基于圖像識(shí)別技術(shù)的車(chē)位管理系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

馮建 李嘉明 廖明華 宋春華

摘要：隨著汽車(chē)保有量的大幅度增長(zhǎng)，車(chē)位被占用矛盾日益突出。文章討論一款基于圖像識(shí)別技術(shù)的車(chē)位管理系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)，利用攝像頭對(duì)每一個(gè)停車(chē)位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，每個(gè)車(chē)位上安裝有車(chē)位鎖，車(chē)位鎖由遠(yuǎn)程服務(wù)器控制開(kāi)關(guān)。攝像頭檢測(cè)到有小車(chē)要駛進(jìn)車(chē)位時(shí)，識(shí)別出車(chē)牌號(hào)碼并把號(hào)碼發(fā)送遠(yuǎn)程服務(wù)器。服務(wù)器對(duì)車(chē)牌號(hào)進(jìn)行權(quán)限判斷，如果該車(chē)牌小車(chē)對(duì)車(chē)位有停車(chē)權(quán)限，則服務(wù)器遠(yuǎn)程控制車(chē)位上的車(chē)位鎖開(kāi)鎖，否則不開(kāi)鎖。實(shí)驗(yàn)表明，系統(tǒng)對(duì)停車(chē)請(qǐng)求響應(yīng)時(shí)間小于4.5s，車(chē)牌識(shí)別率大于95%。

關(guān)鍵詞：圖像識(shí)別;實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè);服務(wù)器控制;權(quán)限判斷

伴隨著汽車(chē)的大幅增長(zhǎng)，汽車(chē)車(chē)位需求增大，由于車(chē)位短缺而引發(fā)的問(wèn)題也日漸顯露出來(lái)，車(chē)主因?yàn)檐?chē)位被占用而引發(fā)的沖突時(shí)有發(fā)生。文獻(xiàn)[1]研究表明，為了尋找路邊停車(chē)泊位，司機(jī)在路上的平均巡游時(shí)間約為8min，并且在擁擠的道路上大部分車(chē)輛都處于巡游狀態(tài)，證明停車(chē)難是造成道路擁堵的原因之一。

文獻(xiàn)[2-3]指出智慧停車(chē)可以實(shí)現(xiàn)停車(chē)位資源最大化利用，本文討論在車(chē)位安裝智能車(chē)位鎖，車(chē)位鎖根據(jù)車(chē)牌號(hào)碼控制鎖開(kāi)關(guān)，非法車(chē)輛無(wú)法駛?cè)胲?chē)位，從源頭上杜絕車(chē)位被占用問(wèn)題，將因?yàn)檐?chē)位被占用而引發(fā)的矛盾扼殺于萌芽之中。通過(guò)出行前預(yù)約停車(chē)，引導(dǎo)大家有計(jì)劃開(kāi)車(chē)出門(mén)，減少車(chē)位尋找時(shí)間，降低交通擁堵。文獻(xiàn)[4]介紹了一款采用藍(lán)牙通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)的一款智能喚醒車(chē)位鎖，感應(yīng)控制節(jié)省 12.5μA 的功率消耗，同時(shí)能夠縮短0.27S的延遲時(shí)間。文獻(xiàn)[5]通過(guò)藍(lán)牙模塊進(jìn)行信息及定位，將定位結(jié)果與地磁信號(hào)融合提高車(chē)輛檢測(cè)準(zhǔn)確定，同時(shí)實(shí)現(xiàn)手機(jī)App推送開(kāi)鎖校驗(yàn)碼。文獻(xiàn)[6]采用STM32和OV2640設(shè)計(jì)一款車(chē)位鎖，該車(chē)位鎖在車(chē)輛駛?cè)胪＼?chē)位時(shí)能識(shí)別車(chē)牌號(hào)自動(dòng)控制電機(jī)解鎖，車(chē)輛駛離時(shí)自動(dòng)上鎖，對(duì)非用戶(hù)進(jìn)入停車(chē)位發(fā)出警報(bào)信號(hào)，并將圖像信息存儲(chǔ)在SD卡中。文獻(xiàn)[7]設(shè)計(jì)了一款能夠?qū)崿F(xiàn)防碰撞報(bào)警、夜間警示、無(wú)線藍(lán)牙控制且低功耗環(huán)保的智能車(chē)位鎖。目前針對(duì)車(chē)位管理的研究主要對(duì)車(chē)位的車(chē)位鎖進(jìn)行研究及設(shè)計(jì)，或者是對(duì)車(chē)位管理系統(tǒng)軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)及研究，對(duì)在車(chē)位上進(jìn)行車(chē)牌號(hào)碼識(shí)別，根據(jù)車(chē)牌號(hào)碼進(jìn)行開(kāi)關(guān)車(chē)位鎖管理系統(tǒng)的研究及討論非常少。

