基于無線通信的智能泊車系統的設計與制作

海南軟件職業技術學院軟件工程系 曾維鵬

海南軟件職業技術學院電子工程系 蔡莉莎

基于無線通信的智能泊車系統的設計與制作

海南軟件職業技術學院軟件工程系 曾維鵬

海南軟件職業技術學院電子工程系 蔡莉莎

本文闡述了一套自動泊車系統的設計與制作過程,設計以STC12C5A60S2單片機為控制核心,結合尋跡傳感器、光電傳感器、超聲波、直流電機、震動傳感器、LED、蜂鳴器、光電開關、LCM12864液晶屏、USR-C215 Wi-Fi模塊及木工板等,構成一套完整的自動泊車系統.用戶可在控制系統中輸入停車位信息,顯示在液晶屏上并通過WiFi把車位信息發送給小車,小車接收到位置信息后自動駛入停車位停留然后自動駛出.控制系統可檢測小車進出停車場狀態,實時顯示在液晶屏上并進行計費.

自動泊車系統;STC12C5A60S2單片機;傳感器;USR-C215 Wi-Fi模塊

0 引言

在汽車行業里,自動泊車系統已開始普及,在高端車領域,自動泊車系統已非常成熟.但與之配套的智能停車場仍不多見,目前的自動泊車系統仍需駕駛員在車上完成整個泊車流程,顯得還不是完全智能.本文所研究的自動泊車系統模型是基于Wi-Fi通信的智能自動泊車系統,停車場管理系統可與汽車進行無線通信,實現汽車的智能停放以及管理.停車管理還具備指派車位、管理車位、計費及顯示等功能.目前在市場上,實用性強,擁有極強的推廣性.

1 自動泊車系統功能分析

1.1 功能總體概述

自動泊車系統由小車控制裝置和停車場控制裝置兩部分組成,停車場控制裝置負責進行車位選擇及計時計費系統顯示,小車控制裝置負責執行相應動作,兩個模塊通過無線通信模塊進行通信,系統功能框圖如圖1所示.

圖1 自動泊車系統功能框圖

1.2 汽車智能泊車系統的設計概述

汽車控制裝置由STC12C5A60S2單片機、直流減速電機和驅動模塊、超聲波傳感器、光電傳感器、降壓模塊等部分構成.由傳感器來控制小車電機的轉向從而來使小車準確的停入指定的停車位,在車頭和車尾安裝超聲波傳感器和光電傳感器用于檢測小車在停車場中所處的位置,設計的系統功能框圖如圖2所示.

1.3 汽車智能泊車系統的設計概述

停車場控制裝置由STC12C5A60S2單片機、矩陣鍵盤、12864液晶屏、LED燈等部分構成.由矩陣鍵盤的按鍵來選擇小車要停入的車位,并點亮車位上的LED燈.當小車駛入后計時器開始計時并計算費用顯示在液晶屏上.初步設計的系統功能框圖如圖3所示.

圖2 汽車控制裝置功能框圖

圖3 停車場控制裝置功能框圖

2 系統方案合計

2.1 汽車模型電機方案

方案一:選擇普通有刷電機,速度可調,精度不高,速度調節時因電機速度較快,使小車速度過快不好控制,且價格比較高.

方案二:選擇直流減速電機,速度可調,速度較慢,精度適中,穩定性好,價格較低.

綜上所述,考慮到本題對小車速度控制不需要太快,且性價比高,所以我們選擇方案二:直流減速電機.

2.2 小車位置檢測方案比較與選擇

方案一:選擇超聲波傳感器,超聲波測試距離精準度高,靈敏度高,檢測物的方向不斷的改變,可以檢測多段不同的距離.

方案二:選擇光電傳感器,該感器靈敏度較高,體積小可隨意擺放比較靈活,控制簡單,但是距離檢測單一.

方案三:使用超聲波進行遠距離定位,使用光電傳感器進行近距離精確位置調整,兩種傳感器共同使用可使小車在"停車場"內定位更準確,但是需要消耗控制核心的資源與引腳.

綜上所述,我們采用的單片機處理效率是普通51單片機的12倍,處理能力完全能夠滿足方案三的要求,為了提高小車的定位精度,我們選擇方案三來對小車的位置進行檢測.

2.3 供電方案比較與選擇

方案一:單電源供電,方便占用空間小,連接方便,但是電量消耗較快.

方案二:雙電源供電,可以解決單電源供電存在的缺點,可以任意調節電機電壓,但是占用小車的位置過多,安裝過于麻煩.

綜上所訴,供電方案采用方案一.

2.4 顯示屏比較與選擇

方案一:選擇LCM1602,1602只能顯示字母、數字和符號能顯示16*2個字符,但是不能顯示漢字[1].

方案二:選擇LCM12864,12864能顯示8*4個漢字,因型號不同,帶有漢字庫,能顯示圖像效果[2],功能比1602強大.

綜上所述,因為自動泊車系統需要計時和顯示收費,所以在停車場控制裝置上我們選用方案二,在小車自動運行裝置上,我們選用方案一.

經過上述論證,我們決定采用STC12C5A60S2單片機為主控核心,結合超聲波傳感器[3]、光電傳感器、直流減速電機、矩陣鍵盤、LED、蜂鳴器及LCM12864液晶屏構成一套完整的自動泊車系統,系統框圖如4所示.

