基于機器視覺與大數據的智能停車控制系統設計

王浪濤，張晶，齊嘉科，韓團軍

（陜西理工大學 物理與電信工程學院，陜西漢中，723000)

隨著科技的快速發展和人均生活水平的不斷提高，我國私家車的數量正在逐年遞增，目前的停車場管理系統相對落后，停車難的問題也在日益加劇。大多數城市此類問題矛盾突出，大型停車場也不能滿足市民泊車需求，而緩解公共場所停車難，不能單純依靠新增停車位，而應找準現有資源特點“量身定做”盤活停車資源[1-5]。針對以上問題，本文提出了一種基于機器視覺與大數據的智能化自動停車場控制系統，不僅能解決大型停車場停車難和找車難的問題，而且實現了自動泊車功能的控制；還能實現自動計費功能，在很大程度上減少了車主停取車輛的困難，方便停車場統一智能化、信息化管理。

1 系統的硬件設計

整個設計系統由主控模塊，指紋驗證模塊，車牌識別模塊，計費管理模塊，自動泊車等部分組成。以STM32F103ZET6芯片作為主控制芯片，車輛到達停車場門口準備停車時，主控系統首先會檢查停車場是否有空余車位，有車位的情況下先利用AS608光學指紋采集模塊錄入車主指紋信息，同時，在指紋采集完利用OV7670攝像頭自動識別車輛車牌信息。車牌和指紋識別完成，將車輛的特征信息、車主指紋信息傳入主控系統后，車主再將車開到指定平臺上，放到平臺后，車主離開，升降平臺會將車升到相對應的層數放入相應的車位，并開啟計費，然后平臺返回到初始位置。車庫中裝有溫度傳感器，當溫度達到一定時，車庫中的報警裝置會自動報警，并提醒工作人員，這時工作人員開啟降溫裝置，進行降溫，當車主需要取回停放在停車場的車子時，在指紋識別模塊輸入指紋，主控系統會自動匹配系統中存車的指紋庫，若匹配成功，系統自動給車庫發出取車主車輛的指令。當車子由拖車拖走時，STM32芯片定時器中斷會自動停止計時，計費系統根據車輛所停車位的時間，計算出停車時長并完成費用計算和收取，直到車主將車輛取回結束。系統總體設計框圖如圖1所示。

圖1 系統的整體框圖

1.1 電源模塊電路設計

整體控制系統對電壓有具體要求，分別為3.3V和5V。在參考了韓團軍老師在電子器件上的文章離子測量系統中對電源設計[6-7]。本設計采用AMS1117穩壓芯片進行設計對各個模塊進行供電，具體設計電路如圖2所示。

圖2 系統電源設計

1.2 TFTLCD電路設計

人機交互系統部分設計采用低功耗的電容3.2英寸TFT-LCD觸摸屏與單片機上的管腳直接相連工作，該屏幕上開發者可以直接觀察到所需要顯示的三相電壓電流相位功率溫濕度等參數。該屏幕亮度大，可讀性高，具有FSMC接口資源，可以降低開發者的開發任務，該屏幕相比傳統的微型顯示器更加穩定數據不易丟失。設計電路如圖3所示。

圖3 TFTLCD顯示電路

2 系統的軟件設計

整個系統的流程包括指紋識別模塊流程設計、車牌識別流程設計、數據發送和控制流程設計，取車流程等主要流程設計。首先，系統通過TFT觸摸屏顯示，引導用戶進行操作，當觸摸屏檢測停車或取車按鍵被按下時，系統開始執行相應的程序。系統初始化；檢測屏幕上停車或取車按鍵是否被按下，若停車按鍵被按下，系統開始執行存車程序，若取車按鍵被按下，系統則開始執行取車程序，若無按鍵被按下，系統則檢測指紋傳感器上是否有指紋，若指紋模塊檢測到有指紋，系統開始執行尋找車輛程序，并在顯示屏上顯示該指紋存放車輛的信息提示。系統的總體流程如圖4所示。