1總體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)包括三大部分：遠(yuǎn)程服務(wù)器、工控機(jī)、車(chē)位鎖。工控機(jī)上安裝有1個(gè)或者多個(gè)攝像頭，不斷輪循調(diào)用攝像頭拍照，對(duì)所拍相片調(diào)用車(chē)牌識(shí)別算法，如果識(shí)別到相片里有車(chē)牌號(hào)碼，則把車(chē)牌號(hào)發(fā)送到服務(wù)器，服務(wù)器對(duì)車(chē)牌號(hào)權(quán)限進(jìn)行查詢(xún)，如果有停車(chē)權(quán)限，服務(wù)器向工控機(jī)發(fā)送開(kāi)鎖指令，車(chē)位鎖開(kāi)啟，隨后車(chē)輛泊入，否則不予開(kāi)鎖;當(dāng)車(chē)輛駛離車(chē)位后，工控機(jī)控制車(chē)位鎖鎖上，并把汽車(chē)駛離信息并上傳至服務(wù)器。系統(tǒng)拓?fù)淙鐖D1所示。

2 車(chē)位鎖控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1鎖臂升降控制系統(tǒng)

車(chē)位鎖的主要部分包括MCU主控、直流減速電機(jī)、鎖臂、鎖狀態(tài)檢測(cè)電路。

鎖臂升降控制系統(tǒng)如圖2所示，MCU接收到鎖的控制命令之后，從鎖狀態(tài)檢測(cè)電路中讀取鎖當(dāng)前狀態(tài)，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控制直流減速電機(jī)進(jìn)行開(kāi)鎖或者鎖操作。如果是開(kāi)鎖命令，控制鎖臂與地面成水平角度，如果是鎖命令，控制鎖臂與地面成900。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片采用RZ7888，其中RZ7888引腳1、2通過(guò)電阻R63、R62與MCU通用IO連接，如圖3所示。RZ7888輸入與輸出邏輯關(guān)系如表1所示。MCU根據(jù)表1可控制直流減速電機(jī)自由正反轉(zhuǎn)。

2.2鎖狀態(tài)檢測(cè)電路

車(chē)位鎖結(jié)構(gòu)如圖4a所示，車(chē)位鎖開(kāi)、關(guān)由鎖臂狀態(tài)決定，鎖臂升起來(lái)，車(chē)位鎖鎖住，否則開(kāi)鎖。轉(zhuǎn)軸與鎖臂連接，直流電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。鎖臂狀態(tài)由轉(zhuǎn)盤(pán)遮擋兩個(gè)紅外對(duì)管狀態(tài)感知。其中圖4a為開(kāi)鎖狀態(tài)，圖4b為上升或下降（運(yùn)動(dòng)）狀態(tài)，圖4c 為上鎖狀態(tài)。

