基于STM32的智能車位檢測系統設計

吳飛燕

摘 要：為了解決大型商場在高峰時期車位緊張、車主進入車庫后盲目尋找車位引起交通堵塞以及無法實時統計當天該車位的停車次數等問題，設計了一款基于STM32的智能車位檢測系統。該系統以STM32L431RC微控器作為主控芯片，分別采用超聲波測距模塊作為車位狀態檢測模塊、光電傳感器模塊進行停車車輛的檢測和計數操作、火焰探測傳感器模塊作為檢測車位著火模塊、智能路燈模塊作為車位的照明模塊、有機發光二極管模塊作為車位停車次數的顯示模塊，NB-IoT通信模塊將數據傳輸至車主手機上。該系統實現了車位狀態檢測、車位停車次數統計和車位著火監控等功能。結果表明，該系統具有實時性、穩定性強等特點，易于實現。

關鍵詞：車位檢測;STM32;超聲波測距;BC35G

中圖分類號：U491.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）23-0023-04

Abstract： In order to solve the problems of shortage of parking spaces in large shopping malls during peak hours， car owners blindly look for parking spaces after entering the garage， causing traffic congestion， vehicle safety hazards caused by parking space fire， and unable to count the parking times of the parking space on the same day in real time.This paper designs an intelligent parking space detection system based on STM32.The system takes STM32L431RC microcontroller as the main control chip， and uses ultrasonic ranging module as the detection module of parking space state，the photoelectric sensor module is used as the detection and counting operation of parking vehicles， flame detection sensor module as the detection module of parking space fire.the intelligent street lamp module is used as the lighting module of the parking space， the OLED module is used as the display module of the parking times of the parking space， and the NB-IoT communication module transmits the data to the owner's mobile phone.The system realizes the functions of parking space state detection， parking number statistics and parking space fire monitoring. The results show that the system has real-time， strong stability and easy to implement.

Keywords： parking space detection;STM32;ultrasonic ranging;BC35G

近些年，隨著人們生活水平的大幅提升，私家車數量迅猛增長。在一些大型購物中心，大多數停車場采用人工方式進行車位管理。由于人力資源有限，工作人員無法及時了解停車場內的車位情況，而引起車主不清楚停車場內的車位狀態，開車繞庫幾圈都找不到車位的尷尬局面[1]。為了方便車主及時了解停車場車位使用情況，設計了一款基于STM32的智能車位檢測系統。該系統以STM32L431RC微控制器作為主控芯片，配備了超聲波測距傳感器、NB-IoT通信、火焰探測傳感器、車流計數傳感器、有機發光二極管（Organic Light-Emitting Diode，OLED）顯示屏等一系列模塊，能夠提高停車場管理人員的工作效率和服務質量，方便車主實時監控車位狀態，減少車主停車時間。

1 系統總體設計方案

本系統主要由STM32主控芯片模塊[2]、超聲波測距傳感器模塊[3]、火焰探測傳感器模塊[4]、光電傳感器模塊[5]、智慧路燈模塊[6]、NB-IoT通信模塊[7]、電源模塊以及OLED模塊構成。車流計數傳感器主要用于實時采集車位停車次數，實現智能車位管控;OLED模塊主要用于顯示車位停車次數信息;火焰探測傳感器模塊主要用于檢測車位是否著火;智慧路燈模塊主要用于檢測車位是否空閑，無車時燈亮，有車時燈滅，方便車主停車;NB-IoT通信模塊主要用于將車位狀態信息上傳至車主手機，以實現實時監控;電源模塊主要對系統電源進行供電控制，保證系統穩定運行。系統總體設計結構如圖1所示。

2 硬件設計

2.1 微控制器模塊

該系統使用STM32L431RC作為主控制芯片，如圖2所示。為了確保微控制器（Microcontroller Unit，MCU）模塊的正常運行，STM32模塊在設計上由STM32微控制器、晶振電路和復位電路等幾個部分構成。主要通過MCU的RX/TX引腳和外設傳感器傳輸串行數據，在MCU內部通過移位寄存器和緩沖器將數據送至MCU內核進行處理。

