基于單片機的車位管理系統設計

徐 博，王 冠

（平頂山學院信息工程學院，河南 平頂山 467000）

0 引言

隨著科技的發展,人民生活質量日益提升,國內私家車的數量每年都在急劇增加。 如何在偌大的停車場中迅速找到空閑車位已經成為諸多車主出門開車需要面臨的首要難題。 目前國內大多數停車場依舊采用一車一桿的方式來收取停車費,這種方式太過繁瑣和僵硬,有時車主會因此浪費大量寶貴的時間［1］。

因此本文內容的展開正是抓住了人們對手機依賴程度高的生活習慣,設計了一個能夠自主預約車位,合理利用地燈引導車位,并具備終端顯示車位信息的可靠的、效率較高的智能車位管理系統,以此來滿足車主在眾多車位中快速尋找合適車位的需求,從而推動整個停車場市場發展,提高人們出行舒適度,讓人們真切感受更加智能的服務。

1 車位管理系統總體設計和框架

本文以STM32F103C8T6 單片機為核心,采用紅外感應模塊。 這種系統是通過感知周圍光線變化從而實現對車位的實時檢測,同時將所獲車位信息悉數反饋至單片機上進行判斷和處理,最終把準確的總車位數量和空余車位數量顯示到OLED 液晶顯示屏上。 車主可通過觀看顯示屏的內容自主進行選擇停車或離開另尋停車場。

車主如將車開至停車位后,時鐘模塊開始工作進行計時收費,待車主開出車位后,數據將傳輸至單片機進行計算,最終將停車費用顯示至 OLED 液晶顯示屏上。

本設計還可以實現車主通過WiFi 連接使用App進行車位預約。 通過App 可以提前了解車位情況,及早預定車位,車位預定成功后LED 地燈亮起進行車位引導指示,讓車主更加快速地找到自己的車位,LED 地燈在陰暗環境也可以起到照明的作用,車位管理系統的總體框架如圖1 所示。

圖1 硬件總體框架

2 硬件系統設計

2.1 主控模塊

主控模塊是整個車位管理系統的核心部分,需要比較高的可靠性和穩定性,能夠快速對數據進行運算,同時能夠完成多項任務和工作。

本設計選擇使用STM32F103C8T6 單片機,該型號的微處理器結合了高性能的ARM 32 位的RISC 內核、高速嵌入式存儲器核心操作系統,以及各種增強型I/O和外圍設備［2］。

2.2 車位檢測模塊

車位檢測模塊的作用就是對車位狀態進行實時的檢測,需要做到有車停入車位內就立刻感應并同時將信息傳送給單片機,最終在OLED 液晶屏上顯示出車位數量和各個車位是否有車。

本設計則運用4 個紅外感應器來模擬4 個停車位。 該傳感器通過對周圍環境光線的變化程度來檢測是否有車輛的存在。 傳感器從發射管向四周發射固定頻率的紅外線,當發出的紅外線遇到車輛的時候,紅外線反射回來,并被接收管接收,再通過紅外感應器內部lm393 進行電壓比較,最終給出相應的燈光指示。 當綠色指示燈亮起表示已感測到車輛存在,同時信號輸出接口輸出數字信號,單片機再將信號傳送到顯示屏轉換成文字反饋出來［3］。

2.3 時鐘模塊

本設計采用DS1307 芯片作為時鐘模塊的核心。DS1307 在I2C 總線上是從器件獨立于主晶振工作,也不受其電容的影響,具有低功耗、計時準確、誤差小等特點［4］。 SDA,SCL 分別接單片機 PB8,PB9 用于傳輸數據。 BAT 作為備用電源,具有自動掉電保護的功能,它能夠防止在沒有主電源的時候丟失、遺漏時間信息和重要數據。

2.4 WiFi 模塊

本系統的WiFi 模塊主要是起到路由器的作用。通過用戶手機app 連接板子WiFi 局域網,從而與單片機接收到的數據進行實時通信。 選擇使用 ATKESP8266 作為WiFi 模塊的核心,它是一款高性能的串口無線模塊,功耗較低、模式精簡,擁有強大的片上處理和儲存能力［5］。

本系統主要是利用了ESP8266 模塊的4 個串口:VCC,RX,TX 和GND,將串口轉化為無線WiFi 信號,隨時能夠接收到車位管理系統的信息。

3 軟件系統設計

3.1 WiFi 模塊程序設計

使用WiFi 通信時,首先要進行初始化,與PC 端進行通信,在串口上進行AT 指令的發送；然后再作為AP與其客戶端通信,定義3 個數組,分別對應WiFi 的模式,WiFi 名稱、采用TCP 協議進行通信的WiFi 端口號和IP 地址信息,進行WiFi 模塊的設置,關閉回顯模式,該數組為 OFFATE［］＝“ATE0＼r＼n”,以防止系統恢復后會自動開啟回顯模式,給串口發送返回消息；然后輸入WiFi 的工作模式,使用station 模式作為AP 使用,延時20 ms,進行WiFi 連接的3 次嘗試,從而確認端口號和IP地址連接保持一致,然后給該端口號發送數據長度為7的信息AT+CIPSEND ＝0,7,進行數據發送,便于App 可以接收到數據顯示在界面上。 設計流程如圖2 所示。

圖2 WiFi 模塊程序設計流程

3.2 車位預約App 程序設計

主界面設計的有button 按鈕,車位預約按鈕以及車位的狀態顯示,并配置相應的 xml 文件。 設置按main.xml 布局顯示的內容。 調用父類的onCreate 構造函數,保存當前Activity 的狀態信息。 同時獲取各個數據信息,校驗WiFi 的IP 地址和端口是否連接正確,以確保能進行正常的網絡通信。

主界面設計主要使用 Linear Layout 線性布局和Frame Layout 幀布局以及button 按鈕的屬性設置,三者共同構成了主界面的布局。 接著使用on Create 函數確定頁面布局,調用 set Content View 方法設置當前Activity 的內容布局視圖,并通過find View By Id 方法獲得Button 實例,賦予該按鈕實例化信息。

其次判斷是否和WiFi 模塊進行連接,如果連接上的話,獲取和WiFi 模塊之間的通信數據流,如果socket沒有成功連接WiFi 就會顯示連接失敗。 車位預約App程序設計流程如圖3 所示。

圖3 手機預約App 程序設計流程

4 結語

本文設計的車位管理系統通過紅外感應器對車位的實時檢測,使停車場車位信息更加透明化,WiFi 模塊的添加實現了單片機和手機的無線連接,從而達到車主遠程獲取車位信息和預約功能的目的,LED 指示燈為整體設計增添了人文氣息,同時也幫助車主快速找到自己的車位。

經多次調試,本管理系統運行流暢,操作簡單,極大提高了停車場管理的智能化和自動化水平。 本設計暫時還存在一些不足,后續可以添加車位安全鎖,車牌識別器和手機支付等功能,通過多種信息技術的應用完善本設計。