基于STM32的停车场智能管理系统.docx
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基于STM32的停车场智能管理系统
摘要：
随着人口的不断增长，汽车渐渐与人们的日常生活如影随形，也不断出现了停车场的需求与供应无法匹配的状况，这不仅给人们的日常生活带来了大量的不便，还为交通制造了了许多问题。
近些年以来，许多国家纷纷开始了对于停车场管理系统的研究，旧式的停车场管理方式不仅会耗费大量的人力，还会因为人的能力有限，导致停车场内部的运转方式达不到科学合理的效果。
本次设计针对以上问题进行选题，设计并实现了一个智能停车场系统。
该系统的核心是基于STM32F103开发板，采用RFID感应模块与驱动舵机的转动体现停车场岀入的情况，并通过出入两次刷卡的间隔计算时长与费用。
采用重力系统监控停车位的实时使用状况，并通过WIFI达到开发板与APP的相互联通，APP可以显示出车位所在位置与对车位的使用状况等信息。
通过硬件与软件的相互配合，构成具备自我运转能力的停车场结构，为停车场的使用者提供更加便利的服务。
关键字：
智能停车场系统，SM32F103,RFID,WIFI
ParkinglotIntelligentManagementSystemBasedon
STM32
Abstract：
Withthecontinuousgrowthofpopulation,automobilesgraduallyfollowpeople'sdailylife,andthereisasituationthatthedemandandsupplyofparkinglotscannotmatcheachother.Thisnotonlybringsalotofinconveniencetopeople'sdailylife,butalsocreatesalotofproblemsfortransportation.Inrecentyears,manycountrieshavestartedtostudytheparkingmanagementsystem.Old-styleparkingmanagementwillnotonlyconsumealotofmanpower;butalsobecauseofthelimitedcapacityofpeople,resultingintheoperationoftheparkinglotcannotachievescientificandreasonableresults.
Thisdesignchoosesatopicfortheaboveproblems,anddesignsandimplementsanintelligentparkingsystem.ThecoreofthisdesignisbasedonSTM32F103developmentboard.RFIDinductionmoduleanddrivingrudderareusedtoreflectparkinglotentranceandexit,andthetimeandcostarecalculatedbytheintervalbetweenentranceandexitoftwocardbrushes.Gravitysystemisusedtomonitorthereal-timeusageofparkingspaces,andWIFIisusedtoconnectthedevelopmentboardwithAPP.APPcandisplayinformationsuchasthelocationofparkingspacesandtheusageofparkingspaces.Throughthecooperationofhardwareandsoftware,aself-runningparkingstructureisformed,whichprovidesmoreconvenientservicesfortheusersofparkinglots.
Keywords：
Intelligentparkingsystem,SM32F103,RFID,WIFI
目录
1绪论 1
1.1研究背景和意义 1
1.1.1智能停车场系统课题背景分析 1
1.1.2课题的研究意义 1
1.2课题研究方法和内容 2
1.2.1研究方法 2
2.2.2研究内容 2
