这一点国内外都存在这样的问题，过去的发展重动态交通，而轻静态交通，比如静态交通研究目前国内外都没有一个评价指标，而动态交通则有道路拥堵指数、绿波带等研究内容。

静态交通发展的落后，已经成为了城市动态交通的障碍，目前国内外的专家提出了解决动态交通要“动静结合、以静制动”的理论，在实践中已经初见成效。

未来静态交通智能化市场和动态交通智能化市场应该平分秋色，不分伯仲，静态交通智能化市场的发展前景非常大。

智能停车场的发展趋势有以下几个方面：

1、停车场实现联网共享数据，打破信息孤岛，建设智慧停车物联网平台，实现停车诱导、车位预定、电子自助付费、快速出入等功能。

2、停车诱导、车位引导和反向寻车系统快速普及，目前在建的停车场越来越大，动辄几千个车位以上，这样大的停车场如果没有引导和寻车系统而靠人员疏导的话，对管理人员和客户都是一个灾难。

3、无人化服务逐渐普及，由于我国的劳动力成本快速上升，过去靠人海战术管理停车场的方法越来越不行了，参照国外的发展经验，停车场的自动化程度将越来越高，管理人员逐渐减少，直至实现无人化服务。

4、手机实现车位预定、支付、寻车等功能，智能手机和移动互联网这两年快速普及，移动互联网用户已经超过了固定互联网用户，利用手机订餐、购买电影票、下载优惠券、交友等已经普及，所以停车场中的这些应用将快速普及。

5、立体车库增多，我国城市人口多、密度大，土地成本高，参照日本等国的经验，立体车库具有占地少、利用率高、进出方便等优势，将会快速发展。

1.3课题的主要研究方向

目前在建的停车场越来越大，动辄几千个车位以上，这样大的停车场如果没有引导和寻车系统而靠人员疏导的话，对管理人员和客户都是一个灾难，由于我国的劳动力成本快速上升，过去靠人海战术管理停车场的方法越来越不行了，参照国外的发展经验，停车场的自动化程度将越来越高，管理人员逐渐减少，直至实现无人化服务。

针对以上状况，本课题着眼于解决现实问题，主要研究如何实现停车场的自动检测车辆，自动引导车辆入库等系统功能。

第二章智能停车场管理系统概述

2.1单片机Arduino介绍

2.1.1arduino简介

单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。

尽管它的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：

CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。

同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。

而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。

Arduino是一个单片机的最小系统。

它是一块基于开放源代码的USB接口Simplei/o接口板并且具有使用类似Java,C语言的IDE集成开发环境。

可以很容易实现与Flash和processing的互动。

　　IDE（IntegratedDevelopmentEnvironment），即集成开发环境。

是用于提供程序开发环境的应用程序，一般包括代码编辑器、编译器、调试器和图形用户界面工具。

就是集成了代码编写功能、分析功能、编译功能、调试功能等一体化的开发软件服务套。

所有具备这一特性的软件或者软件套（组）都可以叫做集成开发环境。

如微软的VisualStudio系列，Borland的C++Builder、Delphi系列等。

2.1.2arduino的规格

工作电压5V

输入电压（建议）7-12V

输入电压（极限）6-20V

数字输入/输出端14（3,5,6,9,10,11提供输出的PWM）

模拟输入端6

闪存16KB（ATmega168）或32KB（ATmega328）,其中2KB被bootloader使用

SRAM1KB（ATmega168）或2KB（ATmega328）

EEPROM512个字节（ATmega168）或1KB（ATmega328）

注：

WM（PulseWidthModulation），即脉冲宽度调制。

脉冲宽度调制（PWM）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。

通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。

闪存，用于存储程序。

bootloader可以看作是一个引导程序。

SRAM（StaticRAM），是一种具有静止存取功能的内存，不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据。

EEPROM（ElectricallyErasableProgrammableRead-OnlyMemory），电可擦可编程只读存储器。

一种掉电后数据不丢失的存储芯片。

2.1.3工作方式

可以通过USB与电脑相连，或单独供电。

程序写到arduino里之后只要有电就可以独立运行。

实际的量通过传感器变成模拟信号，再通过A/D装换器变成电压信号（其分度取决于模数转换的精度），再传给arduino。

此模数转换器精度为10bit，即能读取1024（2^10=1024）个状态，模拟输入电压0~5V，所以arduino能感知的最小电压变化为4.8mV（5V/1024=4.8mV）。