圖4 自動泊車系統總功能框圖

3 自動泊車系統設計與檢測

3.1 結構系統設計與檢測

系統實物圖如圖5所示,將光電傳感器分別安裝到小車不同位置上,用來檢測小車在停車場中的位置,利用超聲波傳感器來檢測小車與停車場擋板的距離,震動傳感器分別裝在停車場的各塊擋板上,使停車場能夠記錄小車的碰撞次數.系統通過超聲波和光電傳感器檢測小車的位置,然后將數據送到單片機處理,單片機通過控制電機驅動模塊L298N控制電機轉動方向,從而使小車任意轉向、前進、后退,根據不同任務,使用小車駛入不同的停車位并駛出停車場.

圖5 自動泊車系統模型實物圖

3.2 小車控制設計與檢測

將1個超聲波傳感器與單片機P3口相連,將3個光電傳感器與單片機P2口相連,利用光電傳感器對小車在停車場的位置進行檢測[4],傳感器放置在小車的不同位置,將超聲波檢測到小車距離隔板的數據送入單片機處理,通過單片機控制小車進入不同的車位.

3.3 停車場控制裝置設計與檢測

將紅外、震動傳感器[5]與單片機P2口相連,12864與單片機P2口與P0口相連,LED燈與單片機P1口相連.利用紅外傳感器檢測小車是否駛入停車場,然后單片機開始計時并顯示在屏幕上,當小車駛出停車場時計時停止并計算費用.

4 電路與程序設計

4.1 汽車模型電路設計

超聲波傳感器、光電傳感器和單片機連接將檢測到的信號送到單片機,單片機再進行信號處理,將處理后的數據送至與單片機連接電機驅動模塊,從而控制電機正反轉[6],再通過連接振動傳感器檢測小車是否有碰撞產生.顯示電路是單片機與LCD1602顯示模塊組成,將小車在停車場中的碰撞次數記錄顯示.電路圖如圖6所示.

圖6 總控制電路

圖7 顯示電路

4.2 停車場管理系統電路設計

通過矩陣鍵盤對單片機輸入鍵值選擇車位并點亮對應車位的LED燈.使用WIFI模塊[7]與小車通信告訴小車要停入的車位.電路圖如圖7所示.顯示電路是單片機與LCM12864顯示模塊組成,將小車進入停車場所用的時間和收費記錄顯示.電路圖如圖7所示.

4.3 程序設計

根據任務要求,需要設置多個不同功能的按鍵,由于使用的按鍵較多,為了節省控制器的引腳資源,我們采用矩陣鍵盤進行輸入.在程序設計思路方面,停車場控制裝置負責發送停車位信息,并檢測小車是否入庫、出庫,進行計時計費操作.小車控制裝置負責接收停車位信息,并根據路徑規劃完成入庫、出庫動作,程序流程圖如圖8所示.

圖8 自動泊車控制系統程序流程圖

5 結論

5.1 系統測試方法及數據

測試前,將小車放在進出口中間擺正,啟動電源,便可進行測試,測試時,根據任務要求,按下相應的按鍵便能完成對應的任務,任務進行時,液晶屏實時顯示任務時間、碰撞次數和收費,6個LED顯示小車將要停入的車位.系統測試數據如下:

表1 任務測試數據(一)

表2 任務測試數據(二)

由以上實驗數據可知,智能泊車系統模型運行快速而穩定,此外,電動小車具有檢測并實時顯示在泊車過程中碰撞隔板次數的功能,電動小車周邊任何位置碰撞隔板都能檢測到.汽車模型采用超聲波與光電傳感器共同進行定位,使小車在"停車場"內的定位更加準確,且采用路徑規劃算法,使小車更加智能[8].

5.2 結果分析

本系統以單片機為控制核心,根據各種傳感器采集的信息,控制直流減速電機正反轉從而使小車任意轉向、前進、后退,從而達到小車駛入指定的停車位的目的.在系統設計中,力求硬件線路簡單,充分發揮軟件編程靈活的特點,來滿足系統設計的要求.因為時間有限,該系統還有許多值得修改的地方;比如對此系統來講,還有很多改進的算法可以采用;硬件電路的設計還需優化,采用室內三點定位的方式等.因此,系統還有待改進.

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Design and implementation of intelligent parking system based on wireless modular

Zeng Weipeng1,Cai Lisha2
(1.Hainan Software Profession Institute,Department of Software Engineering,Qionghai 571400,China;2.Hainan Software Profession Institute,Department of Electronic Engineering,Qionghai 571400,China)

This paper describes the design and fabrication process of a set of automatic parking system,designed to STC12C5A60S2 microcontroller as control core,combining tracing sensor,photoelectric sensor,ultrasonic,DC motor,vibration sensor,photoelectric switch,buzzer,LED,LCM12864,USR-C215 Wi-Fi LCD module and wood board,constitute a complete set of automatic parking system.Users can input parking space information in the control system,displayed on the LCD screen,and sent the parking information to the car through the Wi-Fi.After the car receives the position information,it automatically enters the parking space to stay and then automatically leaves.The control system can check the status of the car in and out of the parking lot and display it on the LCD screen in real time.

intelligent parking system;STC12C5A60S2 MCU;sensor;USR-C215 Wi-Fi modular

2016海南省自然科學基金項目(20166229);海南省高等學校科學研究基金項目(Hnky2017-76).

曾維鵬(1982-),海南海口人,碩士,副教授,研究方向:片上系統研究、嵌入式.

蔡莉莎【同為第一作者】(1984-),海南海口人,碩士,副教授,研究方向:故障診斷、路徑規劃.