2系统分析 3
3.1系统现状 3
2.2系统需求分析 3
2.2.1系统运行环境分析 4
2.2.2用户需求分析 4
2.2.3功能需求分析 5
1.3系统开发方案 5
2.4可行性分析 6
2.4.1经济可行性分析 6
3.4.2技术可行性分析 6
2.4.3外部环境可行性分析 6
3硬件环境搭建 8
3.1开发工具 8
3.1.1软件部分 8
3.1.2硬件部分 8
3.12STM32主控电路 9
6.3RFID频射识别模块 10
6.4HX711重量传感器 11
3.5WIFI模块 12
4.6硬件实现效果 13
4控制代码实现 14
4.1操作流程分析 14
4.1.1系统操作总流程简析 14
4.1.2RFID频射识别模块控制流程 14
4.1.3重量传感器模块控制流程 15
4.2硬件控制代码设计 16
4.2.1主要函数 16
4.2.2RFID频射识别模块 19
4.2.3HX711重量传感器模块 19
5.2.4WIFI模块 22
4.2.5步进电机模块 24
4.3客户端APP设计 26
4.3.1基本功能 26
4.3.2逻辑流程 27
5.3.3APP系统框架以及用户界面开发 27
4.3.4停车位使用时长&计费模块设计 29
4.4运行效果演示 30
5系统调试效果展示 31
6结论 35
参考文献：
36
致谢 37
4.1研究背景和意义
4.1.1智能停车场系统课题背景分析
当今时代，社会的进步速度飞快，中国的经济进入了高速发展期。
近些年以来，随着我国全面小康的推进，人民的生活水平不断上升。
汽车已经如同“老三件”一般进入了不少的家庭，也成为了许多人的主要交通用具。
然而一系列问题也随着这一变化而冒出水面，中国的人口数一直稳居世界第一，在这样的情况下，当一半的人口开始了对汽车的使用，则意味着需要一片巨大的面积去容纳这些汽车停放，因而也产生了停车场这一商圈。
人们在日常生活中不难发现，国内的停车场常常出现供不应求的状况。
当车主们出行时常常会出现无法寻找到合适车位的情况，这样的情况常常会很大程度的拉长我们原定的出行计划时长，费时费力的同时，还常常会引起一些交通问题,例如汽车无法找到合适的停车区域导致车辆滞留于交通干道上引起交通堵塞等，这样十分容易造成人力物力的不必要耗费。
4.1.2课题的研究意义
如果社会中的各大停车场都能拥有一套完善整合的智能管理系统，使人们在进入停车场甚至出门之前就清晰了解每个停车场内部的情况，就能让人们更好的制定合适的出行计划或是预计路线；使用停车场的时候能清晰了解停车位的使用时长等。
这样便可以给人们的生活带来更大的便利且能将资源最大程度的利用。
本次毕业设计针对这个实际问题进行基于STM32的智能停车场系统开发，目的是选用了STM32嵌入式开发芯片、WIFI通信、RFID频射技术等技术，实现一个能够完成自主管理车辆进出、收费，并实时将停车场内部状况反馈给用户的智能停车场系统。
这个系统能够较好的解决前文提到关于目前使用人力管理或比较简单的系统管理的停车场出现的停车位无法达到最大使用率，给管理者和车主带来各种不便等实际问题。
4.2课题研究方法和内容
1.2.1研究方法
第一步，调查分析:
查阅相关资料，了解项目的发展背景和趋势，分析现阶段的智能停车场系统存在的短板和难题；
第二步，掌握运用：
掌握好设计中需要使用的技术原理，启动设计整合、攻克对于不熟悉的模板的运用等技术性难题；
第三步，测试：
测试硬件与软件的运行是否存在BUG,对系统进行调试，确保整体正常运行；
第四步，总结自查：
完善程序论文为答辩作最后冲刺
1.2.2研究内容
在本篇停车场智能管理系统为题的论文内容上总共是分为六部分，具体内容安排如下：
第1章：
绪论。
简述本论文的研究背景，阐述其研究意义以及讲述研究过程中使用的方法。
第2章：
系统分析。
简述系统现状，对系统进行需求分析以及可行性分析，
简略说明一下系统开发方案。
第3章：
硬件环境搭建。
对系统所需开发工具、硬件模块进行描述介绍。
第4章：
控制代码实现。
简单描述系统模块、手机软件APP的控制流程，并选取一些重点模块的控制代码进行展示与分析。
第5章：
调试结果展示。
展示整个智能停车场管理系统的调试、运行的效果。
第6章：
结论。
针对系统实现效果进行总结，并对系统存在的问题和可以改进之处作出说明。
2系统分析
2.1 系统现状