2.2数码管应用介绍

数码管有共阴极和共阳极之分，区别他们的方法是若公共端接地，其他端接电源，若各段测试能亮，说明是共阴的，反之共阳的；

若公共端接电源，其他端分别接的，测得各端亮，则说明是共阳的，反之为共阴的[1]。

数码管是设备的简易显示常用电子元器件，下面将介绍它的性能特点，简单检测方法及应用注意事项等内容。

数码管的主要特点如下：

（1）能在低电压、小电流条件下驱动发光，能与CMOS、ITL电路兼容。

（2）发光响应时间极短（<

0．1μs），高频特性好，单色性好，亮度高。

（3）体积小，重量轻，抗冲击性能好。

（4）寿命长，使用寿命在10万小时以上，甚至可达100万小时。

成本低。

因此它被广泛用作数字仪器仪表、数控装置、计算机的数显器件[2]。

8位数码管的原理图如下所示：

上图中a为供阴，b为共阳。

本课题使用共阳传感器来显示当前剩余空车位，以及用来显示当日的限号信息。

2.3红外传感技术介绍

随着社会工业的不断发展以及传感器技术的日臻成熟，红外传感器作为一种典型的传感器，目前已经被广泛应用于现代科技、国防以及工农业等领域

红外传感系统是用红外线为介质的测量系统，按照功能能够分成五类：

（1）辐射计，用于辐射和光谱测量；

（2）搜索和跟踪系统，用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它的运动进行跟踪；

（3）热成像系统，可产生整个目标红外辐射的分布图像；

（4）红外测距和通信系统；

（5）混合系统，是指以上各类系统中的两个或者多个的组合[1]。

本课题使用漫反射式避障传感器模块，该传感器模块对环境光线适应能力强，其具有一对红外线发射与接收管，发射管发射出一定频率的红外线，当检测方向遇到障碍物（反射面）时，红外线反射回来被接收管接收，经过比较器电路处理之后，绿色指示灯会亮起，同时信号输出接口输出数字信号（一个低电平信号），可通过电位器旋钮调节检测距离，有效距离范围2～30cm，工作电压为3.3V-5V。

该传感器的探测距离可以通过电位器调节、具有干扰小、便于装配、使用方便等特点[2]。

原理图如下所示：

2.4车位显示及停车引导系统概述

车位显示和停车引导系统是该停车场的核心系统。

车位显示的目的是为了提示即将驶入该停车场的车辆当前是否有可用的停车位。

停车引导系统是为了能够及时将车辆引导进入目标停车位，减少车辆在大的停车场寻找和等待的时间。

车位显示技术相对简单，因为每个车位都配有传感器，我们只需要遍历这些传感器，然后判断停车位为空的个数即可。

对于停车引导系统，本课题使用led串联的地灯分段做引导。

允许同时引导多个车辆，并且互相不会干扰，当一辆车进入车位，该线路的地灯熄灭时，不会同时熄灭正在引导的路线。

第三章智能停车场系统设计方案

3.1智能停车场系统框图

智能停车场系统的优点体现在智能上，所谓智能就是不需要人工干预，能自动设别是否有车辆即将进入停车场来泊车，为了能让车辆顺利停靠，在门口的大屏幕上需要提示出当前停车场内是否有可用的停车位，避免出现车辆已经进入停车场，但是发现根本没有车位的情况，同时为了使车辆快速的进入车位，本课题采用地灯引导系统来引导车辆，当车辆进入车位或者在进入车位的途中，需要做好计数问题，因为该车位已经被预定或者占用，需要及时的更新显示屏的数字。

综上所述，只能停车场系统可分为三大部分：

入口检测、地灯引导、状态显示。

图3-1-1智能停车场系统框架

3.2入口设计

停车场系统是以车辆驶入驶出为服务基础的。

当有车辆驶入停车场时，系统应该能够及时检测到车辆以实现打开停车场门，开始计费等功能。

本课题使用红外传感器来实时的检测门口的变化，传感器的原理如前面所阐述。

为了提高检测的准确性，需要多次检测，如果在一定时间内（如2s）内的检测都是有车状态，表明当前有车进来，这样做的目的是为了提高检测的准确性，避免当有人等路过是被当做车辆检测，因为人一般走过路过也就需要不到1秒钟，但是车辆因为比较长，所以检测的时间会稍微长一点。

设定2秒可以巧妙的将车和人等区分开。

该部分的设计需要考虑冲突问题，假想，当前系统的led显示屏显示有3个空车位，但是这时候来了四辆车，但是四辆车都看到显示有3个空车位，于是都进入了停车场，结果是最后进入的一辆车将无车位可用。

为了解决这个问题，本课题采用了及时更新系统LED数目管显示的频率，平行处理进入的车辆，当有一辆车进来时，为它分配一个停车位，同时标记该停车位为预定状态，然后更新显示屏的显示数目（减一）。