圖4所示為鎖狀態(tài)檢測(cè)的轉(zhuǎn)盤(pán)設(shè)計(jì)， 轉(zhuǎn)軸穿過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)圓心與鎖臂連接，控制車(chē)位開(kāi)關(guān)鎖狀態(tài)。采用兩個(gè)紅外對(duì)管對(duì)轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)位置進(jìn)行檢測(cè)。在圖4a位置，轉(zhuǎn)盤(pán)把兩個(gè)紅外接收管進(jìn)行遮擋，此時(shí)鎖狀態(tài)處于開(kāi)鎖狀態(tài)。圖4b位置，轉(zhuǎn)盤(pán)把紅外接收管2遮擋住，紅外接收管1透光，此時(shí)鎖處于上升或者下降（運(yùn)動(dòng)）狀態(tài)。在4c位置，轉(zhuǎn)盤(pán)把紅外接收管1遮住，紅外接收管2透光，此時(shí)鎖處于緊鎖狀態(tài)。紅外接收管信號(hào)接入比較電路，把紅外接收管接收紅外光狀態(tài)轉(zhuǎn)為高低電平信號(hào)。其電路原理如圖5所示。

其中T1、T2為紅外對(duì)管，兩個(gè)接收管分別接R4、R5分壓電阻。當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)控制鎖開(kāi)關(guān)時(shí)，紅外接收管接收到的紅外光產(chǎn)生變化，接收管的分壓將產(chǎn)生變化。把兩個(gè)接收管的兩個(gè)分壓信號(hào)連接到比較器LM339的引腳5和引腳7。當(dāng)紅外接收管接收到紅外光時(shí)，對(duì)應(yīng)LM339輸出通道輸出低電平，否則輸出高電平。經(jīng)過(guò)比較電路后，T1對(duì)應(yīng)輸出信號(hào)為O1，T2對(duì)應(yīng)輸出信號(hào)為O2，O1、O2信號(hào)對(duì)應(yīng)鎖狀態(tài)如表2所示。

3程序設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)包括工控機(jī)端車(chē)牌識(shí)別算法、與服務(wù)器數(shù)據(jù)交互。服務(wù)器端軟件設(shè)計(jì)功能包括數(shù)據(jù)庫(kù)表設(shè)計(jì)、用戶(hù)注冊(cè)、停車(chē)預(yù)約、停車(chē)?yán)U費(fèi)等功能。

3.1工控機(jī)程序設(shè)計(jì)

工控機(jī)啟動(dòng)之后，加載第三方車(chē)車(chē)牌識(shí)別模型進(jìn)行車(chē)牌識(shí)別，定時(shí)啟用拍照功能。如果小汽要駛?cè)肽耻?chē)位，執(zhí)行倒車(chē)入庫(kù)動(dòng)作，工控機(jī)將能從拍攝的相片中識(shí)別到車(chē)牌號(hào)碼，把車(chē)牌號(hào)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上傳服務(wù)器，等待服務(wù)器返回該車(chē)牌停車(chē)權(quán)限信息。服務(wù)器對(duì)車(chē)牌號(hào)進(jìn)行查詢(xún)后，把停車(chē)權(quán)限查詢(xún)結(jié)果返回工控機(jī)，工控機(jī)對(duì)服務(wù)器反饋信息進(jìn)行處理，對(duì)車(chē)位鎖進(jìn)行控制。程序處理流程如圖6所示。

3.2 服務(wù)器程序設(shè)計(jì)

服務(wù)器主要記錄車(chē)位鎖管理數(shù)據(jù)，用戶(hù)注冊(cè)數(shù)據(jù)，接收工控機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的車(chē)牌號(hào)、地鎖編號(hào)，根據(jù)車(chē)牌號(hào)、地鎖編號(hào)對(duì)汽車(chē)停車(chē)權(quán)限進(jìn)行查詢(xún)反饋。提供訪問(wèn)、配置接口給客戶(hù)端，客戶(hù)端可以通過(guò)小程序、App、網(wǎng)頁(yè)進(jìn)行注冊(cè)操作。當(dāng)有汽車(chē)駛近車(chē)位鎖，工控機(jī)識(shí)別到車(chē)牌號(hào)之后，把車(chē)牌號(hào)與當(dāng)前車(chē)位鎖編號(hào)發(fā)送服務(wù)器，服務(wù)器工作過(guò)程如下：