2000年左右，智能停车场系统的理念在我国尚属于一个起步阶段，当时国内的主要技术来源于对国外的技术学习，其重点在于攻破技术上的难题。
20多年前，由于当时国内的汽车使用尚未普及开、停车场也并不多，市场需求与容量皆不大，停车不难，且汽车属于贵重物品，因此，在那个时间段的智能停车场系统的主要应用于管理目标是车辆的防盗和安全问题，其只属于各大安防一卡通系统旗下的一个子系统，而这个行业划分习惯是依然被保存至今的。
直到今天，我们在日程生活中常见到的停车场系统依然没有一个十分规范的标准，各地在停车场的建设过程中依然缺乏整体的规划，只是比较分散的在各个商圈或者住宅区。
每个地方的管理人员只根据个人认知或者根据市面上大部分的停车场结构，依葫芦画瓢的去建设停车场，导致一些已经建设起来的停车场系统,也没能发挥其应有的效果。
目前国内停车场，尤其应用最广泛在商业大厦的停车场，收费管理系统部分尚未完善，在停车场内部的车位闲置/使用情况的实时统计、车位引导与取车寻车等功能，依然处于非常基础的阶段，实际使用效果并不佳。
止匕外，每个停车场仍处于一个独立个体，没有将其与其他停车场连成一体发挥整体的最大效益。
2.2 系统需求分析
着眼于目前实际情况中的停车场的需求，以及一个停车场的实际运转情况来看，在停车场的实际管理过程中，需要实现以下系列的操作：
第一部分：
车辆入场与立场管理，在这部分需要做到的是，给每辆车辆分配一个出入的凭证，通过这个凭证可以记录下车辆的入场与出场时间、并且准确计算车辆在停车场的停留总时长；
第二部分:
车辆使用计费管理，在这部分首先需要确定一个收费的标准，出于人性化管理理念，设立一个根据时长而定的阶梯性收费，其次是根据第一部分的出入场时长记录计算出每辆车辆产生的费用；
第三部分：
停车场内部每个车位管理，在这部分首先需要能够实时检测出每个停车位是处于空闲/占用的使用状况，在车辆停放在车位上时要将该车位排除出可以被使用的车位行列，确保车位的交替使用可以达到最高的效率；
第四部分：
停车场内部各类实时信息展示，这一部分是这个智能停车场系统的核心，它需要实现三个主要功能：
第一，车主在未进入停车场之前，就能准确获得停车场车位的空余信息，从而对是否进入停车场做出判断；第二，在车主使用停车位的过程中，可以通过手机端实时得知车辆在停车位已停放时长；第三，在车主离开停车场的时候可以通过手机端得知车位使用总时长与所产生的费用。
上文的四部分简析，便是本系统根据车主使用停车场中的实际需求做出的分析。
2.2.1系统运行环境分析
首先，智能停车场系统的开发是立足在老式停车场的基础之上，而老式停车场的分布所处位置、环境，或是占地面积大小这些因素都是十分多样化的，首先是针对环境的多样性，需要考虑到开发的智能停车场系统需要具备极强的稳定性，并且对于系统对于环境的要求要尽量减到最小，能够在各种情况下适合使用，其次，出于对于中小型停车场的考虑，控制成本也是一大关键。
综上所述，选用STMF103芯片作为主控板是比较适合的选择，首先它不仅可以完成对于整个系统各项功能的实现，还有具备可塑性强且成本低的这些实际需求。
2.2.2用户需求分析
在近些年人们日常活动的出行中，不难发现在我们对公共停车场进行使用的时候常常遇到各种让人头疼的问题，如：
无法提前了解到停车场内部的情况，导致汽车在停车场内举步难行等问题。
而现如今，便利又是人们在生活中关注的一大焦点，一个事物的发展必然是顺应着更加便于使用的方向。
老式的停车场已经很难去满足现代整体经济情况得到改善的人们对于停车场使用的需求。
并且，由于科技的的不断地进步与发展，智能这一概念，不断出现在我们的日常生活里的各个事物之中，智能停车场系统的出现也成为了必然的趋势，因此这项设计便是随着人们日渐增长的生活需求中衍生而出的。
2.2.3功能需求分析
智能停车场系统的出现的目的是为了实现停车场内部的自行运转、“自主工作”，实现车位状态的自主监控、通过手机实时查看车位的使用状况、一卡安防监控的功能。
目前所使用的老式停车场主要是依靠着人力管理和收费的，也有少量的停车场会使用到简单的刷卡进出或者采用扫描二维码进行收费。
而这种方式最大的弊端就是功能零散、不全面，没能够所有需求集于一身，也未能将服务的提供延伸到停车场之外。
上文所述的问题就是导致了当前停车场的运转效率低下的体现，因此在本设计中将会将现在有的集于一身并且加上了停车场外的跟进，而操作的方法即一张卡和一个APPo
2.3系统开发方案
为了更好地实现系统需求的功能，结合所掌握专业技术性知识，初步确定本系统的开发方案如下：