接着处理其他车辆。

一个完成的入口系统的框架图如下所示：

图3-2-1入口检测系统流程

3.3车位引导系统设计

现在的汽车大多数都装载了GPS导航，目前市场上已经有一些成熟的车位诱导系统通过车载的gps将车引导至目的地。

诱导系统可以分为车内诱导系统和车外诱导系统。

将诱导装置安装在车内，通过车和数据中心的数据交互实现对车辆方向的引导称为车内诱导系统。

这种诱导系统诱导对象是单个车辆，也称车辆个体诱导系统，这类系统的诱导机理比较明确，容易达到诱导的目的。

目前发达国家采用的是这种系统，但是这种系统对车内设施和信息传输技术要求比较高，造价相对昂贵。

车外诱导系统有多重形式的存在，可以是在停车场内树立大块的显示屏，显示当前车辆位置和目标停车位。

但是这种方法的劣势是司机需要不断的观察显示屏上自己所在的位置，边驾驶边观察路线，显而易见这对驾驶安全是极为不利的，很有可能增加车辆碰撞、追尾等事故。

本课题别出心裁设计出另外一种车位引导系统，通过地灯。

在停车场入口到各个车位上都有一条地灯线路，当入口检测器检测到有车辆进入时，系统会遍历所有的停车位，寻找可用的停车位，当寻找到一条可用的停车位时，一方面在系统中标记该车位为预定状态，同事将该条线路的地灯点亮，车辆寻这点亮的路灯将很容易到达目标车位。

该系统需要解决的问题是，如何处理多车辆同时进入停车场的问题，因为这时候需要有多个地灯线路同时被点亮，当有一辆车进入车位时，相应的路线上的地灯需要被熄灭，但是同时又不能影响其他正在行进的车辆的地灯引导。

为了解决这个问题，本研究采用分段控制地灯的方法，即将路线分成若干段，每一段单独控制。

当有一段地灯需要熄灭时，会遍历系统中当前正在被占用的车位，如果该车位的地灯正在被点亮，同时待熄灭的地灯和正在呗占用的车位的地灯重合，那么久不要熄灭该地灯，以保证该地灯能继续为其他车辆提供引导。

图3-3-1地灯系统控制流程

3.4红外车辆检测设计

红外检测模块主要有两个用途，一个如前面所述，作为停车场入口的检测是否有车辆进入停车场；

另一个功能是检测是否有车离开停车场。

红外模块的功能实现相对简单，红外检测模块的使用方法前面已经讲解。

本设计中只需要捕捉检测到的信号。

然后就可以判断当前位置是否有车辆，进而做出相应的处理。

3.5限号及车位剩余显示系统设计

剩余车位显示是本系统的另外一个很重要的功能，试想，如果没有了该功能的提示，车主不知道当前该停车场剩余多少个停车位，那么势必会造成混乱的情况：

所有的车都开进停车场，但是停车场内早已经占满了。

因此，一个完成的停车场系统，这一部分也是至关重要的。

本系统中车位有三种状态：

占用、预定、空闲，对应这当前有车辆停在车位上，该车为不可被其他车辆使用，预定表明当前没有车停在车位上，但是该车位已经被分配出去了，例如有一辆车已经进入停车场，但是还没有到达停车位，那么停车位是预定的状态。

空闲，顾名思义，就是表明当前该车位没有被占用、也没有被预定，是完全可被分配的车位。

因为显示系统需要实时显示空闲车位的数量，当有车位被预定，有车位被占用，或者有车驶出停车位的时候，都需要及时的更新停车位的个数显示。

为了实现以上功能，空闲车位显示模块的设计如下：

图3-5-1车位显示模块流程图

说明：

车位只有三种状态：

空闲、预定、占用。

显示模块在程序的每一个loop都被执行，当检测到某一个车位被预定是，计数显示立刻减1，表示当前有一个车位不可用了。

如果检测到车位被占用那么检查的它的传感器，如果传感器检测到车（传感器=0），那么表明该车位确实被占用了，如果该车位的传感器检测不到车，那么表明该车位原来停放了一辆车，但是现在车已经开走了，那么该车位又变成空闲了，因此显示数+1，其他所有的情况，计数不变化。

限号显示相对简单，只需要获取当前星期，然后将对应的数字显示在数码管上即可。

第四章智能停车场实现

根据以上设计，该系统的各个子系统之间相互交互，实现一个完整的停车场管理系统，总体的工作流程如下框图所示：

图系统总体框图

流程整体说明：

该系统以单片机Arduino为核心，附着传感器系统、入口检测系统、传感器系统、显示系统、地灯引导系统；

各个子系统通过引进与中央单片机相连接，通过单片机的处理器，来实现各模块的控制[1]。

各个模块的交互如图所示，系统启动的时候，单片机首先检测入口是不是有车辆进入，如果检测到有车辆进入则寻找可用车位，启动地灯引导、同时更新显示系统的显示个数。

如果没有检测到车辆，则继续保持检测状态。

传感器系统主要是用来检测车位上的车辆的状态，根据车辆状态来更新显示系统以便及时提醒停车场外的车辆当前是否有车辆可用。

显示系统的另一个功能是提醒车主当前的限号尾号。

下面将逐个介绍每个子系统的具体实现方法。

4.1入口实现

入口系统是整个停车场的智能开始。

传统的停车场在入口都会有一个管理员，当有车辆需要将进入车场时，管理员检车有多少个车位可用，是否允许车辆进入，然后放行。

本课题将实现与管理员职责相同的入口系统，当有车辆进来时，代替管理员，本课题使用一个传感器来检测是不是真的有车进来，如前面