根據MCU連接每個模塊的功能要求，對芯片I/O引腳進行分配，表1列出了一些該系統實現功能的引腳。

2.2 超聲波測距傳感器模塊

系統選用HC-SR04型號的超聲波測距傳感器，該傳感器可提供2～400 cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達到3 mm，性能穩定，模塊精度高，盲區小。模塊包括超聲波發射器、接收器和控制電路。HC-SR04的工作原理是采用I/O口TRIG觸發測距，一個控制口發送一個10 μs的高電平脈沖觸發信號。該模塊內部自動將發送8個40 kHz的方波，并自動檢測是否有信號返回，一旦檢測到有回波信號，則通過I/O口ECHO輸出一個高電平，高電平持續的時間就是超聲波從發射到返回的時間。其測試距離=（高電平時間×聲速）/2，聲速為340 m/s。當停車位中超聲波測距傳感器測得車到傳感器的距離小于30 cm時，該車位有車，路燈滅;當測得得距離大于30 cm時，該車位無車，路燈亮。HC-SR04超聲波測距模塊電路如圖3所示。

2.3 光電傳感器模塊

系統選用型號為E18-D80NK-N光電傳感器用于車位停車次數計數。E18-D80NK-N是一種集發射與接收于一體的光電傳感器。發射光經過調制后發出，接收頭對反射光進行解調輸出。該傳感器具有探測距離遠、受可見光干擾小、價格便宜、易于裝配、使用方便等特點。

該模塊的原理為MCU通過GPIO口監控光電開關DI2引腳狀態。光電開關傳感器檢測到車流經過，會引起DI2的電平變化，進而使PB14電平變化，MCU讀取PB14口電平變化即可判斷車流經過，進而執行計數操作。光電傳感器模塊電路如圖4所示。

2.4 無線通信模塊

系統選用QUECTEL系列的BC35G作為NB-IoT無線通信模塊。在設計方面，BC35G模塊與GSM/GPRS系列M95模塊兼容[8]。其供電電壓是3.1～4.2 V，典型值為3.6 V。該模塊有激活模式（Active）、空閑模式（Idle）、省電模式（PSM）三種工作模式，在PSM省電模式下，終端空閑時關閉收發信機，功耗小于1%。BC35G模塊包括1個標準SIM卡插槽、1根天線、2個UART串口、1個ADC接口和復位（RESET）等模塊，支持的AT指令包括通用的AT指令和華為LiteOS命令，支持的頻段信息有700/800/850/900/1 800/2 100 MHz。當BC35G芯片的NETLIGHT控制引腳為高電平時，表明網絡正常運行;當引腳為低電平時，表明網絡不能正常運行。BC35G模塊通過TXD/RXD引腳發送和接收數據，并通過存儲在標準SIM卡插槽中的移動卡將接收到的數據發送至物聯網OceanConnect平臺，并在手機APP中顯示相應數據。

3 軟件設計

3.1 車位狀態程序設計

系統功能主要分為6個部分，即超聲波測距模塊子程序、光電傳感器子程序、火焰傳感器子程序、智慧路燈子程序、NB-IoT通信子程序和OLED顯示器模塊子程序。系統初始化后，STM32微控制器向超聲波測距模塊發出檢測指令，車位通過超聲波測距模塊智能檢測，判斷是否有車輛進入車位。當微控制器接收到檢測信號后作出相應控制，微控制器向NB-IoT通信模塊發出AT控制指令，并將車位狀態信息實時上傳到車主的手機APP中，方便車主隨時查看車位狀態，減少停車所消耗的時間。車位狀態程序設計流程如圖5所示。

3.2 NB-IoT程序設計

微處理器采用AT指令的方式控制NB-IoT模塊與網絡進行交互。AT命令中有4種命令，如表2所示。

AT指令是以A和T這兩個字符為開始，后面帶通信設備之間的協議，并以字符作為結束。該設計中NB-IoT通信模塊主要用來發送車位狀態信息。發送信息設計流程如圖6所示。

4 設計效果

系統運行穩定，NB-IoT通信良好，超聲波測距傳感器檢測車位狀態精準，OLED顯示屏顯示車位停車次數準確，供電穩定。顯示屏顯示車位停車次數效果如圖7所示。NB-IoT通信模塊將車位狀態信息發送到車主手機上，當車位為有車狀態以及車位沒有著火時的效果如圖8所示。

5 結語

以STM32L431RC微處理器為主控芯片，設計了一款智能車位檢測系統。該設計可以幫助工作人員實時檢測車位狀態，如有火情危險立即報警，并合理管理車位，讓車主精準定位空閑車位，保證停車快捷，降低停車耗費的時間。此系統設計簡單，運營成本低，易于實現和推廣。

參考文獻：

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