1、硬件系统组成：
•主控部分：
STM32F103开发板
•车位实况信息检测部分：
HX711重量传感器
•显示部分：
LCD屏
•出入停车场识别部分：
RIFD频射识别模块
•传输部分：
WIFI模块
•其他配件：
ULN2003步进电机驱动板+5V步进电机、其他单子元器件，如电阻、电容等等
2、代码开发工具选择：
•智能停车场系统开发工具：
KeiluVision4
•程序下载工具：
STC-ISP
•手机APP的开发工具：
E4A安卓源码编辑器
2.4
可行性分析
2.4.1 经济可行性分析
经济可行性是指可以使用的资源的可能性（这里所指的资源包括人力、自然资源以及资金条件），其具体标准有投入产出比（0/1）、效率（efficiency）、效力（effectiveness）、利润率（profitability）等。
从以上几个方面对本次设计进行分析，首先，在投入产出比与利润率方面，通过使用低成本高稳定性的STM32F103芯片作为主控、和一些简单的传感器模块，不仅可以确保其可覆盖更多形式的停车场、适应各种条件下的停车场，且整个系统的客户操作端使用到的只是一张磁卡和一个app,符合便利使用的社会需求，适合大范围的推广。
其次,智能停车场的运行起来节省人力，管理简易、节省时间、时长费用透明，极大提升一个停车场系统的工作效率。
2.4.2 技术可行性分析
（1）开发硬件的选择
首先在本次的智能停车场系统里选择了STN32F103开发板，其高度的稳定性，很强的可塑性，能够实现大量功能的实现，是一个十分可靠的核心板。
（2）开发软件的选择
这次系统在软件方面只需要做一个功能比肩简单的APP设计，选用了E4A安卓源码编辑器开发工具进行软件的开发。
（3）软硬件之间的通信方式
在本设计中选用WIFI模块实现软件与硬件的联通，APP载入手机后只需要链接上WIFI的信号后就可以直接与硬件实现信息交换。
2.4.3 外部环境可行性分析
从社会外部环境分析的话，主要包括市场与政策这两个方面。
首先从市场方面来分析，当前的市面上还不存在一个完善整和型的智能停车场系统，我们在日常生活中所接触到的大部分的智能停车场仅仅在停车场的停车位使用状态的检测进行了设计，并未能更好的在开拓到使用停车位的前期与使用期间的相应服务，因此智能停车场的市场前景是不可估量的。
其次从政策方面来分析，一套功能完善、运作流畅的智能停车场系统的应用，可以有利于交通变得更加便利。
从长远来说，一个功能完善的智能停车场管理系统如果能够上升到一座城、甚至一个国家的交通规划层面，即能为系统的运作引进更先进、更深层的技术，对于更大范围的管控，为城市的整体管理带来积极的影响，且在现阶段里，有关于智能停车场的专利申请尚为少数。
综上所述，本选题设计方案一一智能停车场系统是一款符合市场发展趋势、顺应科技技术发展方向、顺应政策与人民日常生活的实际需求的智能系统，从经济、技术及外部环境等方面考虑都是切实可行的。
3硬件环境搭建
3.1开发工具
3.1.1软件部分
开发工具：
（1）KeiluVision5编程软件。
（2）ST_LINK_V2WIN10（串口）烧写软件。
（3）WindowlO操作系统的计算机一台。
操作系统：
WindowlO,是一款由美国微软公司开发并应用于计算机和平板电脑作系统，功能强大，可运行多种开发软件。
KeiluVision4：
这是属于美国KeilSoftware公司旗下的C语言开发系统。
ST_LINK_V2：
由ST开发商的一套调试下载器，可以对ST公司8位STM8系列、32位STM32系列MCU进行调试下载。
E4A开发软件：
一款Android平台的JAVA开发工具软件，类似电脑上的安卓编程语言工具，能够方便直接读取、编写、编译Android源码源文件，以便在Android平台上进行相关的操作。
3.1.2硬件部分
设计元件：
（1）STM系列开发板（STM32F103VET6）
（2）RIFD频射识别模块
（3）HX711重量传感器
（4）LCD显示屏
（5）WIFI模块
（6）ULN2003步进电机驱动板+5V步进电机
STM32F103开发板：
STM32F系列属于中低端的32位ARM微控制器，芯片集
成定时器Timer,CAN,USB等多种外设功能，可完成本次设计种的功能需求
HX7U压力传感器：
根据受到压力程度做出相应的信息反馈。
RIFD频射识别模块：
用来读写射频卡RFID的一种中间件，其分为接触射频卡读写模块与非接触模块。