圖4 整個系統的總流程

2.1 指紋識別模塊流程

指紋識別模塊通過控制指令先獲取一幅指紋圖像，當成功獲取圖像后，則通過TFT屏顯示提示信息，表示指紋特征生成成功，通過指紋特征搜索目標指紋，搜索成功后顯示鑒別信息，當無法鑒別成功，則顯示指紋信息錯誤[8-11]。指紋鑒別流程如圖5所示。

圖5 指紋鑒別流程

■ 2.2 停放車輛控制操作程序設計

當系統檢測到屏幕上停車按鍵被按下時，如果有空余車位，則開始執行存車函數，交互屏幕上顯示出提示信息，指紋模塊開始檢測指紋，通過采集兩次指紋圖像對比，若兩幅指紋圖像一致，則指紋對比成功，然后攝像頭開始工作，采集車牌圖像并識別字符，當車牌識別完成后，系統開始檢測空余車位并分配一個合適的車位給該車輛之后，通過LoRa模塊給板車發送存車標志，并通過繼電器將分配到車位的電磁引導信號導通，等待車輛完成存放后，車位計時器開始計時，停車操作完成，退出存車程序。停車子函數流程圖如圖6所示。

圖6 排線接口

圖6 停車子函數流程

2.3 取車控制操作軟件設計

當系統檢測到屏幕上取車按鍵被按下時，開始執行取車控制程序。首先，指紋模塊開始采集一幅指紋圖像，生成指紋特征后，與系統中存放車輛的指紋數據庫進行對比，并通過交互屏幕顯示提示信息，若匹配成功，通過LoRa模塊給板車發送取車標志，并通過繼電器控制對應車位的電磁引導信號導通，板車開始執行取車程序，此時，系統計算該車輛的停車時間，若停車超過30分鐘，則計算停車費用，若停車在30分鐘內則計費為零，待板車將該車位停放的車輛成功取出后，交互屏幕顯示出時間與費用信息，清除該車為的車輛信息。取車完成，退出取車程序。取車子函數流程圖如圖7所示。

圖7 取車子函數流程

3 系統測試及分析

通過軟硬件設計，完成了整個系統模型設計。模型是通過3D打印完成了，模型是按照1：1000進行制作。系統3D打印模型和打印實物效果如圖8所示。

圖8 系統3D打印模型及實物圖

智能化停車場采取全封閉式的且全自動化的管理，分為內區和外區，停取車輛通過自動傳送，包括垂直停取和橫向傳送。設計標準可以調整來簡化設備，節約內部空間、降低制造成本。通過最終的調試與優化，在實物模型模擬過程中，系統各模塊均工作正常，實現了預期的各種工作，系統運行穩定，達到預期效果。測試系統工作的主頁面圖如圖9所示。

圖9 系統主頁面

在主頁面，可以按KEY0來顯示車位中是否停車，如果車位沒有停車的話，可以按停車，此時系統啟動開始錄取指紋，并進行停車，并開始計時，在30分鐘以內是不需要收費的，當時間超過30分鐘時，開始計費2元/時，當車主想將車去走時，可以按取車，此時系統開始工作，將車取出，并放在停車場門口。也可以按K-UP鍵將停車場中的所有車全部取出。當車入庫后系統開始計時，工作主頁面車入庫后

如圖10所示。

圖10 系統主頁面（車入庫后）

車主想取走車時，系統開始工作，錄入相應的指紋，并取出相應的車，并顯示停車時間，計算出停車費用。取車時的系統主頁面如圖11所示。

圖11 系統主頁面（取車時）

4 結論

本文完成了智能泊車系統的設計，系統對于停車場可以進行自動化管理，大幅度減輕了司機與工作人員的工作量，大大提高了了停車場整體的運作效率，并降低了人工輸出成本，確保停車場可以做到高效穩定地運作。本設計通過傳感器模塊起到對場內車位狀態實時監控的作用，并將數據傳送返回至主控中心進行處理判斷，從而控制拖車臺、進出數量以及顯示屏幕的協同工作，最終將車位狀態、計費等其它信息通過顯示屏顯示，方便工作人員了解停車場內情況以及高效率停取車。該系統具有實時性、便捷性、性價比高、操作簡單等特點，可以方便監測停車場內車位狀態，在自動化停車方面具有很重要的意義。