城市公共停車場的智慧停車系統設計

摘要：停車場采用自動化、智能化的停車管理系統，可以有效降低人力成本，提高管理效率。介紹了一種以STM32為核心的智慧停車管理系統，它由光電傳感器模塊、攝像頭模塊、STM32F103主控芯片、主顯示器、指示燈等工作模塊組成，利用光電傳感器、攝像頭等模塊采集實時停車數據，并顯示當前可用停車位，通過可用停車位共享顯示、燈光信號等對司機進行引導。該系統實現了對停車位信息的實時監測、車輛進出場的自動化管理以及停車費用的智能化計費等功能，從而提高了停車位的使用效率和停車服務的便捷性。

關鍵詞：停車場；單片機；STM32；智慧停車

中圖分類號：U462 收稿日期：2024-05-15

DOI：1019999/jcnki1004-0226202407022

1 前言

隨著私家汽車數量的增多，如何對汽車停車進行有效的管理，成為目前城市管理的一大難題。很多停車場的停車位信息不能及時更新，只有車主到了停車場才能確定是否有停車位，并且找到停車位也比較浪費時間。基于此，本文提出了一種智慧停車系統，該系統提高了停車場的使用效率，為廣大用戶節約大量的時間與精力［1］。該系統采用STM32作為主控制芯片，使用廉價的光電傳感器作為采集模塊，提高了車位使用效率，對疏導城市交通有一定的促進作用。

2 智慧停車系統的需求分析

2.1 車主的需求

a.停車場信息的查詢與預約：智慧停車位管理系統設計有客戶端，使用者在客戶端上能檢索目的地附近停車位情況、空閑位狀況、收費政策等有關信息，并能進行車位預約和繳費。

b.停車泊位導航：在車輛行駛過程中，通過車輛行駛狀態信息，向用戶提供車輛行駛路線及導航信息，從而提升車輛停放效率，并對車輛進行最優配置。

c.逆向尋車：通過對停車位實行少人化或無人化的控制，能將車位信息及時告知車主，方便尋車。

2.2 停車管理主體的需求

a.實時地公布和分享停車資源的信息：需要停車管理主體向用戶公開和共享停車場的停車位信息，以方便用戶查詢和預約。

b.無感知收費功能：為優化車輛管理，該系統設計了無感知的特性，用戶在停車后可在線付款。

c.停車場管理：采用無人值守停車管理，通過對停車場進行實時監控，一旦發現非法停車，就及時通知和干預，車主在使用智能停車系統時遇到各種問題，可第一時間前往解決［2］。

2.3 城市發展的需求

目前，我國各管理單位之間沒有進行有效的協調與協作，造成了停車資源的浪費。構建統一停車服務管理平臺，可有效地提高停車資源的使用效率，提高整個城市的停車管理水平。車位管理系統采取由政府主導，各停車位管理主體自行經營的模式，政府出臺相關規定，對所有停車位管理主體的經營活動加以限制，從而形成一個良好的市場競爭環境。充分發揮政府的協調與監督職能，可保證停車資源的合理配置與高效使用。

3 系統總體設計方案

智慧停車系統由采集模塊、主控單元和輸出暗示系統組成。采集模塊包括光電傳感器模塊、攝像頭模塊；主控單元采用STM32為主控芯片；輸出暗示系統包括主顯示器和指示燈［3］。光電傳感器、攝像頭等模塊采集實時停車數據，通過數據處理并顯示當前可用停車位。采集模塊安裝見圖1。

4 系統軟硬件設計

4.1 硬件設計

a.主控芯片。智能停車系統以STM32F103控制芯片、Armcortex-M3內核為核心，具有性能高、成本低、功耗低、系統穩定等優點。通過分析各傳感器模塊所獲取的實時停車信息，對車輛進行引導，實現精準導航。

b.傳感器采集模塊。利用光敏電阻、可調電位器、LM393電壓比較芯片、輸出指示燈等器件，實現了停車場燈光信號的采集，如圖2所示。該傳感器設置在停車區域內的車位上，通過調整電位計，針對不同位置處的照明強弱，來調整與INA+相連的閾值電壓，精確判定停車位的遮擋狀況。電壓參考裝置LM393是模數轉換芯片，將停車區域光線強弱信號通過光敏電阻轉換為電壓信號發送到INA+。在陰影位置停車，光敏電阻阻值高，將電阻R1和光敏電阻組成分壓電路，完成初始光線信號的采集，以完成對停車位初始光信號的評估。

c.攝像頭采集模塊。攝像頭采集模塊使用超過500萬像素的OV5640相機，并具有自動對焦功能，通過DVP連接到主機。設計多種照片打印格式，包括調節顏色飽和度、白色平衡等。該系統將光學傳感器結合起來，分析停車位的障礙物圖像，并將分析結果傳到控制芯片，以提高車位是否已停車的準確性。

d.顯示模塊。該模塊由主顯示器和輔助位置指示器組成，其中主顯示器安裝在停車場的醒目位置，顯示附近停車位的停車位數量，如圖3（a）所示；次顯示屏顯示該區域內各停車位的使用情況，如圖3（b）所示。主顯示屏幕是LCD12864，由128行64列點陣組成，顯示中文和英文，方便司機了解車位情況［4］。次顯示屏設計有車位指示燈，通過 LED燈的亮滅來顯示車位是否已被停車。LED燈設計為并聯結構，指示燈空間分布與車位分布平面圖相符合，駕駛員能直觀了解到本分區的空閑車位，從而完成停車引導。

