基于圖像識別技術的車位管理系統研究與設計

馮建 李嘉明 廖明華 宋春華

摘要：隨著汽車保有量的大幅度增長，車位被占用矛盾日益突出。文章討論一款基于圖像識別技術的車位管理系統研究與設計，利用攝像頭對每一個停車位實時監測，每個車位上安裝有車位鎖，車位鎖由遠程服務器控制開關。攝像頭檢測到有小車要駛進車位時，識別出車牌號碼并把號碼發送遠程服務器。服務器對車牌號進行權限判斷，如果該車牌小車對車位有停車權限，則服務器遠程控制車位上的車位鎖開鎖，否則不開鎖。實驗表明，系統對停車請求響應時間小于4.5s，車牌識別率大于95%。

關鍵詞：圖像識別;實時監測;服務器控制;權限判斷

伴隨著汽車的大幅增長，汽車車位需求增大，由于車位短缺而引發的問題也日漸顯露出來，車主因為車位被占用而引發的沖突時有發生。文獻[1]研究表明，為了尋找路邊停車泊位，司機在路上的平均巡游時間約為8min，并且在擁擠的道路上大部分車輛都處于巡游狀態，證明停車難是造成道路擁堵的原因之一。

文獻[2-3]指出智慧停車可以實現停車位資源最大化利用，本文討論在車位安裝智能車位鎖，車位鎖根據車牌號碼控制鎖開關，非法車輛無法駛入車位，從源頭上杜絕車位被占用問題，將因為車位被占用而引發的矛盾扼殺于萌芽之中。通過出行前預約停車，引導大家有計劃開車出門，減少車位尋找時間，降低交通擁堵。文獻[4]介紹了一款采用藍牙通信技術實現的一款智能喚醒車位鎖，感應控制節省 12.5μA 的功率消耗，同時能夠縮短0.27S的延遲時間。文獻[5]通過藍牙模塊進行信息及定位，將定位結果與地磁信號融合提高車輛檢測準確定，同時實現手機App推送開鎖校驗碼。文獻[6]采用STM32和OV2640設計一款車位鎖，該車位鎖在車輛駛入停車位時能識別車牌號自動控制電機解鎖，車輛駛離時自動上鎖，對非用戶進入停車位發出警報信號，并將圖像信息存儲在SD卡中。文獻[7]設計了一款能夠實現防碰撞報警、夜間警示、無線藍牙控制且低功耗環保的智能車位鎖。目前針對車位管理的研究主要對車位的車位鎖進行研究及設計，或者是對車位管理系統軟件進行開發及研究，對在車位上進行車牌號碼識別，根據車牌號碼進行開關車位鎖管理系統的研究及討論非常少。

1總體設計

本設計包括三大部分：遠程服務器、工控機、車位鎖。工控機上安裝有1個或者多個攝像頭，不斷輪循調用攝像頭拍照，對所拍相片調用車牌識別算法，如果識別到相片里有車牌號碼，則把車牌號發送到服務器，服務器對車牌號權限進行查詢，如果有停車權限，服務器向工控機發送開鎖指令，車位鎖開啟，隨后車輛泊入，否則不予開鎖;當車輛駛離車位后，工控機控制車位鎖鎖上，并把汽車駛離信息并上傳至服務器。系統拓撲如圖1所示。

2 車位鎖控制系統設計

2.1鎖臂升降控制系統

車位鎖的主要部分包括MCU主控、直流減速電機、鎖臂、鎖狀態檢測電路。

鎖臂升降控制系統如圖2所示，MCU接收到鎖的控制命令之后，從鎖狀態檢測電路中讀取鎖當前狀態，通過電機驅動模塊控制直流減速電機進行開鎖或者鎖操作。如果是開鎖命令，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。

電機驅動芯片采用RZ7888，其中RZ7888引腳1、2通過電阻R63、R62與MCU通用IO連接，如圖3所示。RZ7888輸入與輸出邏輯關系如表1所示。MCU根據表1可控制直流減速電機自由正反轉。

2.2鎖狀態檢測電路

車位鎖結構如圖4a所示，車位鎖開、關由鎖臂狀態決定，鎖臂升起來，車位鎖鎖住，否則開鎖。轉軸與鎖臂連接，直流電機帶動轉軸轉動。鎖臂狀態由轉盤遮擋兩個紅外對管狀態感知。其中圖4a為開鎖狀態，圖4b為上升或下降（運動）狀態，圖4c 為上鎖狀態。

圖4所示為鎖狀態檢測的轉盤設計， 轉軸穿過轉盤圓心與鎖臂連接，控制車位開關鎖狀態。采用兩個紅外對管對轉盤轉動位置進行檢測。在圖4a位置，轉盤把兩個紅外接收管進行遮擋，此時鎖狀態處于開鎖狀態。圖4b位置，轉盤把紅外接收管2遮擋住，紅外接收管1透光，此時鎖處于上升或者下降（運動）狀態。在4c位置，轉盤把紅外接收管1遮住，紅外接收管2透光，此時鎖處于緊鎖狀態。紅外接收管信號接入比較電路，把紅外接收管接收紅外光狀態轉為高低電平信號。其電路原理如圖5所示。

其中T1、T2為紅外對管，兩個接收管分別接R4、R5分壓電阻。當電機帶動轉軸轉動控制鎖開關時，紅外接收管接收到的紅外光產生變化，接收管的分壓將產生變化。把兩個接收管的兩個分壓信號連接到比較器LM339的引腳5和引腳7。當紅外接收管接收到紅外光時，對應LM339輸出通道輸出低電平，否則輸出高電平。經過比較電路后，T1對應輸出信號為O1，T2對應輸出信號為O2，O1、O2信號對應鎖狀態如表2所示。

3程序設計

軟件設計包括工控機端車牌識別算法、與服務器數據交互。服務器端軟件設計功能包括數據庫表設計、用戶注冊、停車預約、停車繳費等功能。

3.1工控機程序設計

工控機啟動之后，加載第三方車車牌識別模型進行車牌識別，定時啟用拍照功能。如果小汽要駛入某車位，執行倒車入庫動作，工控機將能從拍攝的相片中識別到車牌號碼，把車牌號通過網絡上傳服務器，等待服務器返回該車牌停車權限信息。服務器對車牌號進行查詢后，把停車權限查詢結果返回工控機，工控機對服務器反饋信息進行處理，對車位鎖進行控制。程序處理流程如圖6所示。

3.2 服務器程序設計

服務器主要記錄車位鎖管理數據，用戶注冊數據，接收工控機發送過來的車牌號、地鎖編號，根據車牌號、地鎖編號對汽車停車權限進行查詢反饋。提供訪問、配置接口給客戶端，客戶端可以通過小程序、App、網頁進行注冊操作。當有汽車駛近車位鎖，工控機識別到車牌號之后，把車牌號與當前車位鎖編號發送服務器，服務器工作過程如下：