LCD显示屏：
也被称为液晶显示屏，在单片机项目、嵌入式项目中使用频率很高，是属于平面显示器的一种，在本设计中实现停车场外显示内部停车位使用情况。
WIFI模块：
也被称为串口Wi-Fi模块，该模块属于物联网传输层，它的功能是将串口/TTL电平转为符合Wi-Fi无线网络通信标准的一种嵌入式模块，内置无线网络协议IEEE802.Ub.g.n协议栈以及TCP/IP协议栈。
在我们日常生活中的传统的硬件设备，只要嵌入Wi-Fi模块就可以直接利用Wi-Fi联入互联网，目前是实现无线智能家居、智能物流等各种物联网应用的重要组成部分。
ULN2003步进电机驱动板+5V步进电机：
是一种减速步进电机，在本设计内主要用于实现模拟停车场出入口的升降杆。
3.2 STM32主控电路
图3-1STM32主控电路接线图
13
图3-1所示的是STM32嵌入式单片机的主控制电路。
本次智停车场管理系统设计所选用的是STM32F103C8T6芯片，这是一款基于ARMCortex-M3内核STM32系列的32位的微控制器。
不仅具备了体积小、成本低的优点，还集成了储存器、定时器、看门狗、AD转换串口、串口收发等功能，在拓展方面，更是最多能够高达H2个的快速I/O端口，可以使多种功能得到实现。
3.3RFID频射识别模块
PN532是一款RFID控制芯片，工作频率为13.56MHz,可模拟A类卡点到点的通信功能。
其内部的收发器具备输出缓冲的功能，最远读写功能可达10厘米。
图3-2RFID射频模块原理图
14
本设计选用的即为基于PN532的的RFID频射模块，模块与STM32开发板的PB11与PB10两个端口连接，如图3-2与图3-3所示。
在本设计用于模拟停车场通过刷卡出入记录停车时长等功能。
图3-3模块与STM32开发板连接方式
3.4 HX711重量传感器
本系统采用了桥式传感器来模拟停车位使用状况，共设置了三个HX711模块,这是一个为重量称量、压力检测而设计的24位A/D转换器芯片，集成成本低、体积小的优点于一身。
桥式传感器由四个压力传感器组成，当传感器无负载的情况下，其中的两个变阻器电阻值不变，电路中为初始电压值，表示车位为空闲状态；而当传感器为有负载的情况下，两个变阻器的阻值发生变化，改变电路中的电压值，传送出车位为被使用的状态，其基本工作原理如下图所示。
图3-4HX711压力模块原理图
15
16
图3-5传感器与STM32开发板连接方式
系统中这三个模块与STM32开发板的PA4、PA5和PB5~PB8六个端口连接，如图3-5示。
3.5WIFI模块
系统为了实现手机APP实时查看停车场信息，选用了ESP-12SWIFI模块实现连接功能，该模块的核心处理器为ESP8266,其是在较小尺寸封装中集成了业界领先的TensilicaL106,具备了超低功耗32位微型MCU,带有16位精简模式，主频支持80MHz和160MHzo
在本设计中，通过WIFI模块将STM32中央处理单元通过局域网连接，而客户端的APP上基于TCP/IP通信协议，通过其WIFI功能与WIFI模块建立通信，使WIFI模块作为服务器端和路由器。
WIFI模块与STM32的连接方式如图所示。
图3-6WIFI模块与STM32开发板连接方式
3.6硬件实现效果
图3-7硬件展现效果图
4控制代码实现
4.1操作流程分析
4.1.1系统操作总流程简析
本次设计的智能停车场系统是以STM3F103开发板为控制核心，通过编写代码、函数控制。
•首先接通电源，检查各个模块是否正常运行；
•手机打开自身WIFI功能，连接系统的专属WiFi,然后打开手机APP,点击左下角的“连接至服务器”，显示“连接成功”则表示APP端与硬件系统成功连通,可进行数据信息的发送与接收，也就意味着手机端的APP成功进入整个智能停车场管理系统的运转之中；
•压力传感器检测车位的使用状况，并将信息实时显示于LED屏与APP中；
•进入停车场，使用频射卡在感应区刷卡；
•手机APP根据刷卡时间，记录与显示入场时间，并开始显示停车位使用时长；
•步电机转动模拟停车场升降杆；
•根据手机APP或者LED显示屏显示的车位信息，寻找到空闲停车位；
•停放车辆后，压力传感器将车位被使用情况传送并显示在于LED屏与APP页面上
•使用结束后，刷卡
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