4.2 系統軟件設計

a.軟件設計任務。該系統要求STM32主控制芯片處理來自光電傳感器和攝像頭的實時停車位數據，確認停車位占用率，計算每個區域允許的停車位數量，并將每個區域停車位信息傳輸到顯示屏，顯示停車位信息。通過檢測和更新監視器上的車輛導航信息及時更改車位信息，為車輛提供合理的停車導航服務［5］。系統在初始化之后，啟動停車位余量探測功能，計算每個區域的停車位余量，在該區域中，通過顯示屏幕控制程序，顯示該區域的停車位余量數據，實現當前區域車位導航工作。設置50 ms周期完成車位余量信息的實時更新。

b.采集程序設計。控制芯片STM32接收由光傳感器進行處理的實時停車信息，根據每個停車位相應管腳所收到的電平信號來確定停車位有無人。以A區為例，定義一個整型量NumA，對每個停車位的占用順序進行判定，如果是空閑的，那么NumA++，在對A區的全部停車位進行判定之后，就可以得到A區的剩余停車位NumA，并且在顯示屏控制程序中輸出NumA數據，然后將該循環的結果延遲時間作為一個50 ms的循環來獲取和處理下一個循環的數據。

c.攝像頭程序設計。該系統利用OV5640型攝像機對停車場進行實時拍攝，利用牌照模式的模糊匹配算法對停車位上的車牌進行識別，如果沒有，那么可以利用其他非車輛的物品遮擋停車位，從而判定停車位是空閑的。該相機在QVGA分辨率下拍攝到的圖像經過灰度處理后，存儲到STM32的內存中，實現了對圖像的初始化。然后對圖像中的牌照邊界進行提取和校正，得到規范的牌照字符。在校正圖像之后，捕獲圖像中的文字圖像，并且將汽車牌照圖像進行分割，將文字圖像與預先存儲的牌照號碼字體的文字模板進行對比和匹配，當重合度到達一個設置的數值時，就表明這一次的識別是一個牌照，并且判定這個車位已經被占用；如果沒有看到牌照，說明這個車位被其他物體、塵埃等遮擋，或者是感應器失效，判定為空置［6］。

d.顯示器控制程序設計。LCD12864液晶顯示器是128×64個顯示單位的點陣列液晶顯示器，通過設定的程序初始化LCD12864顯示屏，從而開啟顯示屏的液晶顯示功能。啟動后，啟動漢字顯示器代碼，一行一行地完成中文內容的顯示，此內容是固定的，并不會隨著車位的實際情況發生變化。接著，呼叫車位裕度的運算結果，并呼叫相應編號的字模編碼，以50 ms的周期，停車位的數量將實時更新。中文和數字模型都是16×16像素。該數組存儲一個32位十六進制系統，對應于256位的漢字或數字解碼，并在屏幕上調用。

5 系統測試

為了提高系統效率，進行了許多模擬實驗，包括開發云平臺，設置管理接口和遠程數據監控接口。如圖4所示，云平臺實時顯示停車位數據。并將其轉化為高低電平的信號［7］。“0”表示紅外線感應器沒有偵測到車輛，也就是空置，這個時候就可以將停車位合理地分配到需要停放的住戶身上；“1”表示有車，表示已有車，暫不分配。

最后，利用智慧云開發的移動終端應用程序，驗證該方法的實用性。用戶可以通過手機應用程序的界面來查看，也就是通過手機應用程序，可以實時地將監控終端上載的停車位置信息進行實時顯示。

6 結語

智能化的停車場管理系統與人們的日常生活相融合，實現了停車場的自動化管理，減少了員工的工作負擔，提升了停車場運營的總體效率，同時也減小了總體的管理費用，保證了停車場高效和穩定。該系統利用傳感器模塊來監測停車場中的車位狀況，并將相關的數據傳輸給控制芯片進行處理和判定，然后對LED指示燈、出入口、蜂鳴器報警和顯示屏進行控制，最后，在顯示屏上顯示車位狀態、收費等其他信息，以便管理者能夠更好地了解停車場內部的狀況。

參考文獻：

[1]王啟露城市中心區公共停車問題的系統化解決方案[J]智能城市，2023（10）：27-29

[2]杜明雯基于CIM構架的城市智慧停車綜合管理系統研究[J]移動信息，2023，45（5）：140-142

[3]田庭寧，田兆富，譚常釗，等基于物聯網的智慧城市小型停車系統實現路徑研究[J]現代商業，2022（34）：49-50

[4]王良彬，丘昌鑫，李佳智慧停車系統的設計與實現[J]科技創新與應用，2022（23）：12

[5]尚可，張宇琳，張飛舟基于數字孿生技術的智慧停車場總體架構[J]北京航空航天大學學報，2023（9）：2029-2038

[6]沈亞基于物聯網的城市智慧停車運營管理系統設計與研究[J]智能建筑，2022（5）：58-60

[7]王會林，余曉春，周澤尋，等基于云平臺的城市級智慧停車系統研究與設計——以潮州市湘橋區為例[J]韓山師范學院學報，2022，43（3）：29-35

作者簡介：

任冰，女，1991年生，講師，研究方向為物聯網技術、電子信息。

基金項目：西安汽車職業大學2023年校長科研基金項目“城市公共停車場的智慧停車系統研究”（2023KJ039）